whale系统实战，聊聊用户认证
Stay Hungry,Stay Foolish。 ——乔布斯
写在前面
上次老猫和大家说过想要开发一个系统，从简单的权限开始做起，有的网友表示还是挺支持的，但是有的网友嗤之以鼻，认为太简单了，不过也没事，简单归简单，主要的还是个人技术的一个整合和实战。
没错，系统的名称老猫也已经定义好了叫做whale，whale是鲸鱼的意思。其实没有别的意思，也是老猫拍脑袋想出来的，可能是受到docker图标的影响。另外的真要说有点啥么，那就是老猫希望这个系统是成长的，是演变的，能从简单的小鱼系统成长为遨游海洋的鲸鱼，当然猫也喜欢吃鱼，扯远了…本篇起，老猫正式开始养鱼。
用户认证
开篇我们当然从用户的登录认证开始说起，关于用户认证，老猫不晓得大家对此是否熟悉，有些同学可能有所研究，这里老猫还是得详细和大家聊聊。说起用户认证，大家比较有所耳闻的应该就是session认证以及token认证。
传统的Session认证
我们说http请求是无状态的。这句话什么意思？所谓无状态，就是指用户向服务器端发起多个请求，服务器并不会知道多次请求都是来源于同一个用户，这就是无状态。
那么如何让服务器知道我们来自是哪一个用户的请求呢？所以我们只能在服务器中存储一份用户的登录信息，这份登录信息会在响应的时候传给浏览器，并且告诉其保存为cookie，以便下次请求的时候发送给我们的应用，这样我们的应用就识别了请求来源于哪个用户，这也就是传统的session认证。简单地画了一下原理图，大概就长下面这样。
当然，传统的单体架构中的存储是session内存的存储，随着用户的增多，服务器开销增加，为了扩展，逐渐将session信息可以存入到redis中间件中。这也是扩展的一种方式。
聊聊这种方式的短板。
- 每次认证用户发起请求时，服务器需要去创建一个记录来存储信息。当越来越多的用户发请求时，内存的开销也会不断增加。 虽然说中间件可以缓解这个问题。
- 在服务端的内存中使用Seesion存储登录信息，可扩展性会比较差。
- 开放平台的商业理念开始走向主流，显然cookie以及session都无法很好的处理授权管理。
- 跨域资源共享问题，当我们需要让数据跨多台移动设备上使用时，跨域资源的共享会是一个让人头疼的问题。在使用Ajax抓取另一个域的资源，就可以会出现禁止请求的情况。
相对的，我们再来看看相关的token认证。
Token认证
我们直接说个大白话，什么叫做token认证，说白了其实就是暗号。 在一些数据传输之前，要先进行暗号的核对，不同的暗号被授权不同的数据操作。
说得稍微专业一些应该是这样， Token是服务端生成的一串字符串，以作客户端进行请求的一个令牌，当第一次登录后，服务器生成一个Token便将此Token返回给客户端，以后客户端只需带上这个Token前来请求数据即可，无需再次带上用户名和密码。 大致的流程如下,
聊聊这种方式相对于传统session的优势。
-
无状态、可扩展：在客户端存储的 token 是无状态的，并且能够被扩展。基于这种无状态和不存储Session信息，负载均衡服务器 能够将用户的请求传递到任何一台服务器上，因为服务器与用户信息没有关联。相反在传统方式中，我们必须将请求发送到一台存储了该用户 session 的服务器上（称为Session亲和性），因此当用户量大时，可能会造成 一些拥堵。使用 token 完美解决了此问题。
-
关于安全性：请求中发送 token 而不是 cookie，这能够防止 CSRF(跨站请求伪造) 攻击。即使在客户端使用 cookie 存储 token，cookie 也仅仅是一个存储机制而不是用于认证。另外，由于没有 session，让我们少我们不必再进行基于 session 的操作。 Token 是有时效的，一段时间之后用户需要重新验证。我们也不一定需要等到token自动失效，token有撤回的操作，通过 token revocataion可以使一个特定的 token 或是一组有相同认证的 token 无效。
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可扩展性：使用 Tokens 能够与其它应用共享权限。例如，能将一个博客帐号和自己的QQ号关联起来。当通过一个 第三方平台登录QQ时，我们可以将一个博客发到QQ平台中。
使用 token，可以给第三方应用程序提供自定义的权限限制。当用户想让一个第三方应用程序访问它们的数据时，我们可以通过建立自己的API，给出具有特殊权限的tokens。
-
多平台与跨域：当我们的应用和服务不断扩大的时候，我们可能需要通过多种不同平台或其他应用来接入我们的服务。可以让我们的API只提供数据，我们也可以从CDN提供服务（Having our API just serve data, we can also make the design choice to serve assets from a CDN.）。 在为我们的应用程序做了如下简单的配置之后，就可以消除 CORS 带来的问题。只要用户有一个通过了验证的token，数据和资源就能够在任何域上被请求到。
Access-Control-Allow-Origin: * -
基于标准：有几种不同方式来创建 token。最常用的标准就是 JSON Web Tokens。很多语言都支持它。
所以综合对比了一下，token认证的优势也就相当明显了，所以老猫后面的认证也将会基于token来实现。
关于JWT
其实jwt就是 Json web token 的简写，一般组成的形式是这样xxx.yyy.zzz。很明显，其实是分为三部分。第一部分称它为头部（header),第二部分称其为载荷（payload, 类似于飞机上承载的物品)，第三部分是签证（signature).
- 头部（header）：头部一般会有两部分信息，第一部分声明类型，这里一般类型就是jwt，第二部分就是加密算法，一般直接使用 HMAC SHA256，那么构造基本就是如下所示。
{'typ': 'JWT','alg': 'HS256'}
然后将头部进行base64加密（该加密是可以对称解密的)，构成了第一部分xxx
-
载荷（payload）：主要是对实体（一般可以是用户信息）和其他数据进行声明，关于声明主要有三种类型：registered,public和private。
- Registered claims: 这里有一组预定义的声明，它们不是强制的，但是推荐。比如：iss (issuer), exp (expiration time), sub (subject), aud (audience)等。
- Public claims : 可以随意定义。
- Private claims : 用于在同意使用它们的各方之间共享信息，并且不是注册的或公开的声明。
举个官网的例子如下：
{
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"admin": true
}
对payload进行Base64编码就得到JWT的第二部分，但是要注意的是，不要在JWT的payload或header中放置敏感信息，除非它们是加密的。
- 签名（Signature）：为了得到签名部分，你必须有编码过的header、编码过的payload、一个秘钥，签名算法是header中指定的那个，然后对它们签名即可。
HMACSHA256(
base64UrlEncode(header) + "." +
base64UrlEncode(payload),
secret)
签名是用于验证消息在传递过程中有没有被更改，并且，对于使用私钥签名的token，它还可以验证JWT的发送方是否为它所称的发送方。
放在一起进行加密之后即为如下：
在jwt.io Debugger 去decode操作之后我想大家就一目了然了，当然这个图来自官网。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7KRQO5bT-1618929016027)(https://cdn.auth0.com/blog/legacy-app-auth/legacy-app-auth-5.png)]
以上关于JWT的相关介绍，说明：关于以下介绍均来自于官网，大家如果觉得老猫翻译的有问题的话，可以自行去官网看一下，官网地址：https://jwt.io/introduction/
JWTUtil的封装实战
如果上述大家觉得还是比较模糊，老猫封装了一个JWTUtil的工具类，大家可以参考着去理解，具体代码如下：
/**
* @author [email protected]
* @date 2021/4/13 23:06
*/
public class JwtUtil {
// 生成签名是所使用的秘钥
private final String base64EncodedSecretKey;
// 生成签名的时候所使用的加密算法
private final SignatureAlgorithm signatureAlgorithm;
public JwtUtil(String secretKey, SignatureAlgorithm signatureAlgorithm) {
this.base64EncodedSecretKey = Base64.encodeBase64String(secretKey.getBytes());
this.signatureAlgorithm = signatureAlgorithm;
}
/**
* 生成 JWT Token 字符串
* @param iss 签发人名称
* @param ttlMillis jwt 过期时间
* @param claims 额外添加到荷部分的信息。
* 例如可以添加用户名、用户ID、用户（加密前的）密码等信息
*/
public String encode(String iss, long ttlMillis, Map<String, Object> claims) {
if (claims == null) {
claims = new HashMap<>();
}
// 签发时间（iat）：荷载部分的标准字段之一
long nowMillis = System.currentTimeMillis();
Date now = new Date(nowMillis);
// 下面就是在为payload添加各种标准声明和私有声明了
JwtBuilder builder = Jwts.builder()
// 荷载部分的非标准字段/附加字段，一般写在标准的字段之前。
.setClaims(claims)
// JWT ID（jti）：荷载部分的标准字段之一，JWT 的唯一性标识，虽不强求，但尽量确保其唯一性。
.setId(UUID.randomUUID().toString())
// 签发时间（iat）：荷载部分的标准字段之一，代表这个 JWT 的生成时间。
.setIssuedAt(now)
// 签发人（iss）：荷载部分的标准字段之一，代表这个 JWT 的所有者。通常是 username、userid 这样具有用户代表性的内容。
.setSubject(iss)
// 设置生成签名的算法和秘钥
.signWith(signatureAlgorithm, base64EncodedSecretKey);
if (ttlMillis >= 0) {
long expMillis = nowMillis + ttlMillis;
Date exp = new Date(expMillis);
// 过期时间（exp）：荷载部分的标准字段之一，代表这个 JWT 的有效期。
builder.setExpiration(exp);
}
return builder.compact();
}
/**
* JWT Token 由 头部 荷载部 和 签名部 三部分组成。签名部分是由加密算法生成，无法反向解密。
* 而 头部 和 荷载部分是由 Base64 编码算法生成，是可以反向反编码回原样的。
* 这也是为什么不要在 JWT Token 中放敏感数据的原因。
* @param jwtToken 加密后的token
* @return claims 返回荷载部分的键值对
*/
public Claims decode(String jwtToken) {
// 得到 DefaultJwtParser
return Jwts.parser()
// 设置签名的秘钥
.setSigningKey(base64EncodedSecretKey)
// 设置需要解析的 jwt
.parseClaimsJws(jwtToken)
.getBody();
}
/**
* 校验 token
* 在这里可以使用官方的校验，或，
* 自定义校验规则，例如在 token 中携带密码，进行加密处理后和数据库中的加密密码比较。
* @param jwtToken 被校验的 jwt Token
*/
public boolean isVerify(String jwtToken) {
Algorithm algorithm = null;
switch (signatureAlgorithm) {
case HS256:
algorithm = Algorithm.HMAC256(Base64.decodeBase64(base64EncodedSecretKey));
break;
default:
throw new RuntimeException("不支持该算法");
}
JWTVerifier verifier = JWT.require(algorithm).build();
verifier.verify(jwtToken); // 校验不通过会抛出异常
return true;
}
public static void main(String[] args) {
JwtUtil util = new JwtUtil("tom", SignatureAlgorithm.HS256);
Map<String, Object> map = new HashMap<>();
map.put("username", "tom");
map.put("password", "123456");
map.put("age", 20);
//测试加密生成token
String jwtToken = util.encode("tom", 30000, map);
System.out.println(jwtToken);
//测试token合法性
util.isVerify(jwtToken);
System.out.println("合法");
//测试拿到token之后解密
util.decode(jwtToken).entrySet().forEach((entry) -> {
System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
});
}
}
上述代码我们用main函数进行测试，输出结果如下：
eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJzdWIiOiJ0b20iLCJwYXNzd29yZCI6IjEyMzQ1NiIsImV4cCI6MTYxODkyNjc3NywiaWF0IjoxNjE4OTI2NzQ3LCJhZ2UiOjIwLCJqdGkiOiIyYzkxY2I2OS1lYWEzLTRlMmYtOGViNC1iNDUzM2MxNTE1MjkiLCJ1c2VybmFtZSI6InRvbSJ9.Ws4Vw9Ll60uaFbTGBpZJh-LTMI052l4Zzx81jqKq3qY
合法
sub: tom
password: 123456
exp: 1618926777
iat: 1618926747
age: 20
jti: 2c91cb69-eaa3-4e2f-8eb4-b4533c151529
username: tom
写在最后
以上就是相关jwt的介绍以及传统session实现的对比，接下来，老猫会向大家演示如何通过JWT+shiro实现whale系统的一个登录鉴权功能。关于前端系统的框架，老猫决定使用的是一套网上比较流行的开源框架vue-admin-beautiful，功能相当齐全，也给大家推荐一下这位大神的作品，github地址为： https://github.com/chuzhixin/vue-admin-beautiful，大家可以自行下载试着运行一下。感谢大家持续关注老猫。