JWT

JSON Web Token（JSON Web令牌）

是一个开放标准(rfc7519)，它定义了一种紧凑的、自包含的方式，用于在各方之间以JSON对象安全地传输信息。此信息可以验证和信任，因为它是数字签名的。jwt可以使用秘密〈使用HNAC算法）或使用RSA或ECDSA的公钥/私钥对进行签名。

通过JSON形式作为Web应用中的令牌，用于在各方之间安全地将信息作为JSON对象传输。在数据传输过程中还可以完成数据加密、签名等相关处理。

1. JWT作用

授权：一旦用户登录，每个后续请求将包括JWT，从而允许用户访问该令牌允许的路由，服务和资源。它的开销很小并且可以在不同的域中使用。如：单点登录。
信息交换：在各方之间安全地传输信息。JWT可进行签名（如使用公钥/私钥对)，因此可确保发件人。由于签名是使用标头和有效负载计算的，因此还可验证内容是否被篡改

(1)传统的session认证

这种模式最大的问题是，没有分布式架构，无法支持横向扩展。如果使用一个服务器，该模式完全没有问题。但是，如果它是服务器群集或面向服务的跨域体系结构的话，则需要一个统一的session数据库库来保存会话数据实现共享，这样负载均衡下的每个服务器才可以正确的验证用户身份。

例如，举一个实际中常见的单点登陆的需求：站点A和站点B提供同一公司的相关服务。现在要求用户只需要登录其中一个网站，然后它就会自动登录到另一个网站。怎么做？

一种解决方案是听过持久化session数据，写入数据库或文件持久层等。收到请求后，验证服务从持久层请求数据。该解决方案的优点在于架构清晰，而缺点是架构修改比较费劲，整个服务的验证逻辑层都需要重写，工作量相对较大。而且由于依赖于持久层的数据库或者问题系统，会有单点风险，如果持久层失败，整个认证体系都会挂掉。

基于session认证所显露的问题

Session: 每个用户经过我们的应用认证之后，我们的应用都要在服务端做一次记录，以方便用户下次请求的鉴别，通常而言session都是保存在内存中，而随着认证用户的增多，服务端的开销会明显增大。

扩展性: 用户认证之后，服务端做认证记录，如果认证的记录被保存在内存中的话，这意味着用户下次请求还必须要请求在这台服务器上,这样才能拿到授权的资源，这样在分布式的应用上，相应的限制了负载均衡器的能力。这也意味着限制了应用的扩展能力。

CSRF: 因为是基于cookie来进行用户识别的, cookie如果被截获，用户就会很容易受到跨站请求伪造的攻击。

(2) 基于token的鉴权机制

基于token的鉴权机制类似于http协议也是无状态的，它不需要在服务端去保留用户的认证信息或者会话信息。这就意味着基于token认证机制的应用不需要去考虑用户在哪一台服务器登录了，这就为应用的扩展提供了便利。

流程上是这样的：

用户使用用户名密码来请求服务器
服务器进行验证用户的信息
服务器通过验证发送给用户一个token
客户端存储token，并在每次请求时附送上这个token值
服务端验证token值，并返回数据

这个token必须要在每次请求时传递给服务端，它应该保存在请求头里，另外，服务端要支持CORS(跨来源资源共享)策略，一般我们在服务端这么做就可以了Access-Control-Allow-Origin: *。

通过客户端保存数据，而服务器根本不保存会话数据，每个请求都被发送回服务器。 JWT是这种解决方案的代表

JWT官网有一张图描述了JWT的认证过程：

2. JWT的原则

JWT的原则是在服务器身份验证之后，将生成一个JSON对象并将其发送回用户，如下所示。

{
"UserName": "Chongchong",
"Role": "Admin",
"Expire": "2018-08-08 20:15:56"
}

之后，当用户与服务器通信时，客户在请求中发回JSON对象。服务器仅依赖于这个JSON对象来标识用户。为了防止用户篡改数据，服务器将在生成对象时添加签名（有关详细信息，请参阅下文）。

服务器不保存任何会话数据，即服务器变为无状态，使其更容易扩展。

3. JWT的数据结构

典型的，一个JWT看起来如下图。

改对象为一个很长的字符串，字符之间通过"."分隔符分为三个子串。注意JWT对象为一个长字串，各字串之间也没有换行符，此处为了演示需要，我们特意分行并用不同颜色表示了。每一个子串表示了一个功能块，总共有以下三个部分：

JWT的三个部分如下。JWT头、有效载荷和签名，将它们写成一行如下。

3.1 JWT头

JWT头部分是一个描述JWT元数据的JSON对象，通常如下所示。

{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}

在上面的代码中，alg属性表示签名使用的算法，默认为HMAC SHA256（写为HS256）；typ属性表示令牌的类型，JWT令牌统一写为JWT。

最后，使用Base64 URL算法将上述JSON对象转换为字符串保存。

3.2 有效载荷

有效载荷部分，是JWT的主体内容部分，也是一个JSON对象，包含需要传递的数据。 JWT指定七个默认字段供选择。

iss：发行人

exp：到期时间

sub：主题

aud：用户

nbf：在此之前不可用

iat：发布时间

jti：JWT ID用于标识该JWT

除以上默认字段外，我们还可以自定义私有字段，如下例：

{
"sub": "1234567890",
"name": "wanglihong",
"admin": true
}

请注意，默认情况下JWT是未加密的，任何人都可以解读其内容，因此不要构建隐私信息字段，存放保密信息，以防止信息泄露。

JSON对象也使用Base64 URL算法转换为字符串保存

3.3签名哈希

签名哈希部分是对上面两部分数据签名，通过指定的算法生成哈希，以确保数据不会被篡改。

首先，需要指定一个密码（secret）。该密码仅仅为保存在服务器中，并且不能向用户公开。然后，使用标头中指定的签名算法（默认情况下为HMAC SHA256）根据以下公式生成签名。

HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload),

secret)

在计算出签名哈希后，JWT头，有效载荷和签名哈希的三个部分组合成一个字符串，每个部分用"."分隔，就构成整个JWT对象。

3.4 Base64URL算法

如前所述，JWT头和有效载荷序列化的算法都用到了Base64URL。该算法和常见Base64算法类似，稍有差别。

作为令牌的JWT可以放在URL中（例如api.example/?token=xxx）。 Base64中用的三个字符是"+"，"/"和"="，由于在URL中有特殊含义，因此Base64URL中对他们做了替换："="去掉，"+"用"-"替换，"/"用"_"替换，这就是Base64URL算法，很简单把。

4. JWT的用法

客户端接收服务器返回的JWT，将其存储在Cookie或localStorage中。

此后，客户端将在与服务器交互中都会带JWT。如果将它存储在Cookie中，就可以自动发送，但是不会跨域，因此一般是将它放入HTTP请求的Header Authorization字段中。

Authorization: Bearer

当跨域时，也可以将JWT被放置于POST请求的数据主体中。

5. JWT问题和趋势

1、JWT默认不加密，但可以加密。生成原始令牌后，可以使用改令牌再次对其进行加密。

2、当JWT未加密方法是，一些私密数据无法通过JWT传输。

3、JWT不仅可用于认证，还可用于信息交换。善用JWT有助于减少服务器请求数据库的次数。

4、JWT的最大缺点是服务器不保存会话状态，所以在使用期间不可能取消令牌或更改令牌的权限。也就是说，一旦JWT签发，在有效期内将会一直有效。

5、JWT本身包含认证信息，因此一旦信息泄露，任何人都可以获得令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT的有效期不宜设置太长。对于某些重要操作，用户在使用时应该每次都进行进行身份验证。

6、为了减少盗用和窃取，JWT不建议使用HTTP协议来传输代码，而是使用加密的HTTPS协议进行传输。

6. JWT与SpringBoot整合使用

6.1 pom.xml

<dependency>
            <groupId>com.auth0</groupId>
            <artifactId>java-jwt</artifactId>
            <version>3.10.3</version>
</dependency>

6.2 TokenUtil ：封装了通过JWT 创建token, 签名, 获得数据信息

public class TokenUtil {
    //token到期时间60s
    private static final long EXPIRE_TIME= 600*1000;
    //密钥盐
    private static final String TOKEN_SECRET="123456qwertyuiop789";
    /**
     * 创建一个token
     * @param user
     * @return
     */
    public static String sign(Customer user){
        System.out.println("sign customer:" + user);
        String token=null;
        try {
            Date expireAt=new Date(System.currentTimeMillis()+EXPIRE_TIME);
            token = JWT.create()
                    //发行人
                    .withIssuer("auth0")
                    //存放数据
                    .withClaim("custId",user.getCustId())
                    .withClaim("custName",user.getCustName())
                    .withClaim("custPassword",user.getCustPassword())
                    //过期时间
                    .withExpiresAt(expireAt)
                    .sign(Algorithm.HMAC256(TOKEN_SECRET));
        } catch (IllegalArgumentException| JWTCreationException je) {
        }
        return token;
    }
    /**
     * 对token进行验证
     * @param token
     * @return
     */
    public static Boolean verify(String token){
        try {
            //创建token验证器
            JWTVerifier jwtVerifier=JWT.require(Algorithm.HMAC256(TOKEN_SECRET)).withIssuer("auth0").build();
            DecodedJWT decodedJWT=jwtVerifier.verify(token);
            System.out.println("认证通过：");
            System.out.println("custId: " + TokenUtil.getUserId(token));
            System.out.println("custName: " + TokenUtil.getUserName(token));
            System.out.println("过期时间： " + decodedJWT.getExpiresAt());
        } catch (IllegalArgumentException | JWTVerificationException e) {
            e.printStackTrace();
            //抛出错误即为验证不通过
            return false;
        }
        return true;
    }
    /**
     * 获取用户名
     */
    public static String getUserName(String token){
        try{
            DecodedJWT jwt= JWT.decode(token);
            String username =  jwt.getClaim("custName").asString();
            System.out.println("用户名:" + username);
            return username;
        }catch (JWTDecodeException e)
        {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
    public static Integer getUserId(String token){
        try{
            DecodedJWT jwt= JWT.decode(token);
            Integer userId  =  jwt.getClaim("custId").asInt();
            System.out.println("用户id:" + userId);
            return  userId ;
        }catch (JWTDecodeException e)
        {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

6.3 用户验证拦截器 TokenInterceptor

@Component
public class TokenInterceptor  implements HandlerInterceptor {
// /cart  -----[拦截验证]-------controller 
        @Override
        public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
            //跨域请求会首先发一个option请求，直接返回正常状态并通过拦截器
            if(request.getMethod().equals("OPTIONS")){
                response.setStatus(HttpServletResponse.SC_OK);
                return true;
            }
            //获取到token
            String token = request.getHeader("token");
            if (token!=null){
                boolean result= TokenUtil.verify(token);
                if (result){
                    System.out.println("通过拦截器");
                    return true;
                }
            }
            try {
                JSONObject json=new JSONObject();
                json.put("msg","token verify fail");
                json.put("code","500");
                response.getWriter().append(json.toString());
                System.out.println("认证失败，未通过拦截器");
            } catch (Exception e) {
                return false;
            }
            return false;
        }
    }

URL 拦截配置类

@Configuration
public class InterceptorConfig implements WebMvcConfigurer {
        @Override
        public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
            registry.addInterceptor(new JwtInterceptor())
//                进行拦截，一般登录不拦截，企业都拦截
                    .addPathPatterns("/customer/**")
                    .excludePathPatterns("/customer/login")
            ;
        }
    }

6.4 登录请求 controller

@Controller
@RequestMapping("/customer")
public class CustomerController {
    @Autowired
    private ICustomerService customerService;
    //登录
    @PostMapping("login")
    @ResponseBody
    public String login(Customer customer){
        ServerResponse response = customerService.login(customer);
        System.out.println("controller response:" + response);
        if(response.getCode() ==200)
            return "login success";
        return "login fail";
    }

6.5 service : 登录核心业务

@Service
public class CustomerServiceImpl extends ServiceImpl<CustomerMapper, Customer> implements ICustomerService {
    @Autowired
    private CustomerMapper customerMapper;
    @Override
    public ServerResponse login(Customer customer) {
        //1. DB 验证用户名与密码
        QueryWrapper<Customer> wrapper =  new QueryWrapper<>();
        wrapper.eq("cust_name",customer.getCustName());
        wrapper.eq("cust_password",customer.getCustPassword());
        Customer loginCustomer = customerMapper.selectOne(wrapper);
        System.out.println("查询到的登录账户：" + loginCustomer);
        if(loginCustomer !=null) {
            //2. JWT创建token
            String token = TokenUtil.sign(loginCustomer);
            System.out.println("service token:" + token);
            return ServerResponse.success("登录成功", loginCustomer);
        }else
            return ServerResponse.fail("登录失败",loginCustomer);
    }

6.6 如在下订单业务中，想获得登录用户的信息

@PostMapping("submitOrder")
    public String submitOrder(){
        //1. 获得页面的订单与商品信息
        //2. 获得登录用户信息  custId , custName 
        String token = null;// 请求头中获得token ??????
        if(TokenUtil.verify(token)){
             Integer custId =   TokenUtil.getUserId(token);
            String custName =   TokenUtil.getUserName(token);
            System.out.println("获得了 custId:" + custId);
            System.out.println("获得了 custName:" + custName);
        }else{
            System.out.println("验证token无效");
        }
        return  "ok";
    }

JWT

JWT

1. JWT作用

(1)传统的session认证

基于session认证所显露的问题

(2) 基于token的鉴权机制

通过客户端保存数据，而服务器根本不保存会话数据，每个请求都被发送回服务器。 JWT是这种解决方案的代表

2. JWT的原则

3. JWT的数据结构

3.1 JWT头

3.2 有效载荷

3.3签名哈希

3.4 Base64URL算法

4. JWT的用法

5. JWT问题和趋势

6. JWT与SpringBoot整合使用

6.1 pom.xml

6.2 TokenUtil ：封装了通过JWT 创建token, 签名, 获得数据信息

6.3 用户验证拦截器 TokenInterceptor

URL 拦截配置类

6.4 登录请求 controller

6.5 service : 登录核心业务

6.6 如在下订单业务中，想获得登录用户的信息

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3.2 有效载荷

3.3签名哈希

3.4 Base64URL算法

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