JWT 访问令牌

阅读原文时间：2022年05月16日阅读：1

JWT 访问令牌

更为详细的介绍jwt

在学习jwt之前我们首先了解一下用户身份验证

1 单一服务器认证模式

一般过程如下：

用户向服务器发送用户名和密码。
验证服务器后，相关数据（如用户名，用户角色等）将保存在当前会话（session）中。
服务器向用户返回session_id，session信息都会写入到用户的Cookie
用户的每个后续请求都将通过在Cookie中取出session_id传给服务器。
服务器收到session_id并对比之前保存的数据，确认用户的身份。

缺点：

显而易见它的缺点也很明显

单点性能打压力很大无法对其扩展
分布式应用中需要session共享 session共享方案存在性能瓶颈。

session共享方案：

session广播：性能瓶颈，不推荐

redis代替session：推荐，性能高

2、SSO（Single Sign On）模式

分布式，SSO(single sign on)模式：单点登录英文全称Single Sign On，简称就是SSO。它的解释是：在多个应用系统中，只需要登录一次，就可以访问其他相互信任的应用系统。

如图所示，图中有3个系统，分别是业务A、业务B、和SSO。
业务A、业务B没有登录模块。
而SSO只有登录模块，没有其他的业务模块。

一般流程如下

当业务A、业务B需要登录时，将跳到SSO系统。
SSO从用户信息数据库中获取用户信息并校验用户信息，SSO系统完成登录。
然后将用户信息存入缓存（例如redis）。
当用户访问业务A或业务B，需要判断用户是否登录时，将跳转到SSO系统中进行用户身份验证，SSO判断缓存中是否存在用户身份信息。
这样，只要其中一个系统完成登录，其他的应用系统也就随之登录了。这就是单点登录（SSO）的定义。

优点：

用户身份信息独立管理，更好的分布式管理。可以扩展自己的安全策略

缺点：

显而易见这样的缺点也比较明显只有一台认证服务器要是挂了呢访问服务压力比较大

3、Token模式（无状态）

校验流程

优点：

无状态： token是无状态，session是有状态的
基于标准化：你的API可以采用标准化的 JSON Web Token (JWT)

缺点：

占用带宽
无法在服务器端销毁

一、访问令牌的类型

本文采用的是自包含令牌

二、JWT令牌的介绍

1、什么是JWT令牌

JWT是JSON Web Token的缩写，即JSON Web令牌，是一种自包含令牌。

jwt使用场景

一种情况是webapi，类似之前的阿里云播放凭证的功能
另一种情况是多web服务器下实现无状态分布式身份验证
* JWT官网有一张图描述了JWT的认证过程（可以看上面token认证的那张图）

jwt的作用：

JWT 最重要的作用就是对 token信息的防伪作用

JWT的原理：

一个JWT由三个部分组成：JWT头、有效载荷、签名哈希
最后由这三者组合进行base64编码得到JWT

2、JWT令牌的组成

典型的，一个JWT看起来如下图：

https://jwt.io/

该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。

每一个子串表示了一个功能块，总共有以下三个部分：JWT头、有效载荷和签名

注意:该字符串只有jwt头部分不能被解析（通过加密的方式）其他的两个部分都可以(只通过Base64 URL编码并没有被加密)

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。

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（存放的用户信息就是在这里）

sub: 主题
iss: jwt签发者
aud: 接收jwt的一方
iat: jwt的签发时间
exp: jwt的过期时间，这个过期时间必须要大于签发时间
nbf: 定义在什么时间之前，该jwt都是不可用的.
jti: jwt的唯一身份标识，主要用来作为一次性token,从而回避重放攻击。

除以上默认字段外，我们还可以自定义私有字段，如下例：

{
  "name": "Helen",
  "admin": true,
  "avatar": "helen.jpg"
}

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。

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）（就是盐）。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(claims), secret)    ==>   签名hash

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。

Base64URL算法

简单描述就是会替换url中具有特殊含义的字符用其他代替

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。

注意：base64编码，并不是加密，只是把明文信息变成了不可见的字符串。但是其实只要用一些工具就可以把base64编码解成明文，所以不要在JWT中放入涉及私密的信息。

3、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。

当跨域时，也可以将JWT放置于POST请求的数据主体中。

三、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，可以使用该令牌再次对其进行加密。

2、当JWT未加密时，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。

二测试jwt

一、创建Maven项目

1、项目

项目类型：Maven

groupId：look.word

artifactId：jwt

2、基本依赖

<dependencies>
    <!--jwt依赖-->
            <dependency>
                <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
                <artifactId>jjwt</artifactId>
                <version>0.9.0</version>
            </dependency>

    <!--junit-->
    <dependency>
        <groupId>junit</groupId>
        <artifactId>junit</artifactId>
        <version>4.12</version>
    </dependency>

</dependencies>

JWT工具类

/**
 * JWT工具类
 */
public class JwtUtil {

    //有效期为
    public static final Long JWT_TTL = 24*60 * 60 *1000L;// 60 * 60 *1000  一个小时
    //设置秘钥明文
    public static final String JWT_KEY = "sangeng";

    public static String getUUID(){
        String token = UUID.randomUUID().toString().replaceAll("-", "");
        return token;
    }

    /**
     * 生成jtw
     * @param subject token中要存放的数据（json格式）
     * @return
     */
    public static String createJWT(String subject) {
        JwtBuilder builder = getJwtBuilder(subject, null, getUUID());// 设置过期时间
        return builder.compact();
    }

    /**
     * 生成jtw
     * @param subject token中要存放的数据（json格式）
     * @param ttlMillis token超时时间
     * @return
     */
    public static String createJWT(String subject, Long ttlMillis) {
        JwtBuilder builder = getJwtBuilder(subject, ttlMillis, getUUID());// 设置过期时间
        return builder.compact();
    }

    private static JwtBuilder getJwtBuilder(String subject, Long ttlMillis, String uuid) {
        SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;
        SecretKey secretKey = generalKey();
        long nowMillis = System.currentTimeMillis();
        Date now = new Date(nowMillis);
        if(ttlMillis==null){
            ttlMillis=JwtUtil.JWT_TTL;
        }
        long expMillis = nowMillis + ttlMillis;
        Date expDate = new Date(expMillis);
        return Jwts.builder()
                .setId(uuid)              //唯一的ID
                .setSubject(subject)   // 主题  可以是JSON数据
                .setIssuer("sg")     // 签发者
                .setIssuedAt(now)      // 签发时间
                .signWith(signatureAlgorithm, secretKey) //使用HS256对称加密算法签名, 第二个参数为秘钥
                .setExpiration(expDate);
    }

    /**
     * 创建token
     * @param id
     * @param subject
     * @param ttlMillis
     * @return
     */
    public static String createJWT(String id, String subject, Long ttlMillis) {
        JwtBuilder builder = getJwtBuilder(subject, ttlMillis, id);// 设置过期时间
        return builder.compact();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String token = "eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJqdGkiOiJjYWM2ZDVhZi1mNjVlLTQ0MDAtYjcxMi0zYWEwOGIyOTIwYjQiLCJzdWIiOiJzZyIsImlzcyI6InNnIiwiaWF0IjoxNjM4MTA2NzEyLCJleHAiOjE2MzgxMTAzMTJ9.JVsSbkP94wuczb4QryQbAke3ysBDIL5ou8fWsbt_ebg";
        Claims claims = parseJWT(token);
        System.out.println(claims);
    }

    /**
     * 生成加密后的秘钥 secretKey
     * @return
     */
    public static SecretKey generalKey() {
        byte[] encodedKey = Base64.getDecoder().decode(JwtUtil.JWT_KEY);
        SecretKey key = new SecretKeySpec(encodedKey, 0, encodedKey.length, "AES");
        return key;
    }

    /**
     * 解析
     *
     * @param jwt
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static Claims parseJWT(String jwt) throws Exception {
        SecretKey secretKey = generalKey();
        return Jwts.parser()
                .setSigningKey(secretKey)
                .parseClaimsJws(jwt)
                .getBody();
    }

}

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