JSON Web Tokens（JWT）

Posted 2020-09-23 北冥大帝

现在API越来越流行，如何安全保护这些API? JSON Web Tokens(JWT)能提供基于JSON格式的安全认证。它有以下特点：

• JWT是跨不同语言的，JWT可以在 .NET, Python, Node.js, Java, php, Ruby, Go, javascript和Haskell中使用
• JWT是自我包涵的，它们包含了必要的所有信息，这就意味着JWT能够传递关于它自己的基本信息，比如用户信息和签名等。
• JWT传递是容易的，因为JWT是自我包涵，它们能被完美用在HTTP头部中，当需要授权API时，你只要通过URL一起传送它既可。

JWT易于辨识，是三段由小数点组成的字符串：

aaaaaaaaaa.bbbbbbbbbbb.cccccccccccc

这三部分含义分别是header，payload, signature

Header

头部包含了两个方面：类型和使用的哈希算法（如HMAC SHA256）：

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

 

对这个JSON字符进行base64encode编码，我们就有了首个JWT:

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9

Payload

JWT的第二部分是payload，也称为 JWT Claims，这里放置的是我们需要传输的信息，有多个项目如注册的claim名称，公共claim名称和私有claim名称。

注册claim名称有下面几个部分：

• iss: token的发行者
• sub: token的题目
• aud: token的客户
• exp: 经常使用的，以数字时间定义失效期，也就是当前时间以后的某个时间本token失效。
• nbf: 定义在此时间之前，JWT不会接受处理。开始生效时间
• iat: JWT发布时间，能用于决定JWT年龄
• jti: JWT唯一标识. 能用于防止 JWT重复使用，一次只用一个token；如果签发的时候这个claim的值是“1”，验证的时候如果这个claim的值不是“1”就属于验证失败

 

公共claim名称用于定义我们自己创造的信息，比如用户信息和其他重要信息。

私有claim名称用于发布者和消费者都同意以私有的方式使用claim名称。

下面是JWT的一个案例：

{
"iss": "scotch.io",
"exp": 1300819380,
"name": "Chris Sevilleja",
"admin": true 
}

 

签名

JWT第三部分最后是签名，签名由以下组件组成：

• header
• payload
• 密钥

下面是我们如何得到JWT的第三部分：

var encodedString = base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload); HMACSHA256(encodedString, \'secret\');

这里的secret是被服务器签名，我们服务器能够验证存在的token并签名新的token。

 

TWT支持的算法有：

                                 

============================================================================================================

以上是官网的理论部分，下面会有提供一些实例：

 首先 导入 依赖：

<dependency>
    <groupId>com.auth0</groupId>
    <artifactId>java-jwt</artifactId>
    <version>3.2.0</version>
</dependency>

 1， 指定加密算法：

//HMAC
Algorithm algorithmHS = Algorithm.HMAC256("secret");

-------------------------------------------------------------------------

//RSA

Map<String,Object> keys=RSAUtils.getKeys();

RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey)keys.get("public"); //Get the key instance
RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey)keys.get("private");//Get the key instance

Algorithm algorithmRS = Algorithm.RSA256(publicKey, privateKey);

 2 , 生成token

  用HS256生成token

try {
    Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256("secret");
    String token = JWT.create()
        .withIssuer("auth0")
        .sign(algorithm);
} catch (UnsupportedEncodingException exception){
    //UTF-8 encoding not supported
} catch (JWTCreationException exception){
    //Invalid Signing configuration / Couldn\'t convert Claims.
}

  用RS256生成token

 Map<String,Object> keys=RSAUtils.getKeys();
        RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey)keys.get("public"); //Get the key instance
        RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey)keys.get("private");//Get the key instance
try {
    Algorithm algorithm = Algorithm.RSA256(publicKey, privateKey);
    String token = JWT.create()
        .withIssuer("auth0")
        .sign(algorithm);
} catch (JWTCreationException exception){
    //Invalid Signing configuration / Couldn\'t convert Claims.
}

  3， 验证token

    1）普通验证

       用HS256验证token

String token = "eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXUyJ9.eyJpc3MiOiJhdXRoMCJ9.AbIJTDMFc7yUa5MhvcP03nJPyCPzZtQcGEp-zWfOkEE";
try {
    Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256("secret");
    JWTVerifier verifier = JWT.require(algorithm)
        .withIssuer("auth0")
        .build(); //Reusable verifier instance
    DecodedJWT jwt = verifier.verify(token);
} catch (UnsupportedEncodingException exception){
    //UTF-8 encoding not supported
} catch (JWTVerificationException exception){
    //Invalid signature/claims
}

     用RS256验证token

String token = "eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXUyJ9.eyJpc3MiOiJhdXRoMCJ9.AbIJTDMFc7yUa5MhvcP03nJPyCPzZtQcGEp-zWfOkEE";
RSAPublicKey publicKey = //Get the key instance
RSAPrivateKey privateKey = //Get the key instance
try {
    Algorithm algorithm = Algorithm.RSA256(publicKey, privateKey);
    JWTVerifier verifier = JWT.require(algorithm)
        .withIssuer("auth0")
        .build(); //Reusable verifier instance
    DecodedJWT jwt = verifier.verify(token);
} catch (JWTVerificationException exception){
    //Invalid signature/claims
}

  2）在payLoad 是可以自定义数据，用于验证，包括时间等。

     在生成token的时候指定数据：

@Test
   public void gen1() throws IOException {
        String token ="";
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        //日期转字符串
            Calendar calendar = Calendar.getInstance();
            calendar.add(Calendar.SECOND,30 ); //特定时间的年后
            Date date = calendar.getTime();
        try {
           Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256("mysecrite");
            token = JWT.create()
                   .withIssuer("auth0")
                    .withSubject("xiaoming")
                    .withClaim("name", 123)
                    .withArrayClaim("array", new Integer[]{1, 2, 3})
                    .withExpiresAt(date)
                   .sign(algorithm);
           System.out.println("loglogagel:"+token);
       } catch (UnsupportedEncodingException exception){
           //UTF-8 encoding not supported
       } catch (JWTCreationException exception){
           //Invalid Signing configuration / Couldn\'t convert Claims.
       }


   }

    验证token是否过期，是否有制定的

@Test
  public void gen3(){
      String token = "eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpc3MiOiJhdXRoMCIsImV4cCI6MTQ5NzY4NTQwOX0.DHY-90JAA63_TvI-gRZ2oHCIItMajb45zB1tdCHQ_NQ";
      try {
          Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256("mysecrite");

          JWTVerifier.BaseVerification verification = (JWTVerifier.BaseVerification) JWT.require(algorithm)
                  .withIssuer("auth0")
                  .withSubject("xiaomong");
          Clock clock = new Clock() {
              @Override
              public Date getToday() {
                  return new Date();
              }
          };//Must implement Clock interface
          JWTVerifier verifier = verification.build(clock);
          DecodedJWT jwt = verifier.verify(token);
          System.out.println(jwt.getAlgorithm());
          System.out.println(jwt.getType());
          System.out.println(jwt.getIssuer());
          System.out.println(jwt.getExpiresAt());
      } catch (UnsupportedEncodingException exception){
          //UTF-8 encoding not supported
          exception.printStackTrace();
      } catch (JWTVerificationException exception){
          //Invalid signature/claims
          exception.printStackTrace();
      }
}

如果 subject验证的不一致，就会报如下错误：

  

如果时间超过 30 秒，会报如下错误：

 对验证的方法稍加修改：

 @Test
  public void gen3(){
      String token = "eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJzdWIiOiJ4aWFvbWluZyIsImFycmF5IjpbMSwyLDNdLCJpc3MiOiJhdXRoMCIsIm5hbWUiOiJJYW0gcmlnaHQgZnJvbSBjbGFpbSIsImV4cCI6MTQ5NzY4OTQ4NX0.6lsXISVAgi8B2wAvaZq4tj-h9Pgd6GGaOYZLz_gPFMU";
      try {
          Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256("mysecrite");

          JWTVerifier.BaseVerification verification = (JWTVerifier.BaseVerification) JWT.require(algorithm)
                  .withIssuer("auth0")
                  .withSubject("xiaoming");
          Clock clock = new Clock() {
              @Override
              public Date getToday() {
                  return new Date();
              }
          };//Must implement Clock interface
          JWTVerifier verifier = verification.build(clock);
          DecodedJWT jwt = verifier.verify(token);
          Map<String, Claim> claims = jwt.getClaims();    //Key is the Claim name
          Claim claim = claims.get("name");
          System.out.println(claim.asString());    //打印出claim的值
          System.out.println(jwt.getAlgorithm());
          System.out.println(jwt.getType());
          System.out.println(jwt.getIssuer());
          System.out.println(jwt.getExpiresAt());
      } catch (UnsupportedEncodingException exception){
          //UTF-8 encoding not supported
          exception.printStackTrace();
      } catch (JWTVerificationException exception){
          //Invalid signature/claims
          exception.printStackTrace();
      }

验证后的最后结果：

 

      

4，claim的添加，获取

    1） 内置的payload主要有以下几个，如果没有就返回null

     Issuer ("iss") ：发布者

String issuer = jwt.getIssuer();

Subject ("sub")

String subject = jwt.getSubject();

Audience ("aud")

List<String> audience = jwt.getAudience();

Expiration Time ("exp")

Date expiresAt = jwt.getExpiresAt();

Not Before ("nbf")

Date notBefore = jwt.getNotBefore();

Issued At ("iat")

Date issuedAt = jwt.getIssuedAt();

JWT ID ("jti")

String id = jwt.getId();

 

 2）定义私有的claim

    添加：

String token = JWT.create()
        .withClaim("name", 123)
        .withArrayClaim("array", new Integer[]{1, 2, 3})
        .sign(algorithm);

    获取：

JWTVerifier verifier = JWT.require(algorithm)
    .withClaim("name", 123)
    .withArrayClaim("array", 1, 2, 3)
    .build();
DecodedJWT jwt = verifier.verify("my.jwt.token");

 目前，官方支持claim的类型的有：Boolean, Integer, Double, String, Date , String[] 和 Integer.

 

  5,  Header Claims

     1）header claims 是定义header部分的内容，基本都是默认定义，不需要自己去设置的，内置的有：

Algorithm ("alg")

String algorithm = jwt.getAlgorithm();

Type ("typ")

String type = jwt.getType();

Content Type ("cty")

String contentType = jwt.getContentType();

Key Id ("kid")

String keyId = jwt.getKeyId();

 

      2）添加：

Map<String, Object> headerClaims = new HashMap();
headerClaims.put("owner", "auth0");
String token = JWT.create()
        .withHeader(headerClaims)
        .sign(algorithm);

      3）获取：

Claim claim = jwt.getHeaderClaim("owner");

 

总结： 看了其他人的一些博客，发现他们的api都是相对老一点的版本，生成token是一步一步来，新的确实简单方便很多。分享就这里，欢迎交流。

补充参考链接：

web 中使用jwt:    https://github.com/jwtk/jjwt

 

参考地址：https://github.com/auth0/java-jwt