262.Spring Boot JWT：入门教程

Posted 2021-04-28 SpringBoot

前言

       这节我们介绍下JSON Web Token（缩写JWT），本文转载自：

http://www.ruanyifeng.com/blog/2018/07/json_web_token-tutorial.html

https://blog.csdn.net/ltl112358/article/details/79507148

 

一、跨域认证的问题

互联网服务离不开用户认证。一般流程是下面这样。

(1)、用户向服务器发送用户名和密码。

(2)、服务器验证通过后，在当前对话（session）里面保存相关数据，比如用户角色、登录时间等等。

(3)、服务器向用户返回一个 session_id，写入用户的 Cookie。

(4)、用户随后的每一次请求，都会通过 Cookie，将 session_id 传回服务器。

(5)、服务器收到 session_id，找到前期保存的数据，由此得知用户的身份。

这种模式的问题在于，扩展性（scaling）不好。单机当然没有问题，如果是服务器集群，或者是跨域的服务导向架构，就要求 session 数据共享，每台服务器都能够读取 session。

举例来说，A 网站和 B 网站是同一家公司的关联服务。现在要求，用户只要在其中一个网站登录，再访问另一个网站就会自动登录，请问怎么实现？

一种解决方案是 session 数据持久化，写入数据库或别的持久层。各种服务收到请求后，都向持久层请求数据。这种方案的优点是架构清晰，缺点是工程量比较大。另外，持久层万一挂了，就会单点失败。

另一种方案是服务器索性不保存 session 数据了，所有数据都保存在客户端，每次请求都发回服务器。JWT 就是这种方案的一个代表。

 

二、JWT的原理

JWT 的原理是，服务器认证以后，生成一个 JSON 对象，发回给用户，就像下面这样。

{

  "姓名":"张三",

  "角色":"管理员",

  "到期时间":"2018年7月1日0点0分"

}

以后，用户与服务端通信的时候，都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。为了防止用户篡改数据，服务器在生成这个对象的时候，会加上签名（详见后文）。

服务器就不保存任何 session 数据了，也就是说，服务器变成无状态了，从而比较容易实现扩展。

 

三、JWT的数据结构

实际的 JWT 大概就像下面这样。

它是一个很长的字符串，中间用点（.）分隔成三个部分。注意，JWT 内部是没有换行的，这里只是为了便于展示，将它写成了几行。

JWT 的三个部分依次如下：

n  Header（头部）

n  Payload（负载）

n Signature（签名）

写成一行，就是下面的样子。

Header.Payload.Signature

下面依次介绍这三个部分。

 

3.1 Header

Header 部分是一个 JSON 对象，描述 JWT 的元数据，通常是下面的样子。

{

  "alg":"HS256",

  "typ":"JWT"

}

上面代码中，alg属性表示签名的算法（algorithm），默认是 HMAC SHA256（写成 HS256）；typ属性表示这个令牌（token）的类型（type），JWT 令牌统一写为JWT。

最后，将上面的 JSON 对象使用 Base64URL 算法（详见后文）转成字符串。

3.2 Payload

Payload 部分也是一个 JSON 对象，用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段，供选用。

n  iss(issuer)：签发人

n  exp(expiration time)：过期时间

n  sub(subject)：主题

n  aud(audience)：受众

n  nbf(Not Before)：生效时间

n  iat(Issued At)：签发时间

n jti (JWT ID)：编号

比如：

{ "iss":"Online JWT Builder",

  "iat":1416797419,

  "exp":1448333419,

  "aud":"www.gusibi.com",

  "sub":"uid",

  "nickname":"goodspeed",

  "username":"goodspeed",

  "scopes":[ "admin", "user"]

}

 

除了官方字段，你还可以在这个部分定义私有字段，下面就是一个例子。

{

  "sub":"1234567890",

  "name":"John Doe",

  "admin":true

}

注意，JWT 默认是不加密的，任何人都可以读到，所以不要把秘密信息放在这个部分。

这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。

 

3.3 Signature

Signature 部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。

首先，需要指定一个密钥（secret）。这个密钥只有服务器才知道，不能泄露给用户。然后，使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256），按照下面的公式产生签名。

HMACSHA256(

  base64UrlEncode(header)+"."+

  base64UrlEncode(payload),

  secret)

算出签名以后，把 Header、Payload、Signature三个部分拼成一个字符串，每个部分之间用"点"（.）分隔，就可以返回给用户。

 

3.4 Base64URL

前面提到，Header和 Payload 串型化的算法是 Base64URL。这个算法跟 Base64 算法基本类似，但有一些小的不同。

JWT 作为一个令牌（token），有些场合可能会放到 URL（比如 api.example.com/?token=xxx）。Base64 有三个字符+、/和=，在 URL 里面有特殊含义，所以要被替换掉：=被省略、+替换成-，/替换成_ 。这就是 Base64URL 算法。

3.5 JWT组成伪代码

//Header

{

  "alg":"HS256",

  "typ":"JWT"

}

 

//Payload

{

  // reserved claims

  "iss":"a.com",

  "exp":"1d",

  // public claims

  "http://a.com": true,

  // private claims

  "company":"A",

  "awesome": true

}

 

//$Signature

HS256(Base64(Header)+ "." + Base64(Payload),secretKey)

 

//JWT

JWT= Base64(Header) + "." + Base64(Payload) + "." + $Signature

 

 

四、JWT实现用户认证的流程图

服务器在生成一个JWT之后会将这个JWT会以Authorization: Bearer JWT 键值对的形式存放在cookies里面发送到客户端机器，在客户端再次访问收到JWT保护的资源URL链接的时候，服务器会获取到cookies中存放的JWT信息，首先将Header进行反编码获取到加密的算法，在通过存放在服务器上的密匙对Header.Payload 这个字符串进行加密，比对JWT中的Signature和实际加密出来的结果是否一致，如果一致那么说明该JWT是合法有效的，认证成功，否则认证失败。

 

五、JWT 的使用方式

客户端收到服务器返回的 JWT，可以储存在 Cookie 里面，也可以储存在 localStorage。

此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT。你可以把它放在 Cookie 里面自动发送，但是这样不能跨域，所以更好的做法是放在 HTTP 请求的头信息Authorization字段里面。

Authorization: Bearer <token>

另一种做法是，跨域的时候，JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

 

六、JWT 的几个特点

（1）JWT 默认是不加密，但也是可以加密的。生成原始 Token 以后，可以用密钥再加密一次。

（2）JWT 不加密的情况下，不能将秘密数据写入 JWT。

（3）JWT 不仅可以用于认证，也可以用于交换信息。有效使用 JWT，可以降低服务器查询数据库的次数。

（4）JWT 的最大缺点是，由于服务器不保存 session 状态，因此无法在使用过程中废止某个 token，或者更改 token 的权限。也就是说，一旦 JWT 签发了，在到期之前就会始终有效，除非服务器部署额外的逻辑。

（5）JWT 本身包含了认证信息，一旦泄露，任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限，使用时应该再次对用户进行认证。

（6）为了减少盗用，JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输，要使用 HTTPS 协议传输。

 

七、为什么需要加上Bearer呢？

       我们发现在使用的时候，需要加入前缀Bearer，如下header :

Authorization: Bearer<token>

       那这是为什么呢？

       这个主要是因为http身份认证方法还有很多其它的方式，比如：Basic,Digest,OAuth等。在W3C在HTTP 1.0 规定的了认证方式为：

Authorization: <type><credentials>

<type>认证类型。常见的类型是Basic，其它的如下：

http://www.iana.org/assignments/http-authschemes/http-authschemes.xhtml

 

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