java基于JWT的token身份认证方案

Posted 2022-02-20 九师兄

1.概述

转载：基于JWT的token身份认证方案

2.使用JSON Web Token的好处

2.1 性能问题

验证信息可以由前端保存，后端不需要为保存token消耗内存。JWT方式将用户状态分散到了客户端中，相比于Session，可以明显减轻服务端的内存压力。

Session方式存储用户id的最大弊病在于Session是存储在服务器端的，所以需要占用大量服务器内存，对于较大型应用而言可能还要保存许多的状态，一般还需借助nosql和缓存机制来实现Session存储，如果是分布式应用还需Session共享。

2.2 单点登录

JWT能轻松的实现单点登录，因为用户的状态已经被传送到了客户端。

token 可保存自定义信息，如用户基本信息，web服务器用key去解析token，即可获取到请求用户的信息。

我们也可以配置它以便包含用户拥有的任何权限。这意味着每个服务不需要与授权服务交互就能授权用户。

2.3 前后端分离

以前的传统模式下，后台对应的客户端就是浏览器，就可以使用session+cookies的方式实现登录。

但是在前后分离的情况下，后端只负责通过暴露的RestApi提供数据，而页面的渲染、路由都由前端完成。因为rest是无状态的，因此也就不会有Session记录到服务器端。

2.4 兼容性

支持移动设备，支持跨程序调用，Cookie 是不允许垮域访问的，而 Token 则不存在这个问题。

2.5 可拓展性

JWT是无状态的，特别适用于分布式站点的单点登录（SSO）场景。
比如有3台机器（A、B、C）组成服务器集群，若Session存在机器A上，Session只能保存在其中一台服务器，此时你便不能访问机器B、C，因为B、C上没有存放该Session，

而使用token就能够验证用户请求合法性，并且我再加几台机器也没事，所以可拓展性好。

2.6 安全性

因为有签名，所以JWT可以防止被篡改，而且加密支持多种算法。

3.JSON Web Token是什么

JWT是基于token的身份认证的方案。

json web token全称。可以保证安全传输的前提下传送一些基本的信息，以减轻对外部存储的依赖，减少了分布式组件的依赖，减少了硬件的资源。

可实现无状态、分布式的Web应用授权，jwt的安全特性保证了token的不可伪造和不可篡改。

本质上是一个独立的身份验证令牌，可以包含用户标识、用户角色和权限等信息，以及您可以存储任何其他信息（自包含）。任何人都可以轻松读取和解析，并使用密钥来验证真实性。

3.1 缺陷：

（1）JWT在生成token的时候支持失效时间，但是支持的失效时间是固定的，比如说一天。

但是用户登出是随机触发的，那么JWT token来做这个失效是不可行的，因为JWT在初始化时已经定死过期时间。可采用其他方案，在redis中存储token，设置token的过期时间，每次鉴权的时候都会去延长时间

（2）JWT不适合存放大量信息，信息越多token越长

JWT就是一个字符串，经过加密处理与校验处理的字符串，形式为：

A.B.C

用.连接，分别是头部、载荷、签名。A由JWT头部信息header加密得到，B由JWT用到的身份验证信息json数据加密得到，C由A和B加密得到，是校验部分

3.2 头部部分header

用于描述关于该JWT的最基本的信息，例如其类型以及签名所用的算法等。这也可以被表示成一个JSON对象。

  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"

alg描述的是签名算法。默认值是HS256。将header用base64加密，得到A。

HS256：对称算法加密
RS256：非对称算法加密

3.3 载荷部分payload

其实就是自定义的数据，一般存储用户Id，过期时间等信息。也就是JWT的核心所在，因为这些数据就是使后端知道此token是哪个用户已经登录的凭证。而且这些数据是存在token里面的，由前端携带，所以后端几乎不需要保存任何数据。

  "iss": "发行者",
  "sub": "主题",
  "aud": "观众",
  "exp": "过期时间",
  "iat": "签发时间",
  //以下可以添加自定义数据
  "id": "1",
  "nickname": "昵称"

根据JWT claim set[用base64]加密得到的。claim set是一个json数据，是表明用户身份的数据，可自行指定字段很灵活，也有固定字段表示特定含义（但不一定要包含特定字段，只是推荐）。

Base64算法是可逆的，不可以在载荷部分保存用户密码等敏感信息。如果业务需要，也可以采用对称密钥加密。

3.4 签名部分signature

HMACSHA256(Base64(Header) + "." + Base64(Payload), secret)，secret是加密的盐。

签名的目的是用来验证头部和载荷是否被非法篡改。

验签过程描述：获取token值，读取Header部分并Base64解码，得到签名算法。根据以上方法算出签名，如果签名信息不一致，说明是非法的。

4. JSON Web Token工作原理

1. 初次登录：用户初次登录，输入用户名密码
2. 密码验证：服务器从数据库取出用户名和密码进行验证
3. 生成JWT：服务器端验证通过，根据从数据库返回的信息，以及预设规则，生成JWT
4. 返回JWT：服务器的将token放在cookie中将JWT返回
5. 带JWT的请求：以后客户端发起请求，带上cookie中的token信息

5.JWT+Redis的登录方案流程：

• 前端服务器收到用户登录请求，传给后台API网关

• API网关把请求分发到用户服务里进行身份验证

• 后台用户服务验证通过，然后从账号信息抽取出userName、login_time等基本信息组成payload，进而组装一个JWT，把JWT放入redis(因为退出时无法使jwt立即作废，所以使用保存在redis中，退出的时候delete掉即可，鉴权时加一层判断JWT是否在redis里，如果不在则证明JWT已过期作废)，然后包装到cookie中返回到前端服务器，即登录成功

• 前端服务器拿到JWT，进行存储(可以存储在缓存中，也可以存储在数据库中，如果是浏览器，可以存储在cookie或localStorage中)

• 登录后，再访问其他微服务时，前端会携带JWT访问后台，后台校验 JWT，验签通过后，返回相应资源和数据即可

6.代码实现

6.1 Maven依赖

<dependency>
    <groupId>com.auth0</groupId>
    <artifactId>java-jwt</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
    <artifactId>jjwt</artifactId>
</dependency>

生成Token和验证Token

public class JwtUtils 
    /**
     * 签发JWT
     * @param id
     * @param subject 可以是JSON数据 尽可能少
     * @param ttlMillis
     * @return  String
     *
     */
    public static String createJWT(String id, String subject, long ttlMillis) 
        SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;
        long nowMillis = System.currentTimeMillis();
        Date now = new Date(nowMillis);
        SecretKey secretKey = generalKey();
        JwtBuilder builder = Jwts.builder()
                .setId(id)
                .setSubject(subject)   // 主题
                .setIssuer("user")     // 签发者
                .setIssuedAt(now)      // 签发时间
                .signWith(signatureAlgorithm, secretKey); // 签名算法以及密匙
        if (ttlMillis >= 0) 
            long expMillis = nowMillis + ttlMillis;
            Date expDate = new Date(expMillis);
            builder.setExpiration(expDate); // 过期时间
        
        return builder.compact();
    
    
    /**
     * 验证JWT
     * @param jwtStr
     * @return
     */
    public static CheckResult validateJWT(String jwtStr) 
        CheckResult checkResult = new CheckResult();
        Claims claims = null;
        try 
            claims = parseJWT(jwtStr);
            checkResult.setSuccess(true);
            checkResult.setClaims(claims);
         catch (ExpiredJwtException e) 
            checkResult.setErrCode(SystemConstant.JWT_ERRCODE_EXPIRE);
            checkResult.setSuccess(false);
         catch (SignatureException e) 
            checkResult.setErrCode(SystemConstant.JWT_ERRCODE_FAIL);
            checkResult.setSuccess(false);
         catch (Exception e) 
            checkResult.setErrCode(SystemConstant.JWT_ERRCODE_FAIL);
            checkResult.setSuccess(false);
        
        return checkResult;
    
    
    public static SecretKey generalKey() 
        byte[] encodedKey = Base64.decode(SystemConstant.JWT_SECERT);
        SecretKey key = new SecretKeySpec(encodedKey, 0, encodedKey.length, "AES");
        return key;
    
    
    /**
     * 
     * 解析JWT字符串
     * @param jwt
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static Claims parseJWT(String jwt) throws Exception 
        SecretKey secretKey = generalKey();
        return Jwts.parser()
            .setSigningKey(secretKey)
            .parseClaimsJws(jwt)
            .getBody();
    

public class LoginController 
    @Autowired
    UserRepository userRepository;
    
    @ApiOperation(value="用户登陆")
    @RequestMapping(value="login", method = RequestMethod.POST)
    public ReturnVo login(String username, String password, HttpServletResponse response) 
        User user = userRepository.findByUsername(username);
        if (user != null) 
            if (user.getPassword().equals(password)) 
                //把token返回给客户端-->客户端保存至cookie-->客户端每次请求附带cookie参数
                String jwt = JwtUtils.createJWT(user.getId(), username, SystemConstant.JWT_TTL);
                return ReturnVo.ok(jwt);
             else 
                return ReturnVo.error();
            
         else 
            return ReturnVo.error();