基于JWT的Token认证机制（一）

简介

          JSON Web Token（JWT）是一个非常轻巧的规范，这个规范允许我们使用JWT在用户和服务器之间传递安全可靠的信息。它是基于RFC 7519标准定义的一种可以安全传输的小巧和自包含的JSON对象。由于数据是使用数字签名的，所以是可信任的和安全的。JWT可以使用HMAC算法对secret进行加密或者使用RSA的公钥私钥对其进行签名。

JWT的组成

      一个JWT实际上就是一个字符串，它由三部分组成，头部（Header）、载荷（Payload）与签名（Signature）。

      拼接形式为：  Header.Payload.Signature

头部（Header）

     JWT的头部用户描述关于该JWT的最基本信息，例如其类型以及签名所使用的算法等。这个可以被表示成一个JSON对象，比如下面类型就是JWT，使用的算法是HS256。

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

   上面的内容用Base64进行编码，编码后的字符串如下：

  eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9

载荷（Payload）

  Payload里面是Token的具体内容，也就是Token的数据声明（Claim），这些内容里面有一些是标准字段，也可以添加其他需要添加的内容，如userId,email等。

   

{  "iss": "why",   "iat": 1416797419,   "exp": 1448333419,   "aud": "www.example.com",   "sub": "taobao.com", }

• iss: 该JWT的签发者，是否使用是可选的；
• sub: 该JWT所面向的用户，是否使用是可选的；
• aud: 接收该JWT的一方，是否使用是可选的；
• exp(expires): 什么时候过期，这里是一个Unix时间戳，是否使用是可选的；
• iat(issued at): 在什么时候签发的(UNIX时间)，是否使用是可选的；
  
• nbf (Not Before)：如果当前时间在nbf里的时间之前，则Token不被接受；一般都会留一些余地，比如几分钟；，是否使用是可选的；

 上面的json内容，经过Base64编码后就成为如下内容：

ewogICJpc3MiOiAid2h5IiwgCiAgImlhdCI6IDE0MTY3OTc0MTksIAogICJleHAiOiAxNDQ4MzMzNDE5LCAKICAiYXVkIjogInd3dy5leGFtcGxlLmNvbSIsIAogICJzdWIiOiAidGFvYmFvLmNvbSIsIAp9

签名（Signature）

     签名就是对头部及载荷内容进行签名，如果有人截取了Token信息并对Token信息进行修改，再进行编码的话，那么新的头部和载荷的签名和之前的签名就将是不一样的。而且，如果不知道服务器加密时用的密钥的话，得出来的签名也一定是不一样的。

     签名的过程是这样的：采用header中声明的算法，接受三个参数：base64编码的header、base64编码的payload和秘钥（secret）进行运算。签名这一部分如果你愿意的话，可以采用RSASHA256的方式进行公钥、私钥对的方式进行。在下面的代码中，我们将介绍使用的签名方式。

   将上面的两个编码后的字符串都用句号连接在一起（头部在前），就形成了：

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.ewogICJpc3MiOiAid2h5IiwgCiAgImlhdCI6IDE0MTY3OTc0MTksIAogICJleHAiOiAxNDQ4MzMzNDE5LCAKICAiYXVkIjogInd3dy5leGFtcGxlLmNvbSIsIAogICJzdWIiOiAidGFvYmFvLmNvbSIsIAp9

  我们将上面拼接完的字符串用HS256算法进行加密，在加密的时候，提供一个密钥（secret），然后对上面的字符串进行加密后得到签名

6OcLdX38eKWn1gCyJ6RNwsAvIvXxYq1CGBkFWgiTsyc

最后，将将这一部分也用句号拼接在字符串后面，就形成了

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.ewogICJpc3MiOiAid2h5IiwgCiAgImlhdCI6IDE0MTY3OTc0MTksIAogICJleHAiOiAxNDQ4MzMzNDE5LCAKICAiYXVkIjogInd3dy5leGFtcGxlLmNvbSIsIAogICJzdWIiOiAidGFvYmFvLmNvbSIsIAp9.6OcLdX38eKWn1gCyJ6RNwsAvIvXxYq1CGBkFWgiTsyc

 

JWT的工作流程

    
 如上图所示：

     1. 用户导航到登录页，输入用户名和密码，进行登录

     2. 服务器对登录用户进行认证，如果认证通过，根据用户的信息和JWT的生成规则生成JWT Token

     3. 服务器将该Token字符串返回

     4. 客户端得到Token信息，将Token存储在localStorage、sessionStorage或cookie等存储形式中。

     5. 当用户请求服务器API时，在请求的Header中加入 Authorization：Token。

     6. 服务端对此Token进行校验，如果合法就解析其中内容，根据其拥有的权限和自己的业务逻辑给出响应结果，如果不通过，返回HTTP 401。

     7. 用户进入系统，获得请求资源

JWT的JAVA实现

       1.JWT的组成已经在上面详细的介绍过了，所以如果自己写生成方法的话也是可以的，就是先将Header信息和Payload信息分别进行Base64编码，用英文句号隔开，然后用HMACSHA256算法进行签名，再把签名组合起来的过程。

       2. 这里我们重点说下使用JJWT的开源库；JJWT实现了JWT、JWS、JWE和JWA RFC规范，下面将简单举例说明如何使用：

生成Token码

 

package why.test;import io.jsonwebtoken.Claims;import io.jsonwebtoken.JwtBuilder;import io.jsonwebtoken.Jwts;import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;import javax.xml.bind.DatatypeConverter;import java.security.Key;import java.util.Date;/** * @Author: 王洪玉 * @Decsription: 生成Token的工具类 * @Create: 2017/11/12 20:06 * @Modified By: */public class TokenUtil {    private static final String APP_KEY = "why_key"; //进行数字签名的私钥，一定要保管好，不能和我一样写到博客中。。。。。    private TokenUtil(){    }    /**     * 一个JWT实际上就是一个字符串，它由三部分组成，头部(Header)、载荷(Payload)与签名(Signature)     * @param id 当前用户ID     * @param issuer 该JWT的签发者，是否使用是可选的     * @param subject 该JWT所面向的用户，是否使用是可选的     * @param ttlMillis 什么时候过期，这里是一个Unix时间戳，是否使用是可选的     * @param audience 接收该JWT的一方，是否使用是可选的     * @return     */    public static String createJWT(String id,String issuer,String subject,long ttlMillis, String audience){        SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;        long nowMillis = System.currentTimeMillis();        Date now = new Date(nowMillis);        byte[] apiKeySecretBytes = DatatypeConverter.parseBase64Binary(APP_KEY);        Key signingKey = new SecretKeySpec(apiKeySecretBytes, signatureAlgorithm.getJcaName());        JwtBuilder jwtBuilder = Jwts.builder()                .setId(id)                .setSubject(subject)                .setIssuedAt(now)                .setIssuer(issuer)                .setAudience(audience)                .signWith(signatureAlgorithm,signingKey);//设置Token的过期时间        if(ttlMillis >=0){              long expMillis = nowMillis + ttlMillis;            Date exp = new Date(expMillis);            jwtBuilder.setExpiration(exp);        }        return jwtBuilder.compact();    }    //私钥解密token信息    public static Claims getClaims(String jwt) {        return Jwts.parser()                .setSigningKey(DatatypeConverter.parseBase64Binary(APP_KEY))                .parseClaimsJws(jwt).getBody();    }}

生成Token信息并解密

    @Test    public void testCreateToken(){        String userId = "WKSH121321KKsdfk";        String issuer = "http://whytfjybj.com";        String subject = "师范学院";        long ttlMillis = 1000 * 60;        String audience = "schoolNo";        String token = TokenUtil.createJWT(userId,issuer,subject,ttlMillis,audience);        //打印出token信息        System.out.println(token);//        解密token信息        Claims claims = TokenUtil.getClaims(token);        System.out.println("---------------------------解密的token信息----------------------------------");        System.out.println("ID: " + claims.getId());        System.out.println("Subject: " + claims.getSubject());        System.out.println("Issuer: " + claims.getIssuer());        System.out.println("Expiration: " + claims.getExpiration());    }

总结：JWT本身的实现非常简单，虽然很高效的完成了用户认证，但网站的安全性问题是一个非常重要且关键的问题，通过上面的JWT生成过程我们可以很清楚的知道，JWT本身没有做加密处理，都是通过Base64进行编码后方便通过HTTP传输而已，Header和Payload信息都是可以通过Base64解码进行查看的。简单的安全措施是：

  1. 为保证用户密、密码验证过程的安全性，敏感信息需要在网络中传输，Token信息也会在Request请求信息中看到，因此，这个过程建议将网站进行SSL加密传输，采用HTTPS协议，以确保通道的安全性。

  2.在Payload中尽量少带敏感性信息，只带ID等无关网站安全的信息。

总之，网站安全又是另一个非常重要的话题了，涉及到的方方面面都很广，要防范的攻击也很多，我们就不做讨论了。