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理解JWT

1. JSON Web Token是什么

JSON Web Token (JWT)是一个开放标准(RFC 7519)，它定义了一种紧凑的、自包含的方式，用于作为JSON对象在各方之间安全地传输信息。该信息可以被验证和信任，因为它是数字签名的。

2. 什么时候你应该用JSON Web Tokens

下列场景中使用JSON Web Token是很有用的：

Authorization (授权) : 这是使用JWT的最常见场景。一旦用户登录，后续每个请求都将包含JWT，允许用户访问该令牌允许的路由、服务和资源。单点登录是现在广泛使用的JWT的一个特性，因为它的开销很小，并且可以轻松地跨域使用。
Information Exchange (信息交换) : 对于安全的在各方之间传输信息而言，JSON Web Tokens无疑是一种很好的方式。因为JWTs可以被签名，例如，用公钥/私钥对，你可以确定发送人就是它们所说的那个人。另外，由于签名是使用头和有效负载计算的，您还可以验证内容没有被篡改。

3. JSON Web Token的结构是什么样的

JSON Web Token由三部分组成，它们之间用圆点(.)连接。这三部分分别是：

Header
Payload
Signature

因此，一个典型的JWT看起来是这个样子的：

xxxxx.yyyyy.zzzzz

接下来，具体看一下每一部分：

Header

header典型的由两部分组成：token的类型（“JWT”）和算法名称（比如：HMAC SHA256或者RSA等等）。

例如：

然后，用Base64对这个JSON编码就得到JWT的第一部分

Payload

JWT的第二部分是payload，它包含声明（要求）。声明是关于实体(通常是用户)和其他数据的声明。声明有三种类型: registered, public 和 private。

Registered claims : 这里有一组预定义的声明，它们不是强制的，但是推荐。比如：iss (issuer), exp (expiration time), sub (subject), aud (audience)等。
Public claims : 可以随意定义。
Private claims : 用于在同意使用它们的各方之间共享信息，并且不是注册的或公开的声明。

下面是一个例子：

对payload进行Base64编码就得到JWT的第二部分

注意，不要在JWT的payload或header中放置敏感信息，除非它们是加密的。

Signature

为了得到签名部分，你必须有编码过的header、编码过的payload、一个秘钥，签名算法是header中指定的那个，然对它们签名即可。

例如：

HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)

签名是用于验证消息在传递过程中有没有被更改，并且，对于使用私钥签名的token，它还可以验证JWT的发送方是否为它所称的发送方。

看一张官网的图就明白了：

4. JSON Web Tokens是如何工作的

在认证的时候，当用户用他们的凭证成功登录以后，一个JSON Web Token将会被返回。此后，token就是用户凭证了，你必须非常小心以防止出现安全问题。一般而言，你保存令牌的时候不应该超过你所需要它的时间。

无论何时用户想要访问受保护的路由或者资源的时候，用户代理（通常是浏览器）都应该带上JWT，典型的，通常放在Authorization header中，用Bearer schema。

header应该看起来是这样的：

Authorization: Bearer <token>

服务器上的受保护的路由将会检查Authorization header中的JWT是否有效，如果有效，则用户可以访问受保护的资源。如果JWT包含足够多的必需的数据，那么就可以减少对某些操作的数据库查询的需要，尽管可能并不总是如此。

如果token是在授权头（Authorization header）中发送的，那么跨源资源共享(CORS)将不会成为问题，因为它不使用cookie。

下面这张图显示了如何获取JWT以及使用它来访问APIs或者资源：

应用（或者客户端）想授权服务器请求授权。例如，如果用授权码流程的话，就是/oauth/authorize
当授权被许可以后，授权服务器返回一个access token给应用
应用使用access token访问受保护的资源（比如：API）

5. 基于Token的身份认证与基于服务器的身份认证

5.1. 基于服务器的身份认证

在讨论基于Token的身份认证是如何工作的以及它的好处之前，我们先来看一下以前我们是怎么做的：

HTTP协议是无状态的，也就是说，如果我们已经认证了一个用户，那么他下一次请求的时候，服务器不知道我是谁，我们必须再次认证

传统的做法是将已经认证过的用户信息存储在服务器上，比如Session。用户下次请求的时候带着Session ID，然后服务器以此检查用户是否认证过。

这种基于服务器的身份认证方式存在一些问题：

Sessions : 每次用户认证通过以后，服务器需要创建一条记录保存用户信息，通常是在内存中，随着认证通过的用户越来越多，服务器的在这里的开销就会越来越大。
Scalability : 由于Session是在内存中的，这就带来一些扩展性的问题。
CORS : 当我们想要扩展我们的应用，让我们的数据被多个移动设备使用时，我们必须考虑跨资源共享问题。当使用AJAX调用从另一个域名下获取资源时，我们可能会遇到禁止请求的问题。
CSRF : 用户很容易受到CSRF攻击。

5.2. JWT与Session的差异

相同点是，它们都是存储用户信息；然而，Session是在服务器端的，而JWT是在客户端的。

Session方式存储用户信息的最大问题在于要占用大量服务器内存，增加服务器的开销。

而JWT方式将用户状态分散到了客户端中，可以明显减轻服务端的内存压力。

Session的状态是存储在服务器端，客户端只有session id；而Token的状态是存储在客户端。

5.3. 基于Token的身份认证是如何工作的

基于Token的身份认证是无状态的，服务器或者Session中不会存储任何用户信息。

没有会话信息意味着应用程序可以根据需要扩展和添加更多的机器，而不必担心用户登录的位置。

虽然这一实现可能会有所不同，但其主要流程如下：

用户携带用户名和密码请求访问
服务器校验用户凭据
应用提供一个token给客户端
客户端存储token，并且在随后的每一次请求中都带着它
服务器校验token并返回数据

注意：

每一次请求都需要token
Token应该放在请求header中
我们还需要将服务器设置为接受来自所有域的请求，用Access-Control-Allow-Origin: *

5.4. 用Token的好处

无状态和可扩展性：Tokens存储在客户端。完全无状态，可扩展。我们的负载均衡器可以将用户传递到任意服务器，因为在任何地方都没有状态或会话信息。
安全：Token不是Cookie。（The token, not a cookie.）每次请求的时候Token都会被发送。而且，由于没有Cookie被发送，还有助于防止CSRF攻击。即使在你的实现中将token存储到客户端的Cookie中，这个Cookie也只是一种存储机制，而非身份认证机制。没有基于会话的信息可以操作，因为我们没有会话

6.什么是jwt

双方之间传递安全信息的简洁的、URL安全的表述性声明规范。JWT作为一个开放的标准（RFC 7519），定义了一种简洁的，自包含的方法用于通信双方之间以Json对象的形式安全的传递信息。简洁(Compact): 可以通过URL，POST参数或者在HTTP header发送，因为数据量小，传输速度也很快 自包含(Self-contained)：负载中包含了所有用户所需要的信息，避免了多次查询数据库。

6.1.Jwt在javaweb项目中的简单使用

第一步：引入maven依赖

<!--引入JWT依赖,由于是基于Java，所以需要的是java-jwt-->
        <dependency>
            <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
            <artifactId>jjwt</artifactId>
            <version>0.9.1</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.auth0</groupId>
            <artifactId>java-jwt</artifactId>
            <version>3.4.0</version>
        </dependency>

第二步：创建两个注解，拦截器通过注释区分是否进行权限拦截（详情参考上一篇文章JWT在JAVAWEB项目中的应用核心步骤解读 https://www.cnblogs.com/jimisun/p/9480886.html)

package com.pjb.springbootjjwt.jimisun;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;


@Target({ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface LoginToken {
    boolean required() default true;
}

package com.pjb.springbootjjwt.jimisun;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;


@Target({ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface CheckToken {
    boolean required() default true;
}

第三步：编写JwtUtil工具类（生成token,解析token,校验token）

package com.pjb.springbootjjwt.jimisun;

import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.JwtBuilder;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;

import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;

/**
 * @Author:jimisun
 * @Description:
 * @Date:Created in 14:08 2018/8/15
 * @Modified By:
 */
public class JwtUtil {

    /**
     * 用户登录成功后生成Jwt
     * 使用Hs256算法  私匙使用用户密码
     *
     * @param ttlMillis jwt过期时间
     * @param user      登录成功的user对象
     * @return
     */
    public static String createJWT(long ttlMillis, User user) {
        //指定签名的时候使用的签名算法，也就是header那部分，jjwt已经将这部分内容封装好了。
        SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;

        //生成JWT的时间
        long nowMillis = System.currentTimeMillis();
        Date now = new Date(nowMillis);

        //创建payload的私有声明（根据特定的业务需要添加，如果要拿这个做验证，一般是需要和jwt的接收方提前沟通好验证方式的）
        Map<String, Object> claims = new HashMap<String, Object>();
        claims.put("id", user.getId());
        claims.put("username", user.getUsername());
        claims.put("password", user.getPassword());

        //生成签名的时候使用的秘钥secret,这个方法本地封装了的，一般可以从本地配置文件中读取，切记这个秘钥不能外露哦。它就是你服务端的私钥，在任何场景都不应该流露出去。一旦客户端得知这个secret, 那就意味着客户端是可以自我签发jwt了。
        String key = user.getPassword();

        //生成签发人
        String subject = user.getUsername();



        //下面就是在为payload添加各种标准声明和私有声明了
        //这里其实就是new一个JwtBuilder，设置jwt的body
        JwtBuilder builder = Jwts.builder()
                //如果有私有声明，一定要先设置这个自己创建的私有的声明，这个是给builder的claim赋值，一旦写在标准的声明赋值之后，就是覆盖了那些标准的声明的
                .setClaims(claims)
                //设置jti(JWT ID)：是JWT的唯一标识，根据业务需要，这个可以设置为一个不重复的值，主要用来作为一次性token,从而回避重放攻击。
                .setId(UUID.randomUUID().toString())
                //iat: jwt的签发时间
                .setIssuedAt(now)
                //代表这个JWT的主体，即它的所有人，这个是一个json格式的字符串，可以存放什么userid，roldid之类的，作为什么用户的唯一标志。
                .setSubject(subject)
                //设置签名使用的签名算法和签名使用的秘钥
                .signWith(signatureAlgorithm, key);
        if (ttlMillis >= 0) {
            long expMillis = nowMillis + ttlMillis;
            Date exp = new Date(expMillis);
            //设置过期时间
            builder.setExpiration(exp);
        }
        return builder.compact();
    }


    /**
     * Token的解密
     * @param token 加密后的token
     * @param user  用户的对象
     * @return
     */
    public static Claims parseJWT(String token, User user) {
        //签名秘钥，和生成的签名的秘钥一模一样
        String key = user.getPassword();

        //得到DefaultJwtParser
        Claims claims = Jwts.parser()
                //设置签名的秘钥
                .setSigningKey(key)
                //设置需要解析的jwt
                .parseClaimsJws(token).getBody();
        return claims;
    }


    /**
     * 校验token
     * 在这里可以使用官方的校验，我这里校验的是token中携带的密码于数据库一致的话就校验通过
     * @param token
     * @param user
     * @return
     */
    public static Boolean isVerify(String token, User user) {
        //签名秘钥，和生成的签名的秘钥一模一样
        String key = user.getPassword();

        //得到DefaultJwtParser
        Claims claims = Jwts.parser()
                //设置签名的秘钥
                .setSigningKey(key)
                //设置需要解析的jwt
                .parseClaimsJws(token).getBody();

        if (claims.get("password").equals(user.getPassword())) {
            return true;
        }

        return false;
    }

}

第四步：编写拦截器拦截请求进行权限验证

package com.pjb.springbootjjwt.interceptor;

import com.auth0.jwt.JWT;
import com.auth0.jwt.exceptions.JWTDecodeException;
import com.pjb.springbootjjwt.jimisun.CheckToken;
import com.pjb.springbootjjwt.jimisun.JwtUtil;
import com.pjb.springbootjjwt.jimisun.LoginToken;
import com.pjb.springbootjjwt.jimisun.User;
import com.pjb.springbootjjwt.service.UserService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.method.HandlerMethod;
import org.springframework.web.servlet.HandlerInterceptor;
import org.springframework.web.servlet.ModelAndView;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.lang.reflect.Method;


/**
 * jimisun
 */
public class AuthenticationInterceptor implements HandlerInterceptor {

    @Autowired
    UserService userService;

    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest httpServletRequest, HttpServletResponse httpServletResponse, Object object) throws Exception {

        // 从 http 请求头中取出 token
        String token = httpServletRequest.getHeader("token");
        // 如果不是映射到方法直接通过
        if (!(object instanceof HandlerMethod)) {
            return true;
        }

        HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) object;
        Method method = handlerMethod.getMethod();
        //检查是否有LoginToken注释，有则跳过认证
        if (method.isAnnotationPresent(LoginToken.class)) {
            LoginToken loginToken = method.getAnnotation(LoginToken.class);
            if (loginToken.required()) {
                return true;
            }
        }

        //检查有没有需要用户权限的注解
        if (method.isAnnotationPresent(CheckToken.class)) {
            CheckToken checkToken = method.getAnnotation(CheckToken.class);
            if (checkToken.required()) {
                // 执行认证
                if (token == null) {
                    throw new RuntimeException("无token，请重新登录");
                }
                // 获取 token 中的 user id
                String userId;
                try {
                    userId = JWT.decode(token).getClaim("id").asString();
                } catch (JWTDecodeException j) {
                    throw new RuntimeException("访问异常！");
                }
                User user = userService.findUserById(userId);
                if (user == null) {
                    throw new RuntimeException("用户不存在，请重新登录");
                }
                Boolean verify = JwtUtil.isVerify(token, user);
                if (!verify) {
                    throw new RuntimeException("非法访问！");
                }
                return true;
            }
        }
        return true;
    }

    @Override
    public void postHandle(HttpServletRequest httpServletRequest, HttpServletResponse httpServletResponse, Object o, ModelAndView modelAndView) throws Exception {

    }

    @Override
    public void afterCompletion(HttpServletRequest httpServletRequest, HttpServletResponse httpServletResponse, Object o, Exception e) throws Exception {

    }


}

配置拦截器（ps:我使用的是springboot，大家使用ssm配置拦截器的方式不一样）

package com.pjb.springbootjjwt.interceptorconfig;

import com.pjb.springbootjjwt.interceptor.AuthenticationInterceptor;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.InterceptorRegistry;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.WebMvcConfigurer;


@Configuration
public class InterceptorConfig implements WebMvcConfigurer {


    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        registry.addInterceptor(authenticationInterceptor())
                .addPathPatterns("/**");    // 拦截所有请求，通过判断是否有 @LoginRequired 注解 决定是否需要登录
    }

    @Bean
    public AuthenticationInterceptor authenticationInterceptor() {
        return new AuthenticationInterceptor();
    }
}

第五步:在示例Controller中的实际应用

package com.pjb.springbootjjwt.jimisun;

import com.alibaba.fastjson.JSONObject;
import com.pjb.springbootjjwt.annotation.PassToken;
import com.pjb.springbootjjwt.annotation.UserLoginToken;
import com.pjb.springbootjjwt.service.UserService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;

import javax.validation.Valid;
import java.util.UUID;

/**
 * @Author:jimisun
 * @Description:
 * @Date:Created in 15:04 2018/8/15
 * @Modified By:
 */
@RestController
@RequestMapping("/api")
public class UserController {

    @Autowired
    private UserService userService;

    //登录
    @PostMapping("/login")
    @LoginToken
    public Object login(@RequestBody @Valid com.pjb.springbootjjwt.jimisun.User user) {

        JSONObject jsonObject = new JSONObject();
        com.pjb.springbootjjwt.jimisun.User userForBase = userService.findByUsername(user);
        if (userForBase == null) {
            jsonObject.put("message", "登录失败,用户不存在");
            return jsonObject;
        } else {
            if (!userForBase.getPassword().equals(user.getPassword())) {
                jsonObject.put("message", "登录失败,密码错误");
                return jsonObject;
            } else {
                String token = JwtUtil.createJWT(6000000, userForBase);
                jsonObject.put("token", token);
                jsonObject.put("user", userForBase);
                return jsonObject;
            }
        }
    }

    //查看个人信息
    @CheckToken
    @GetMapping("/getMessage")
    public String getMessage() {
        return "你已通过验证";
    }


}

最后一步，我们现在来访问一下啊

先进行登录

登录后携带token进行业务操作

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