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08 jwt源码剖析

08 jwt源码剖析

JSON Web Tokens，是一种开发的行业标准 RFC 7519 ，用于安全的表示双方之间的声明。目前，jwt广泛应用在系统的用户认证方面，特别是现在前后端分离项目。

1. jwt认证流程

在项目开发中，一般会按照上图所示的过程进行认证，即：用户登录成功之后，服务端给用户浏览器返回一个token，以后用户浏览器要携带token再去向服务端发送请求，服务端校验token的合法性，合法则给用户看数据，否则，返回一些错误信息。

传统token方式和jwt在认证方面有什么差异？

传统token方式

用户登录成功后，服务端生成一个随机token给用户，并且在服务端(数据库或缓存)中保存一份token，以后用户再来访问时需携带token，服务端接收到token之后，去数据库或缓存中进行校验token的是否超时、是否合法。
jwt方式

用户登录成功后，服务端通过jwt生成一个随机token给用户（服务端无需保留token），以后用户再来访问时需携带token，服务端接收到token之后，通过jwt对token进行校验是否超时、是否合法。

2.jwt创建token

2.1 原理

jwt的生成token格式如下，即：由 . 连接的三段字符串组成。

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

生成规则如下：
- 第一段HEADER部分，固定包含算法和token类型，对此json进行base64url加密，这就是token的第一段。
```
{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}
```
- 第二段PAYLOAD部分，包含一些数据，对此json进行base64url加密，这就是token的第二段
```
{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "iat": 1516239022
  ...
}
```
- 第三段SIGNATURE部分，把前两段的base密文通过.拼接起来，然后对其进行HS256加密，再然后对hs256密文进行base64url加密，最终得到token的第三段。
```
base64url(
    HMACSHA256(
      base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload),
      your-256-bit-secret (秘钥加盐)
    )
)
```
- 最后将三段字符串通过 .拼接起来就生成了jwt的token。
- 注意：base64url加密是先做base64加密，然后再将 - 替代 + 及 _ 替代 / 。

2.2 jwt校验token

一般在认证成功后，把jwt生成的token返回给用户，以后用户再次访问时候需要携带token，此时jwt需要对token进行超时及合法性校验。
获取token之后，会按照以下步骤进行校验：
将token分割成 header_segment、payload_segment、crypto_segment 三部分
对第一部分header_segment进行base64url解密，得到header
对第二部分payload_segment进行base64url解密，得到payload
对第三部分crypto_segment进行base64url解密，得到signature
对第三部分signature部分数据进行合法性校验
- 拼接前两段密文，即：signing_input
- 从第一段明文中获取加密算法，默认：HS256
- 使用算法+盐对signing_input 进行加密，将得到的结果和signature密文进行比较。

3. jwt使用

安装
```
pip3 install djangorestframework-jwt
```

setting配置文件

import datetime
JWT_AUTH = {
    "JWT_EXPIRATION_DELTA":datetime.timedelta(minutes=10)
}

app中注册

INSTALLED_APPS = [
    'django.contrib.admin',
    'django.contrib.auth',
    'django.contrib.contenttypes',
    'django.contrib.sessions',
    'django.contrib.messages',
    'django.contrib.staticfiles',
    'api.apps.ApiConfig',
    'rest_framework',
    'rest_framework_jwt'
]

用户登录

from rest_framework.views import APIView
from rest_framework.response import Response

from api import models

class LoginView(APIView):
    """
    登录接口
    """
    def post(self,request,*args,**kwargs):

        # 基于jwt的认证
        # 1.去数据库获取用户信息
        from rest_framework_jwt.settings import api_settings
        jwt_payload_handler = api_settings.JWT_PAYLOAD_HANDLER
        jwt_encode_handler = api_settings.JWT_ENCODE_HANDLER

        user = models.UserInfo.objects.filter(**request.data).first()
        if not user:
            return Response({'code':1000,'error':'用户名或密码错误'})

        payload = jwt_payload_handler(user)
        token = jwt_encode_handler(payload)
        return Response({'code':1001,'data':token})

用户认证

from rest_framework.views import APIView
from rest_framework.response import Response

# from rest_framework.throttling import AnonRateThrottle,BaseThrottle


class ArticleView(APIView):
    def get(self,request,*args,**kwargs):
        # 获取用户提交的token，进行一步一步校验
        import jwt
        from rest_framework import exceptions
        from rest_framework_jwt.settings import api_settings
        jwt_decode_handler = api_settings.JWT_DECODE_HANDLER

        jwt_value = request.query_params.get('token')
        try:
            payload = jwt_decode_handler(jwt_value)
        except jwt.ExpiredSignature:
            msg = '签名已过期'
            raise exceptions.AuthenticationFailed(msg)
        except jwt.DecodeError:
            msg = '认证失败'
            raise exceptions.AuthenticationFailed(msg)
        except jwt.InvalidTokenError:
            raise exceptions.AuthenticationFailed()
        print(payload)

        return Response('文章列表')

4. 源码剖析

首先从路由看起

from rest_framework_jwt.views import obtain_jwt_token
urlpatterns = [
    url(r'^login/', account.LoginView.as_view()),
    url(r'^jwt/login/',obtain_jwt_token), # ObtainJSONWebToken.as_view()

    url(r'^article/', article.ArticleView.as_view()),
]

# obtain_jwt_token = ObtainJSONWebToken.as_view()

ObtainJSONWebToken类

class ObtainJSONWebToken(JSONWebTokenAPIView):
    serializer_class = JSONWebTokenSerializer

JSONWebTokenSerializer类，进行用户认证

from rest_framework_jwt.settings import api_settings
jwt_payload_handler = api_settings.JWT_PAYLOAD_HANDLER
jwt_encode_handler = api_settings.JWT_ENCODE_HANDLER

class JSONWebTokenSerializer(Serializer):
    def validate(self, attrs):
        credentials = {
            self.username_field: attrs.get(self.username_field),
            'password': attrs.get('password')
        }

        if all(credentials.values()):
            user = authenticate(**credentials)

            if user:
                payload = jwt_payload_handler(user)
                return {
                    'token': jwt_encode_handler(payload),
                    'user': user
                }

用户认证成功后会将user对象当作参数执行jwt_payload_handler函数

函数内部会将用户id、用户名、以及超时时间放到一个payload的字典中

def jwt_payload_handler(user):
    username_field = get_username_field()
    username = get_username(user)

    payload = {
        'user_id': user.pk,
        'username': username,
        'exp': datetime.utcnow() + api_settings.JWT_EXPIRATION_DELTA
    }

    return payload

将payload当作参数执行jwt_encode_handler函数

def jwt_encode_handler(payload):
    key = api_settings.JWT_PRIVATE_KEY or jwt_get_secret_key(payload)
    return jwt.encode(
        payload,
        key,
        api_settings.JWT_ALGORITHM
    ).decode('utf-8')

encode的方法内部会将包括类型以及加密的算法进行base64加密

def encode(self,
           payload,  # type: Union[Dict, bytes]
           key,  # type: str
           algorithm='HS256',  # type: str
           headers=None,  # type: Optional[Dict]
           json_encoder=None  # type: Optional[Callable]
          ):

    json_payload = json.dumps(
        payload,
        separators=(',', ':'),
        cls=json_encoder
    ).encode('utf-8')

    return super(PyJWT, self).encode(
        json_payload, key, algorithm, headers, json_encoder
    )

执行super().encode()方法

将前两段拼接起来进行hs256加密后，再进行base64加密，再将这三段拼接起来

def encode(self,
           payload,  # type: Union[Dict, bytes]
           key,  # type: str
           algorithm='HS256',  # type: str
           headers=None,  # type: Optional[Dict]
           json_encoder=None  # type: Optional[Callable]
          ):
    segments = []

    # Header
    header = {'typ': self.header_typ, 'alg': algorithm}

    json_header = force_bytes(
        json.dumps(
            header,
            separators=(',', ':'),
            cls=json_encoder
        )
    )

    segments.append(base64url_encode(json_header))
    segments.append(base64url_encode(payload))

    # Segments
    signing_input = b'.'.join(segments)
    alg_obj = self._algorithms[algorithm]
    key = alg_obj.prepare_key(key)
    signature = alg_obj.sign(signing_input, key)

    segments.append(base64url_encode(signature))

    return b'.'.join(segments)

用户下次请求进来，进行验证

class BaseJSONWebTokenAuthentication(BaseAuthentication):

    def authenticate(self, request):
        jwt_value = self.get_jwt_value(request)
        if jwt_value is None:
            return None

        try:
            payload = jwt_decode_handler(jwt_value)
        except jwt.ExpiredSignature:
            msg = _('Signature has expired.')
            raise exceptions.AuthenticationFailed(msg)
        except jwt.DecodeError:
            msg = _('Error decoding signature.')
            raise exceptions.AuthenticationFailed(msg)
        except jwt.InvalidTokenError:
            raise exceptions.AuthenticationFailed()

        user = self.authenticate_credentials(payload)

        return (user, jwt_value)

总结:

请求来时会执行ObtainJSONWebToken类的serializer_class的序列化方法，
用户认证成功后会将user对象当作参数执行jwt_payload_handler函数，
在这个函数内部会将用户id、用户名、以及超时时间放到一个payload的字典中，
接着将payload当作参数执行jwt_encode_handler函数，
在encode的方法内部会将包括类型以及加密的算法进行base64加密，
将payload进行base64加密，
将前两段拼接起来进行hs256加密后，再进行base64加密，再将这三段拼接起来

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原文地址：https://www.cnblogs.com/liubing8/p/11945844.html