springSecurity中jwt机制及应用详解

前言：

在Spring的众多组件中，个人认为Springsecurity组件绝对是比较有难度的一款。对于springSecurity涵盖的内容比较多，在接下来的内容中会分几篇内容进行梳理讲解。先从JWT这里开始。需要明确的一点就是：JWT并不是springsecurity的一部分，其是单独的一个标准，只不过，在spring security组件中使用了它。如果是在开发过程中，你不想使用Springsecurity来完成jwt这种操作，是可以单独使用相关的jar包来实现。springsecurity组件是将认证和授权机制统一的组件。提供的认证方式有多种，JWT是其中一种，使用组件形式，在实际开发中就需要关心集体如何生成，只需要关注业务流程即可

什么是JWT(JSON Web Token）？

官方文档是这样解释的：JSON Web Token（JWT）是一个开放标准（RFC 7519），它定义了一种紧凑且独立的方式，可以在各方之间作为JSON对象安全地传输信息。此信息可以通过数字签名进行验证和信任。JWT可以使用秘密（使用HMAC算法）或使用RSA或ECDSA的公钥/私钥对进行签名。

虽然JWT可以加密以在各方之间提供保密，但只将专注于签名令牌。签名令牌可以验证其中包含的声明的完整性，而加密令牌则隐藏其他方的声明。当使用公钥/私钥对签署令牌时，签名还证明只有持有私钥的一方是签署私钥的一方。

通俗来讲，JWT是一个含签名并携带用户相关信息的加密串，页面请求校验登录接口时，请求头中携带JWT串到后端服务，后端通过签名加密串匹配校验，保证信息未被篡改。校验通过则认为是可靠的请求，将正常返回数据。

什么情况下使用JWT比较适合？

授权：这是最常见的使用场景，解决单点登录问题。因为JWT使用起来轻便，开销小，服务端不用记录用户状态信息（无状态），所以使用比较广泛；

信息交换：JWT是在各个服务之间安全传输信息的好方法。因为JWT可以签名，例如，使用公钥/私钥对儿 - 可以确定请求方是合法的。此外，由于使用标头和有效负载计算签名，还可以验证内容是否未被篡改。

总之：JWT要解决的问题，就是为多种终端设备，提供统一的、安全的令牌格式。

对于传输，你可以使用任何传输方式来传输jwt，一般来说，我们会使用消息头来传输它。当客户端拿到令牌后，它要做的只有一件事：存储它。

当后续请求发生时，你只需要将它作为请求的一部分发送到服务器即可。

虽然jwt没有明确要求应该如何附带到请求中，但通常我们会使用如下的格式：

GET /api/resources HTTP/1.1

...

authorization: bearer jwt令牌

...

这种格式是OAuth2附带token的一种规范格式

至于什么是OAuth2，那是另一个话题了

这样一来，服务器就能够收到这个令牌了，通过对令牌的验证，即可知道该令牌是否有效。

它们的完整交互流程是非常简单清晰的：

令牌的组成

为了保证令牌的安全性，jwt令牌由三个部分组成，分别是：

1. header：令牌头部，记录了整个令牌的类型和签名算法
2. payload：令牌负荷，记录了保存的主体信息，比如你要保存的用户信息就可以放到这里
3. signature：令牌签名，按照头部固定的签名算法对整个令牌进行签名，该签名的作用是：保证令牌不被伪造和篡改

它们组合而成的完整格式是：header.payload.signature

比如，一个完整的jwt令牌如下：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9.BCwUy3jnUQ_E6TqCayc7rCHkx-vxxdagUwPOWqwYCFc

它各个部分的值分别是：

• header：eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
• payload：eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9
• signature: BCwUy3jnUQ_E6TqCayc7rCHkx-vxxdagUwPOWqwYCFc

下面分别对每个部分进行说明

header

它是令牌头部，记录了整个令牌的类型和签名算法

它的格式是一个json对象，如下：

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

该对象记录了：

• alg：signature部分使用的签名算法，通常可以取两个值
•  HS256：一种对称加密算法，使用同一个秘钥对signature加密解密
•  RS256：一种非对称加密算法，使用私钥加密，公钥解密
• typ：整个令牌的类型，固定写JWT即可

设置好了header之后，就可以生成header部分了

具体的生成方式及其简单，就是把header部分使用base64 url编码即可。

需要明确的是：

base64 url不是一个加密算法，而是一种编码方式，它是在base64算法的基础上对+、=、/三个字符做出特殊处理的算法，而base64是使用64个可打印字符来表示一个二进制数据。

payload

这部分是jwt的主体信息，它仍然是一个JSON对象，它可以包含以下内容：

{
  "ss"："发行者",
    "iat"："发布时间",
    "exp"："到期时间",
    "sub"："主题",
    "aud"："听众",
    "nbf"："在此之前不可用",
  "jti"："JWT ID"
}

以上属性可以全写，也可以一个都不写，它只是一个规范，就算写了，也需要你在将来验证这个jwt令牌时手动处理才能发挥作用

上述属性表达的含义分别是：

• ss：发行该jwt的是谁，可以写公司名字，也可以写服务名称
• iat：该jwt的发放时间，通常写当前时间的时间戳
• exp：该jwt的到期时间，通常写时间戳
• sub：该jwt是用于干嘛的
• aud：该jwt是发放给哪个终端的，可以是终端类型，也可以是用户名称，随意一点
• nbf：一个时间点，在该时间点到达之前，这个令牌是不可用的
• jti：jwt的唯一编号，设置此项的目的，主要是为了防止重放攻击（重放攻击是在某些场景下，用户使用之前的令牌发送到服务器，被服务器正确的识别，从而导致不可预期的行为发生）

对于应用系统中需要携带的自定义的参数就是放到此payload部分，对于Springsecurity组件来说，是增强部分。

当用户登陆成功之后，我可能需要把用户的一些信息写入到jwt令牌中，比如用户id、账号等等，因为可以被随时解密，密码不要进行存储。

其实很简单，payload这一部分只是一个json对象而已，你可以向对象中加入任何想要加入的信息

比如，下面的json对象仍然是一个有效的payload：

{
  "foo":"bar",
  "iat":1587548215
}

foo: bar是我们自定义的信息，iat: 1587548215是jwt规范中的信息。

signature

这一部分是jwt的签名，正是它的存在，保证了整个jwt不被篡改

这部分的生成，是对前面两个部分的编码结果，按照头部指定的方式进行加密

比如：头部指定的加密方法是HS256，前面两部分的编码结果是
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9

则第三部分就是用对称加密算法HS256对字符串
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9进行加密，当然你得指定一个秘钥，比如shhhhh。

最终，将三部分组合在一起，就得到了完整的jwt

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9.BCwUy3jnUQ_E6TqCayc7rCHkx-vxxdagUwPOWqwYCFc

由于签名使用的秘钥保存在服务器，这样一来，客户端就无法伪造出签名，因为它拿不到秘钥。

换句话说，之所以说无法伪造jwt，就是因为第三部分的存在。

而前面两部分并没有加密，只是一个编码结果而已，可以认为几乎是明文传输。

这不会造成太大的问题，因为既然用户登陆成功了，它当然有权力查看自己的用户信息

甚至在某些网站，用户的基本信息可以被任何人查看

你要保证的，是不要把敏感的信息存放到jwt中，比如密码。

jwt的signature可以保证令牌不被伪造，那如何保证令牌不被篡改呢？

比如，某个用户登陆成功了，获得了jwt，但他人为的篡改了payload，比如把自己的账户余额修改为原来的两倍，然后重新编码出payload发送到服务器，服务器如何得知这些信息被篡改过了呢？

这就要说到令牌的验证了

令牌的验证

令牌在服务器组装完成后，会以任意的方式发送到客户端

客户端会把令牌保存起来，后续的请求会将令牌发送给服务器

而服务器需要验证令牌是否正确，如何验证呢？

首先，服务器要验证这个令牌是否被篡改过，验证方式非常简单，就是对header+payload用同样的秘钥和加密算法进行重新加密

然后把加密的结果和传入jwt的signature进行对比，如果完全相同，则表示前面两部分没有动过，就是自己颁发的，如果不同，肯定是被篡改过了。

当令牌验证为没有被篡改后，服务器可以进行其他验证：比如是否过期、听众是否满足要求等等，这些就视情况而定了

注意：这些验证都需要服务器手动完成，没有哪个服务器会给你进行自动验证，当然，你可以借助第三方库来完成这些操作

最后，总结一下jwt的特点：

jwt本质上是一种令牌格式。它和终端设备无关，同样和服务器无关，甚至与如何传输无关，它只是规范了令牌的格式而已

jwt由三部分组成：header、payload、signature。主体信息在payload

jwt难以被篡改和伪造。这是因为有第三部分的签名存在。

最后需要明确一点是:JWT能够保证数据的有效性，但是不能保证数据的安全性，对于数据安全需要通过其他手段来保证，比如HTTPS的方式。

因篇幅所限，下节内容将讲解Springsecurity如何实现JWT机制及其他认证的实现方式，如token等，欢迎持续关注。

以上为全部内容。