JWT-基于token的认证方式

什么是JWT

Json web token (JWT), 是为了在网络应用环境间传递声明而执行的一种基于JSON的开放标准（(RFC 7519).该token被设计为紧凑且安全的，特别适用于分布式站点的单点登录（SSO）场景。JWT的声明一般被用来在身份提供者和服务提供者间传递被认证的用户身份信息，以便于从资源服务器获取资源，也可以增加一些额外的其它业务逻辑所必须的声明信息，该token也可直接被用于认证，也可被加密。

起源

认证是用来判断用户身份。
为了避免每次都要重新认证，可以在认证成功后创建会话，保持认证方式通常有两种，session认证和基于token的认证。

我们来谈一谈基于token的认证和传统的session认证的区别。

• 传统的session认证
  我们知道，http协议本身是一种无状态的协议，而这就意味着如果用户向我们的应用提供了用户名和密码来进行用户认证，那么下一次请求时，用户还要再一次进行用户认证才行，因为根据http协议，我们并不能知道是哪个用户发出的请求，所以为了让我们的应用能识别是哪个用户发出的请求，我们只能在服务器存储一份用户登录的信息，这份登录信息会在响应时传递给浏览器，告诉其保存为cookie,以便下次请求时发送给我们的应用，这样我们的应用就能识别请求来自哪个用户了,这就是传统的基于session认证。

  但是这种基于session的认证使应用本身很难得到扩展，随着不同客户端用户的增加，独立的服务器已无法承载更多的用户，而这时候基于session认证应用的问题就会暴露出来.

  基于session认证所显露的问题

1. Session: 每个用户经过我们的应用认证之后，我们的应用都要在服务端做一次记录，以方便用户下次请求的鉴别，通常而言session都是保存在内存中，而随着认证用户的增多，服务端的开销会明显增大。

2. 扩展性: 用户认证之后，服务端做认证记录，如果认证的记录被保存在内存中的话，这意味着用户下次请求还必须要请求在这台服务器上,这样才能拿到授权的资源，这样在分布式的应用上，相应的限制了负载均衡器的能力。这也意味着限制了应用的扩展能力。

3. CSRF: 因为是基于cookie来进行用户识别的, cookie如果被截获，用户就会很容易受到跨站请求伪造的攻击。

基于token的鉴权机制

基于token的鉴权机制类似于http协议也是无状态的，它不需要在服务端去保留用户的认证信息或者会话信息。这就意味着基于token认证机制的应用不需要去考虑用户在哪一台服务器登录了，这就为应用的扩展提供了便利。

流程上是这样的：

用户使用用户名密码来请求服务器
服务器进行验证用户的信息
服务器通过验证发送给用户一个token
客户端存储token，并在每次请求时附送上这个token值
服务端验证token值，并返回数据
这个token必须要在每次请求时传递给服务端，它应该保存在请求头里， 另外，服务端要支持CORS(跨域源资源共享)策略，一般我们在服务端这么做就可以了：

@Configuration
public class WebConfig extends WebMvcConfigurerAdapter {
 
    @Override
    public void addCorsMappings(CorsRegistry registry) {
        registry.addMapping("/**/*").allowedOrigins("*");
    }
}

那么我们现在回到JWT的主题上。

JWT的构成

JWT长什么样？
JWT是由三段信息构成的，将这三段信息文本用.链接一起就构成了Jwt字符串。就像这样:

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ

第一部分我们称它为头部（header),第二部分我们称其为载荷（payload,即自定义的一些信息)，第三部分是签证（signature).
（JWT.io官方网站提供工具进行token的解析）

1. header

jwt的头部承载两部分信息：
声明类型，这里是jwt
声明使用的hash算法如：HMAC SHA256或RSA， 通常直接使用 HMAC SHA256
完整的头部就像下面这样的JSON：

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

然后将头部进行Base64Url编码（注意当然客户端可以解码）构成了第一部分.

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.<second part>.<third part>

base64UrlEncode

---

Base64URL和常见Base64算法类似，稍有差别。
作为令牌的JWT可以放在URL中（例如api.example/?token=xxx）。 Base64中用的三个字符是"+"，"/“和”="，由于在URL中有特殊含义，因此Base64URL中对他们做了替换："=“去掉，”+“用”-“替换，”/“用”_"替换，这就是Base64URL算法，很简单吧。

2. playload
载荷就是存放有效信息的地方。这个名字像是特指飞机上承载的货品，这些有效信息包含三个部分

• 标准中注册的声明
  iss: jwt签发者
  sub: jwt所面向的用户
  aud: 接收jwt的一方
  exp: jwt的过期时间，这个过期时间必须要大于签发时间
  nbf: 定义在什么时间之前，该jwt都是不可用的.
  iat: jwt的签发时间
  jti: jwt的唯一身份标识，主要用来作为一次性token,从而回避重放攻击。
• 公共的声明
  公共的声明可以添加任何的信息，一般添加用户的相关信息或其他业务需要的必要信息.但不建议添加敏感信息，因为该部分在客户端可解密.
• 私有的声明
  标准中注册的声明 (建议但不强制使用) ：
  私有声明是提供者和消费者所共同定义的声明，一般不建议存放敏感信息，因为base64不是加密，可以解码的，相当于明文信息。

定义一个payload:

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true
}

这部分同样使用Base64Url编码成第二部分

eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.<third part>

3. signature
Signature是用来验证发送者的JWT的同时也能确保客户端传来的JWT没有被篡改。

签名哈希部分是对上面两部分数据签名，通过指定的算法生成哈希，以确保数据不会被篡改。
首先，需要指定一个密码（secret）。该密码仅仅为保存在服务器中，并且不能向用户公开。然后，使用标头中指定的签名算法（默认情况下为HMAC SHA256）根据以下公式生成签名。

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

结果

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ

注意：secret是保存在服务器端的，jwt的签发生成也是在服务器端的，secret就是用来进行jwt的签发和jwt的验证，所以，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。

客户端如何应用

客户端接收服务器返回的JWT，将其存储在Cookie或localStorage中。

此后，客户端将在与服务器交互中都会带JWT。如果将它存储在Cookie中，就可以自动发送，但是不会跨域，因此一般是将它放入HTTP请求的Header Authorization字段中。

Authorization: Bearer JWT_TOKEN

当跨域时，也可以将JWT被放置于POST请求的数据主体中。
一般是在请求头里加入Authorization，并加上Bearer标注：

服务端会验证token，如果验证通过就会返回相应的资源。整个流程就是这样的:

总结

优点

• 因为json的通用性，所以JWT是可以进行跨语言支持的，像JAVA,JavaScript,NodeJS,PHP等很多语言都可以使用。
• 因为有了payload部分，所以JWT可以在自身存储一些其他业务逻辑所必要的非敏感信息。
• 便于传输，jwt的构成非常简单，字节占用很小，所以它是非常便于传输的。
• 它不需要在服务端保存会话信息, 所以它易于应用的扩展，不用考虑服务器之间的同步问题

安全相关

• 不应该在jwt的payload部分存放敏感信息，因为该部分是客户端可解密的部分。
• 保护好secret私钥，该私钥非常重要。
• 如果可以，请使用https协议