JWT介绍

1 什么是JWT

JWT，全称 JSON Web Token，是一个开发标准（rfc7519)，它定义了一种紧凑的，自包含的方式，用于在各方之间以JSON对象安全地传输信息。此信息可以验证和信任，因为它是数字签名的。jwt可以使用秘密（使用HMAC算法）或者使用RSA或ECDSA的公钥/私钥对进行签名。

通俗来讲，就是通过JSON形式作为Web应用中的令牌，用于在各方之间安全地将信息作为JSON对象传输。在数据传输过程中还可以完成数据加密，签名等相关处理。

2 JWT认证流程

1.前端通过Web表单将自己的用户名和密码发送到后端的接口。这一过程一般是一个HTTP POST请求。建议的方式是通过SSL加密的传输（https协议），从而避免敏感信息被嗅探。
2.后端核对用户名和密码成功后，将用户的id等其他信息作为JWT Payload（负载），将其与头部分别进行Base64编码拼接后签名，形成一个JWT（Token）。形成的JWT就是一个形同lll.zzz.xxx的字符串。
3.后端将JWT字符串作为登录成功的返回结果返回给前端。前端可以将返回的结果保存在localStorage或sessionStorage上，退出登录时前端删除保存的JWT即可。
4.前端在每次请求时将JWT放入HTTP Header中的Authorization位。（解决XSS和XSRF问题）
5.后端检查是否存在，如存在验证JWT的有效性。例如：检查签名是否正确；检查Token是否过期；检查Token的接收方是否是自己（可选）。
6.验证通过后后端使用JWT中包含的用户信息进行其他逻辑操作，返回相应结果。

3 JWT优势

1.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。
2.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。
3.因为Token是以JSON加密的形式保存在客户端的，所以JWT是跨语言的，原则上任何web形式都支持。
4.不需要在服务端保存会话信息，适用于分布式微服务。

4 JWT结构

4.1 令牌组成

1.标头（Header）
2.有效载荷（Payload）
3.签名（Signature）
因此，JWT通常如下所示：xxxxx.yyyyy.zzzzz Header.Payload.Signature

4.2 标头

标头通常由两部分组成：令牌的类型（即JWT）和所使用的签名算法，例如：HMAC SHA256和RSA。它会使用Base64编码组成JWT结构的第一部分。
注意：Base64是一种编码，也就是说，它是可以被翻译回原来的样子来的。它并不是一种加密过程。

{
	"alg"：“HS256”，
	“typ”：“JWT”
}

4.3 Payload

令牌的第二部分是有效负载，其中包含声明。声明是有关实体（通常是用户）和其他数据的声明。同样的，它会使用Base64编码组成JWT结构的第二部分

{
	"sub"："001"，
	"name"："yyy"，
	"admin"：true
}

4.4 Signature

前面两部分都是使用Base64进行编码的，即前端可以解开知道里面的信息。Signature需要使用编码后的header和payload以及我们提供的一个密钥，然后使用header中指定的签名算法（HS256）进行签名。签名的作用是保证JWT没有被篡改过
如：
HMACSHA256（base64UrlEncode（header）+"."+base64UrlEncode(payload)，secret）；

4.5 签名目的

最后一步签名的过程，实际上是对头部以及负载内容进行签名，防止内容被篡改。如果有人对头部以及负载的内容解码之后进行修改，再进行编码，最后加上之前的签名组合形成新的JWT的话，那么服务器端会判断出新的头部和负载形式的签名和JWT附带上的签名是不一样的。如果要对新的头部和负载进行签名，在不知道服务器加密时用的密钥的话，得出来的签名也是不一样的。

4.6 信息安全问题

在这里大家一定会问一个问题：Base64是一种编码，是可逆的，那么我的信息不就被暴露了吗？

是的。所以，在JWT中，不应该在负载里面加入任何敏感的数据。在上面的例子中，我们传输的是用户的User ID。这个值实际上不是什么敏感内容，一般情况下被知道也是安全的。但是像密码这样的内容就不能被放在JWT中了。如果将用户的密码放在JWT中，那么怀有恶意的第三方通过Base64解码就能很快地知道你的密码了。因此JWT适合用于向Web应用传递一些非敏感信息。JWT还经常用于设计用户认证和授权系统，甚至实现Web应用的单点登录。

输出是三个由点分隔的Base64-URL字符串，可以在HTML和HTTP环境中轻松传递这些字符串，与基于XML的标准（例如SAML）相比，它更紧凑。

5 使用JWT

5.1 引入依赖

<dependency>
    <groupId>com.auth0</groupId>
     <artifactId>java-jwt</artifactId>
     <version>3.4.0</version>
 </dependency>

5.2 生成token

@Test
void contextLoads() {
      Calendar instance = Calendar.getInstance();
      instance.add(Calendar.SECOND,90); //设置过期时间
      //生成令牌
      String token = JWT.create()
              .withClaim("username", "小叶")//设置自定义用户名
              .withClaim("userid", 1)//设置自定义id
              .withExpiresAt(instance.getTime())//设置过期时间
              .sign(Algorithm.HMAC256("token!Q2W#E$RW"));//设置签名 保密 复杂
      //输出令牌
      System.out.println(token);
   }

生成结果

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJleHAiOjE2MDQ4ODUxNjQsInVzZXJpZCI6MSwidXNlcm5hbWUiOiLlvKDkuIkifQ.cu0hLhxS0ID6zGqfNHxSt0WJZL-3AqNPzt2ZB5ebKPQ

5.3 使用令牌解析数据

@Test
void getToken(){
       //创建验证对象
       JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.HMAC256("token!Q2W#E$RW")).build();
       DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify("eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJleHAiOjE2MDQ4ODU1NzAsInVzZXJJZCI6MSwidXNlcm5hbWUiOiLlvKDkuIkifQ.s4YAv6EWqZQA4eO2uTwJkAoR45AZUOGMDskjvzoaW-s");
       System.out.println("用户名："+decodedJWT.getClaim("username").asString());
       System.out.println("用户Id："+decodedJWT.getClaim("userId").asInt());
       System.out.println("过期时间："+decodedJWT.getExpiresAt());
   }

获取结果

用户名：小叶
用户Id：1
过期时间：Sat Feb 26 18:32:50 CST 2022

5.4 常见异常信息

SignatureVerificationException：签名不一致异常
TokenExpiredException：令牌过期异常
AlgorithmMissmatchException：算法不匹配异常
InvalidClaimException：失效的payload异常

5.4 JWT封装工具类

/**
 * @author yeyouyuan
 * @date 2022/2/26
 */
public class JWTUtils {
    //签名策略
    private static final String SING="token!Q2W#E$RW";
    
    public static String getToken(Map<String,String> map){
        Calendar instance = Calendar.getInstance();
        instance.add(Calendar.DATE,7);//默认7天过期
        //创建jwt  builder
        JWTCreator.Builder builder = JWT.create();
        //payload
        map.forEach((k,v)->{
            builder.withClaim(k,v);
        });

        String token = builder.withExpiresAt(instance.getTime())//指定令牌过期时间
                .sign(Algorithm.HMAC256(SING));//sign
        return token;
    }
    
    public static void verify(String token){
        JWT.require(Algorithm.HMAC256(SING)).build().verify(token);
    }

    public static DecodedJWT getTokenInfo(String token){
        return JWT.require(Algorithm.HMAC256(SING)).build().verify(token);
    }
}