JWT 学习记录

最新推荐文章于 2024-01-28 11:23:01 发布

Ancientswar

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分类专栏： Java 文章标签：学习 json java

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JWT

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JWT简介

通俗地说，JWT的本质就是一个字符串，它是将用户信息保存到一个Json字符串中，然后进行编码后得到一个JWT token，并且这个JWT token带有签名信息，接收后可以校验是否被篡改，所以可以用于在各方之间安全地将信息作为Json对象传输。

JWT结构

JWT由3部分组成：标头(Header)、有效载荷(Payload)和签名(Signature)。在传输的时候，会将JWT的3部分分别进行Base64编码后用.进行连接形成最终传输的字符串。
JWTString=Base64(Header).Base64(Payload).HMACSHA256(base64UrlEncode(header)+"."+base64UrlEncode(payload),secret)

Header

JWT头是一个描述JWT元数据的JSON对象，alg属性表示签名使用的算法，默认为HMAC SHA256（写为HS256）；typ属性表示令牌的类型，JWT令牌统一写为JWT。最后，使用Base64 URL算法将上述JSON对象转换为字符串保存

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

Payload

有效载荷部分，是JWT的主体内容部分，也是一个JSON对象，包含需要传递的数据。 JWT指定七个默认字段供选择.

iss：发行人
exp：到期时间
sub：主题
aud：用户
nbf：在此之前不可用
iat：发布时间
jti：JWT ID用于标识该JWT

这些预定义的字段并不要求强制使用。除以上默认字段外，我们还可以自定义私有字段，一般会把包含用户信息的数据放到payload中，如下例：

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "Helen",
  "admin": true
}

请注意，默认情况下JWT是未加密的，因为只是采用base64算法，拿到JWT字符串后可以转换回原本的JSON数据，任何人都可以解读其内容，因此不要构建隐私信息字段，比如用户的密码一定不能保存到JWT中，以防止信息泄露。JWT只是适合在网络中传输一些非敏感的信息

Signature

签名哈希部分是对上面两部分数据签名，需要使用base64编码后的header和payload数据，通过指定的算法生成哈希，以确保数据不会被篡改。首先，需要指定一个密钥（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header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)

在计算出签名哈希后，JWT头，有效载荷和签名哈希的三个部分组合成一个字符串，每个部分用.分隔，就构成整个JWT对象

JWT的种类

nonsecure JWT：未经过签名，不安全的JWT
JWS：经过签名的JWT
JWE：payload部分经过加密的JWT

1.nonsecure JWT

未经过签名，不安全的JWT。其header部分没有指定签名算法

{
  "alg": "none",
  "typ": "JWT"
}

并且也没有Signature部分

2.JWS

JWS ，也就是JWT Signature，其结构就是在之前nonsecure JWT的基础上，在头部声明签名算法，并在最后添加上签名。创建签名，是保证jwt不能被他人随意篡改。我们通常使用的JWT一般都是JWS

为了完成签名，除了用到header信息和payload信息外，还需要算法的密钥，也就是secretKey。加密的算法一般有2类：

对称加密：secretKey指加密密钥，可以生成签名与验签
非对称加密：secretKey指私钥，只用来生成签名，不能用来验签(验签用的是公钥)

JWT的密钥或者密钥对，一般统一称为JSON Web Key，也就是JWK

到目前为止，jwt的签名算法有三种：

HMAC【哈希消息验证码(对称)】：HS256/HS384/HS512
RSASSA【RSA签名算法(非对称)】（RS256/RS384/RS512）
ECDSA【椭圆曲线数据签名算法(非对称)】（ES256/ES384/ES512）

Java中使用JWT

1.java-jwt

1.1 对称签名
引入依赖

<dependency>
    <groupId>com.auth0</groupId>
    <artifactId>java-jwt</artifactId>
    <version>3.10.3</version>
</dependency>

生成token

public class JWTTest {
    @Test
    public void testGenerateToken(){
        // 指定token过期时间为10秒
        Calendar calendar = Calendar.getInstance();
        calendar.add(Calendar.SECOND, 10);

        String token = JWT.create()
                .withHeader(new HashMap<>())  // Header
                .withClaim("userId", 21)  // Payload
                .withClaim("userName", "baobao")
                .withExpiresAt(calendar.getTime())  // 过期时间
                .sign(Algorithm.HMAC256("!34ADAS"));  // 签名用的secret

        System.out.println(token);
    }
}

解析JWT字符串：

@Test
public void testResolveToken(){
    // 创建解析对象，使用的算法和secret要与创建token时保持一致
    JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.HMAC256("!34ADAS")).build();
    // 解析指定的token
    DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify("eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VyTmFtZSI6ImJhb2JhbyIsImV4cCI6MTU5OTkyMjUyOCwidXNlcklkIjoyMX0.YhA3kh9KZOAb7om1C7o3vBhYp0f61mhQWWOoCrrhqvo");
    // 获取解析后的token中的payload信息
    Claim userId = decodedJWT.getClaim("userId");
    Claim userName = decodedJWT.getClaim("userName");
    System.out.println(userId.asInt());
    System.out.println(userName.asString());
    // 输出超时时间
    System.out.println(decodedJWT.getExpiresAt());
}

我们可以将上述方法封装成工具类:

public class JWTUtils {
    // 签名密钥
    private static final String SECRET = "!DAR$";

    /**
     * 生成token
     * @param payload token携带的信息
     * @return token字符串
     */
    public static String getToken(Map<String,String> payload){
        // 指定token过期时间为7天
        Calendar calendar = Calendar.getInstance();
        calendar.add(Calendar.DATE, 7);

        JWTCreator.Builder builder = JWT.create();
        // 构建payload
        payload.forEach((k,v) -> builder.withClaim(k,v));
        // 指定过期时间和签名算法
        String token = builder.withExpiresAt(calendar.getTime()).sign(Algorithm.HMAC256(SECRET));
        return token;
    }


    /**
     * 解析token
     * @param token token字符串
     * @return 解析后的token
     */
    public static DecodedJWT decode(String token){
        JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.HMAC256(SECRET)).build();
        DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify(token);
        return decodedJWT;
    }
}

1.2 非对称签名
生成jwt串的时候需要指定私钥，解析jwt串的时候需要指定公钥

private static final String RSA_PRIVATE_KEY = "...";
private static final String RSA_PUBLIC_KEY = "...";

/**
     * 生成token
     * @param payload token携带的信息
     * @return token字符串
     */
public static String getTokenRsa(Map<String,String> payload){
    // 指定token过期时间为7天
    Calendar calendar = Calendar.getInstance();
    calendar.add(Calendar.DATE, 7);

    JWTCreator.Builder builder = JWT.create();
    // 构建payload
    payload.forEach((k,v) -> builder.withClaim(k,v));

    // 利用hutool创建RSA
    RSA rsa = new RSA(RSA_PRIVATE_KEY, null);
    // 获取私钥
    RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) rsa.getPrivateKey();
    // 签名时传入私钥
    String token = builder.withExpiresAt(calendar.getTime()).sign(Algorithm.RSA256(null, privateKey));
    return token;
}

/**
     * 解析token
     * @param token token字符串
     * @return 解析后的token
     */
public static DecodedJWT decodeRsa(String token){
    // 利用hutool创建RSA
    RSA rsa = new RSA(null, RSA_PUBLIC_KEY);
    // 获取RSA公钥
    RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) rsa.getPublicKey();
    // 验签时传入公钥
    JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.RSA256(publicKey, null)).build();
    DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify(token);
    return decodedJWT;
}

2.jjwt-root

2.1 对称签名
引入依赖

<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
    <artifactId>jjwt</artifactId>
    <version>0.9.1</version>
</dependency>

使用方法类似，可参考下列代码:

public class JwtUtils {
    // token时效：24小时
    public static final long EXPIRE = 1000 * 60 * 60 * 24;
    // 签名哈希的密钥，对于不同的加密算法来说含义不同
    public static final String APP_SECRET = "ukc8BDbRigUDaY6pZFfWus2jZWLPHO";

    /**
     * 根据用户id和昵称生成token
     * @param id  用户id
     * @param nickname 用户昵称
     * @return JWT规则生成的token
     */
    public static String getJwtToken(String id, String nickname){
        String JwtToken = Jwts.builder()
                .setHeaderParam("typ", "JWT")
                .setHeaderParam("alg", "HS256")
                .setSubject("baobao-user")
                .setIssuedAt(new Date())
                .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRE))
                .claim("id", id)
                .claim("nickname", nickname)
            	// HS256算法实际上就是MD5加盐值，此时APP_SECRET就代表盐值
                .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, APP_SECRET)
                .compact();

        return JwtToken;
    }

    /**
     * 判断token是否存在与有效
     * @param jwtToken token字符串
     * @return 如果token有效返回true，否则返回false
     */
    public static boolean checkToken(String jwtToken) {
        if(StringUtils.isEmpty(jwtToken)) return false;
        try {
            Jwts.parser().setSigningKey(APP_SECRET).parseClaimsJws(jwtToken);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return false;
        }
        return true;
    }

    /**
     * 判断token是否存在与有效
     * @param request Http请求对象
     * @return 如果token有效返回true，否则返回false
     */
    public static boolean checkToken(HttpServletRequest request) {
        try {
            // 从http请求头中获取token字符串
            String jwtToken = request.getHeader("token");
            if(StringUtils.isEmpty(jwtToken)) return false;
            Jwts.parser().setSigningKey(APP_SECRET).parseClaimsJws(jwtToken);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return false;
        }
        return true;
    }

    /**
     * 根据token获取会员id
     * @param request Http请求对象
     * @return 解析token后获得的用户id
     */
    public static String getMemberIdByJwtToken(HttpServletRequest request) {
        String jwtToken = request.getHeader("token");
        if(StringUtils.isEmpty(jwtToken)) return "";
        Jws<Claims> claimsJws = Jwts.parser().setSigningKey(APP_SECRET).parseClaimsJws(jwtToken);
        Claims claims = claimsJws.getBody();
        return (String)claims.get("id");
    }
}

2.2 非对称签名
生成jwt串的时候需要指定私钥，解析jwt串的时候需要指定公钥

private static final String RSA_PRIVATE_KEY = "...";
private static final String RSA_PUBLIC_KEY = "...";

/**
     * 根据用户id和昵称生成token
     * @param id  用户id
     * @param nickname 用户昵称
     * @return JWT规则生成的token
     */
public static String getJwtTokenRsa(String id, String nickname){
    // 利用hutool创建RSA
    RSA rsa = new RSA(RSA_PRIVATE_KEY, null);
    RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) rsa.getPrivateKey();
    String JwtToken = Jwts.builder()
        .setSubject("baobao-user")
        .setIssuedAt(new Date())
        .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRE))
        .claim("id", id)
        .claim("nickname", nickname)
        // 签名指定私钥
        .signWith(privateKey, SignatureAlgorithm.RS256)
        .compact();
    return JwtToken;
}

/**
     * 判断token是否存在与有效
     * @param jwtToken token字符串
     * @return 如果token有效返回true，否则返回false
     */
public static Jws<Claims> decodeRsa(String jwtToken) {
    RSA rsa = new RSA(null, RSA_PUBLIC_KEY);
    RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) rsa.getPublicKey();
    // 验签指定公钥
    Jws<Claims> claimsJws = Jwts.parserBuilder().setSigningKey(publicKey).build().parseClaimsJws(jwtToken);
    return claimsJws;
}

实际开发中的应用

在实际的SpringBoot项目中，一般我们可以用如下流程做登录：

在登录验证通过后，给用户生成一个对应的随机token(注意这个token不是指jwt，可以用uuid等算法生成)，然后将这个token作为key的一部分，用户信息作为value存入Redis，并设置过期时间，这个过期时间就是登录失效的时间
将第1步中生成的随机token作为JWT的payload生成JWT字符串返回给前端
前端之后每次请求都在请求头中的Authorization字段中携带JWT字符串
后端定义一个拦截器，每次收到前端请求时，都先从请求头中的Authorization字段中取出JWT字符串并进行验证，验证通过后解析出payload中的随机token，然后再用这个随机token得到key，从Redis中获取用户信息，如果能获取到就说明用户已经登录

public class JWTInterceptor implements HandlerInterceptor {
    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        String JWT = request.getHeader("Authorization");
        try {
            // 1.校验JWT字符串
            DecodedJWT decodedJWT = JWTUtils.decode(JWT);
            // 2.取出JWT字符串载荷中的随机token，从Redis中获取用户信息
            ...
            return true;
        }catch (SignatureVerificationException e){
            System.out.println("无效签名");
            e.printStackTrace();
        }catch (TokenExpiredException e){
            System.out.println("token已经过期");
            e.printStackTrace();
        }catch (AlgorithmMismatchException e){
            System.out.println("算法不一致");
            e.printStackTrace();
        }catch (Exception e){
            System.out.println("token无效");
            e.printStackTrace();
        }
        return false;
    }
}