项目_前后端分离认证解决方案_JWT认证

最新推荐文章于 2025-05-31 21:21:53 发布

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#安全 #java #jwt

本文介绍了JWT（JSON Web Token）作为前后端分离认证的解决方案，详细阐述了JWT的工作原理、优势及其实现流程。内容包括JWT与传统Session认证的区别，JWT的结构、生成与验证，以及在SpringBoot项目中的整合步骤。通过实例展示了JWT的使用，包括登录、生成Token、解析数据等，并讨论了安全性问题。最后提到了JWT在分布式系统中的适用性。

文章目录

前后端分离认证解决方案——JWT认证

前后端分离认证解决方案——JWT认证

0、前言

这个笔记其实是大概去年10月份，即2021年11月份写的，因为当时11月份有一个新的项目，给学校做一个OA系统，第一次接触团队开发，所以我当时就学习了一下JWT认证，记录了这个笔记。

emm，当时需求也比较简单，所以只是入门性地学习而已，并没有深入地去学习，后面有机会再补吧哈哈哈……

1、何为 JWT

在这里插入图片描述

JSON Web Token (JWT) is an open standard (RFC 7519) that defines a compact and self-contained way for securely transmitting information between parties as a JSON object. This information can be verified and trusted because it is digitally signed. JWTs can be signed using a secret (with the HMAC algorithm) or a public/private key pair using RSA or ECDSA.

官网地址：https://jwt.io/introduction/

# 1.官方定义
- jsonwebtoken（JWT）是一个开放标准（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）或使用RSA或ECDSA的公钥/私钥对进行签名


# 2.通俗理解
- JWT简称JSON Web Token，也就是通过JSON形式作为Web应用中的令牌，用于在个各个方面之间安全地将信息作为JSON对象传输。
- 在数据传输的过程中还可以完成数据加密，签名等相关处理。

2、JWT 能做什么？

授权

这是JWT最常见的方案。

一旦用户登录，后续的每个请求将包括JWT，从而允许用户访问该令牌允许的路由、服务和资源。

单点登录是当今广泛使用JWT的一项功能，因为它的开销很小并且可以在不同的域中轻松使用。

信息交换

JSON Web Token是在各方之间安全地传输信息的好方法。

因为可以对JWT进行签名（例如，使用公钥/私钥对），所以您可以确保发件人是他们所说的人。

此外，由于签名是使用标头和有效负载计算的，因此您还可以验证内容是否遭到篡改。

3、JWT 认证

3.1、基于传统的 Session 认证

3.1.1、认证方式

众所周知，HTTP协议本身是一种无状态的协议，也就是说，用户登录认证之后，下一次请求时还需要再进行用户认证才行。

因为根据HTTP协议，我们并不能知道是哪个用户发出的请求，所以为了我们的应用可以识别是哪个用户发起请求，我们只能在服务器中存储一份用户的登录信息，这份登录信息会在响应时传递给浏览器，并告诉浏览器保存为Cookie，下次请求时带上这份登录信息，这样我们的应用就可以识别是哪个用户发起的请求了，这就是传统的基于Session认证。

3.1.2、认证流程

在这里插入图片描述

3.1.3、存在的问题

每个用户经过认证之后，我们的应用都要在服务端做一次记录，以便识别该用户的请求，而通常来说，session都是保存在内存中，随着用户增多，服务端的开销会明显增大。
用户认证之后，服务端做认证记录，如果认证的记录保存在内存中的话，这就意味着该用户的下次请求必须在这台服务器上，这样子才能拿到授权的资源。

但是，这种情况在分布式的应用上，会限制负载均衡的能力，这也就限制了应用的扩展能力。
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。
前后端分离的系统中，如果使用session每次都携带sessionId到服务器，服务器还要查询用户信息，若用户很多，这个信息都存储在服务器内存中，给服务器增加负担。

有可能会造成CSRF（跨站伪造请求攻击），session是基于cookie进行用户认证的，cookie如果被截获，用户就会很容易收到CSRF攻击。

此外，sessionId是一个特征值，表达的信息不够丰富，不容易扩展，而且如果你后端应用是多节点部署，那么就需要实现session共享机制，这种做法不方便集群应用。

3.2、基于 JWT 认证

3.2.1、认证流程

在这里插入图片描述

首先，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的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。
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aaa.bbb.ccc的字符串。

token head.payload.singurater
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。
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)
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）。
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。

3.2.2、JWT 优势

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。
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。
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。
不需要在服务端保存会话信息，特别适用于分布式微服务。

4、JWT 的结构

JWT由三部分构成：

标头（Header）
有效载荷（Payload）
签名（Signature）

因此，JWT通常如下表示：aaa.bbbb.ccc（Header.Payload.Signature）

4.1、Header

Header标头通常由两部分组成：

令牌的类型，即JWT
所使用的签名算法，如HMAC、SHA256或者RSA

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

Header会使用Base64编码组成JWT结构的第一部分。

注：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。

4.2、Payload

令牌的第二部分是有效负载，其中包含声明。

声明是有关实体的声明（通常是用户）和其他数据的声明。

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

同样的，它会使用Base64编码组成JWT结构的第二部分。

4.3、Signature

前面两部分，即Header和Payload都是使用Base64进行编码的，我们可以反向解码得到里面的信息。

第三部分，即Signature，一个签证信息，这个信息由三部分组成：

Header（Base64编码后）
Payload（Base64编码后）
Secret（密钥）

这部分需要Header（Base64编码后）、Payload（Base64编码后）使用.连接组成的字符串，然后通过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。

//Java
String encodedString = base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload);

String signature = HS256(encodedString, secret);

在这里插入图片描述

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。
签名的目的：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，防止内容被窜改。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成的签名和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。
信息安全问题：Base64是一种编码，是可逆的。因此，我们在JWT中，不应该在负载里面存放任何敏感信息，如用户密码等等。如果存储了密码在负载中，那么通过Base64解码就可以得到你的密码了。
- 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。

5、JWT 的使用

5.1、引入依赖

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

5.2、生成Token

Calendar instance = Calendar.getInstance();
instance.add(Calendar.SECOND, 90);

//生成令牌
String token = JWT.create()
  .withClaim("username", "张三")//设置自定义用户名
  .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);

/*
结果：
eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJhdWQiOlsicGhvbmUiLCIxNDMyMzIzNDEzNCJdLCJleHAiOjE1OTU3Mzk0NDIsInVzZXJuYW1lIjoi5byg5LiJIn0.aHmE3RNqvAjFr_dvyn_sD2VJ46P7EGiS5OBMO_TI5jg
*/