JWT

介绍

JSON Web Token（JSON Web令牌）

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HNAC算法）或使用RSA或ECDSA的公钥/私钥对进行签名。

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。

JWT作用：

授权：一旦用户登录，每个后续请求将包括JWT，从而允许用户访问该令牌允许的路由，服务和资源。它的开销很小并且可以在不同的域中使用。如：单点登录。
信息交换：在各方之间安全地传输信息。JWT可进行签名（如使用公钥/私钥对)，因此可确保发件人。由于签名是使用标头和有效负载计算的，因此还可验证内容是否被篡改。

跨域认证的问题

互联网服务离不开用户认证。一般流程是下面这样。

1、用户向服务器发送用户名和密码。
2、服务器验证通过后，在当前对话（session）里面保存相关数据，比如用户角色、登录时间等等。
3、服务器向用户返回一个 session_id，写入用户的 Cookie。
4、用户随后的每一次请求，都会通过 Cookie，将 session_id 传回服务器。
5、服务器收到 session_id，找到前期保存的数据，由此得知用户的身份。

这种模式的问题在于，扩展性（scaling）不好。单机当然没有问题，如果是服务器集群，或者是跨域的服务导向架构，就要求 session 数据共享，每台服务器都能够读取 session。此外，服务器需要保存这些信息，需要额外的开销

举例来说，A 网站和 B 网站是同一家公司的关联服务。现在要求，用户只要在其中一个网站登录，再访问另一个网站就会自动登录，请问怎么实现？

一种解决方案是 session 数据持久化，写入数据库或别的持久层。各种服务收到请求后，都向持久层请求数据。这种方案的优点是架构清晰，缺点是工程量比较大。另外，持久层万一挂了，就会单点失败。

另一种方案是服务器索性不保存 session 数据了，所有数据都保存在客户端，每次请求都发回服务器。JWT 就是这种方案的一个代表。

JWT 的原理

JWT 的原理是，服务器认证以后，生成一个 JSON 对象，发回给用户，就像下面这样。

{
  "姓名": "张三",
  "角色": "管理员",
  "到期时间": "2018年7月1日0点0分"
}

以后，用户与服务端通信的时候，都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。为了防止用户篡改数据，服务器在生成这个对象的时候，会加上签名（详见后文）。

服务器就不保存任何 session 数据了，也就是说，服务器变成无状态了，从而比较容易实现扩展。

JWT 的数据结构

实际的 JWT 大概就像下面这样。

它是一个很长的字符串，中间用点（.）分隔成三个部分。注意，JWT 内部是没有换行的。

JWT 的三个部分依次如下。Header（头部），Payload（负载），Signature（签名）

写成一行，就是下面的样子。

Header.Payload.Signature

Header 部分是一个 JSON 对象，描述 JWT 的元数据，通常是下面的样子。

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

上面代码中，alg属性表示签名的算法（algorithm），默认是 HMAC SHA256（写成 HS256）；typ属性表示这个令牌（token）的类型（type），JWT 令牌统一写为JWT。

最后，将上面的 JSON 对象使用 Base64URL 算法转成字符串。

Payload

Payload 部分也是一个 JSON 对象，用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段，供选用。

iss (issuer)：签发人
exp (expiration time)：过期时间
sub (subject)：主题
aud (audience)：受众
nbf (Not Before)：生效时间
iat (Issued At)：签发时间
jti (JWT ID)：编号

除了官方字段，还可以在这个部分定义私有字段

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

注意，JWT 默认是不加密的，任何人都可以读到，所以不要把秘密信息放在这个部分。

这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。

Signature

Signature 部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。

首先，需要指定一个密钥（secret）。这个密钥只有服务器才知道，不能泄露给用户。然后，使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256），按照下面的公式产生签名。

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

算出签名以后，把 Header、Payload、Signature 三个部分拼成一个字符串，每个部分之间用"点"（.）分隔，就可以返回给用户。

Base64URL

Header 和 Payload 串型化的算法是 Base64URL。这个算法跟 Base64 算法基本类似，但有一些小的不同。

JWT 作为一个令牌（token），有些场合可能会放到 URL（比如 api.example.com/?token=xxx）。Base64 有三个字符+、/和=，在 URL 里面有特殊含义，所以要被替换掉：=被省略、+替换成-，/替换成_ 。这就是 Base64URL 算法。

JWT使用方式

客户端收到服务器返回的 JWT，可以储存在 Cookie 里面，也可以储存在 localStorage。

此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT。你可以把它放在 Cookie 里面自动发送，但是这样不能跨域，所以更好的做法是放在 HTTP 请求的头信息Authorization字段里面。

Authorization: Bearer <token>

另一种做法是，跨域的时候，JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

JWT特点

JWT 默认是不加密，但也是可以加密的。生成原始 Token 以后，可以用密钥再加密一次。
JWT 不加密的情况下，不能将秘密数据写入 JWT。
JWT 不仅可以用于认证，也可以用于交换信息。有效使用 JWT，可以降低服务器查询数据库的次数。
JWT 的最大缺点是，由于服务器不保存 session 状态，因此无法在使用过程中废止某个 token，或者更改 token 的权限。也就是说，一旦 JWT 签发了，在到期之前就会始终有效，除非服务器部署额外的逻辑。
JWT 本身包含了认证信息，一旦泄露，任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT 的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限，使用时应该再次对用户进行认证。
为了减少盗用，JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输，要使用 HTTPS 协议传输。

优点：

简洁(Compact)：可以通过URL，POST参数或者在HTTP header发送，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；
Token是以JSON加密的形式保存在客户端，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。

java工具类

@Data
@Component
@ConfigurationProperties(prefix = "token") // 读配置文件
public class TokenConfig {
  private long expireDate;
  private String secret;
}

@Component
public class JWTUtil {
  @Resource
  private TokenConfig tokenConfig;

  public String sign(String account) {
    // 过期时间
    Date date = new Date(System.currentTimeMillis() + tokenConfig.getExpireDate());
    // 密钥及加密算法
    Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256(tokenConfig.getSecret());
    // 设置 header 信息
    Map<String, Object> header = new HashMap<>();
    header.put("typ", "JWT");
    header.put("alg", "HS256");

    // 携带 username, password 信息，生成签名
    return JWT.create()
            .withHeader(header)
            .withClaim("account", account)
            .withExpiresAt(date)
            .sign(algorithm);
  }

  public Integer verify(String token) {
    Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256(tokenConfig.getSecret());
    JWTVerifier verifier = JWT.require(algorithm).build();
    DecodedJWT jwt = verifier.verify(token); // 会判断各种条件，包括过期时间，签名，头部信息算法校验等等
    Claim claim = jwt.getClaim("id");
    return claim.asInt();
  }

  public static String getAccount(String token) {
    try {
      DecodedJWT jwt = JWT.decode(token);
      return jwt.getClaim("account").asString();
    } catch (JWTDecodeException e) {
      return null;
    }
  }

}

# JWT

# 介绍

# 跨域认证的问题

# JWT 的原理

# JWT 的数据结构

# Header

# Payload

# Signature

# Base64URL

# JWT使用方式

# JWT特点

# java工具类

JWT

介绍