[网络协议]了解JWT（跨域）

什么是JWT呢？

1、JWT(JSON Web Token)

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。它定义了一种紧凑且独立的方式，可以在各方之间作为JSON对象安全地传输信息。此信息可以通过数字签名进行验证和信任。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。

简单的讲就是，JWT是一个带签名及用户相关的信息加密成串，页面请求校验登录接口时，请求头中携带JWT串到后端服务，后端通过签名加密串匹配校验，保证信息未被篡改。校验通过则认为是可靠的请求，将正常返回数据。

使用JWT的优势
分布式web应用的普及，通过session管理用户登录状态成本越来越高，因此慢慢发展成为token的方式做登录身份校验，然后通过token去取redis中的缓存的用户信息，随着之后jwt的出现，校验方式更加简单便捷化，无需通过redis缓存，而是直接根据token取出保存的用户信息，以及对token可用性校验，单点登录更为简单。
传统的登录认证都是通过session方式来实现校验，而且是存在内存当中，JWT是携带token到服务端解析。

2、JWT的组成

JWT由三部分组成，分别是头信息、有效载荷、签名，中间以（.）分隔，如下格式：

xxx.yyy.zzz

2.1、头信息

Header通常由两部分组成：令牌的类型，即JWT。和常用的散列算法，如HMAC SHA256或RSA。

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

Header部分的JSON被Base64Url编码，形成JWT的第一部分。

2.2、Payload（有效载荷）

JWT的第二部分是payload，其中包含claims。claims是关于实体（常用的是用户信息）和其他数据的声明，claims有三种类型： registered, public, and private claims。
Registered claims： 这些是一组预定义的claims，非强制性的，但是推荐使用， iss（发行人）， exp（到期时间）， sub（主题）， aud（观众）等；
Public claims: 自定义claims，注意不要和JWT注册表中属性冲突，这里可以查看JWT注册表
Private claims: 这些是自定义的claims，用于在同意使用这些claims的各方之间共享信息，它们既不是Registered claims，也不是Public claims。
以下是payload示例：

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

然后，再经过Base64Url编码，形成JWT的第二部分；

注意：对于签名令牌，此信息虽然可以防止篡改，但任何人都可以读取。除非加密，否则不要将敏感信息放入到Payload或Header元素中。

Signature
要创建签名部分，必须采用编码的Header，编码的Payload，秘钥，Header中指定的算法，并对其进行签名。先获取到base64UrlEncode(header)和base64UrlEncode(payload)部分，
secret是在服务器的jwt签发和验证，只能存在服务器。否则被客户拿到可以实现自我签发JWT。我们所拿到的token都是服务器根据secret签发的。
例如，如果要使用HMAC SHA256算法，将按以下方式创建签名：

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

我这里展示一个生成的token

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.
eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.
SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

3、JWT工作机制？

在身份验证中，当用户使用其凭据成功登录时，将返回JSON Web Token（即：JWT）。由于令牌是凭证，因此必须非常小心以防止出现安全问题。一般情况下，不应将令牌保留的时间超过要求。理论上超时时间越短越好。

每当用户想要访问受保护的路由或资源时，用户代理应该使用Bearer模式发送JWT，通常在Authorization header中。标题内容应如下所示：

Authorization: Bearer <token>

服务器的受保护路由将检查Authorization header中的有效JWT ，如果有效，则允许用户访问受保护资源。如果JWT包含必要的数据，则可以减少查询数据库或缓存信息。

4、JWT优缺点

4.1、JWT优点

相比Simple Web Tokens (SWT)（简单Web令牌） and Security Assertion Markup Language Tokens (SAML)（安全断言标记语言令牌）：

• JWT比SAML更简洁，在HTML和HTTP环境中传递更方便；
• 在安全方面，SWT只能使用HMAC算法通过共享密钥对称签名。但是，JWT和SAML令牌可以使用X.509证书形式的公钥/私钥对进行签名。与签名JSON的简单性相比，使用XML数字签名可能会存在安全漏洞；
• JSON解析成对象相比XML更流行、方便。

4.2、JWT缺点

① 安全性：由于JWT的payload是使用Base64编码的，并没有加密，因此JWT中不能存储敏感数据。而Session的信息是存在服务端的，相对来说更安全

② 性能：JWT太长。由于是无状态使用JWT，所有的数据都被放到JWT里，如果还要进行一些数据交换，那载荷会更大，经过编码之后导致JWT非常长，Cookie的限制大小一般是4k，cookie很可能放不下，所以JWT一般放在LocalStorage里面。并且用户在系统中的每一次Http请求都会把JWT携带在Header里面，Http请求的Header可能比Body还要大。而SessionId只是很短的一个字符串，因此使用JWT的Http请求比使用Session的开销大得多。

③ 一次性：无状态是JWT的特点，但也导致了这个问题，JWT是一次性的。想修改里面的内容，就必须签发一个新的JWT。即缺陷是一旦下发，服务后台无法拒绝携带该jwt的请求（如踢除用户）

下面我们可以看看JWT的流程图

实现流程：

1. 项目一开始我先封装了一个JWTHelper工具包（GitHub下载），主要提供了生成JWT、解析JWT以及校验JWT的方法，其他还有一些加密相关操作，稍后我会以代码的形式介绍下代码。工具包写好后我将打包上传到私服，能够随时依赖下载使用；
2. 接下来，我在客户端项目中依赖JWTHelper工具包，并添加Interceptor拦截器，拦截需要校验登录的接口。拦截器中校验JWT有效性，并在response中重新设置JWT的新值；
3. 最后在JWT服务端，依赖JWT工具包，在登录方法中，需要在登录校验成功后调用生成JWT方法，生成一个JWT令牌并且设置到response的header中。

5、Springboot集成JWT

5.1、maven依赖

<!-- JWT依赖 -->
<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
    <artifactId>jjwt</artifactId>
    <version>0.7.0</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>com.auth0</groupId>
    <artifactId>java-jwt</artifactId>
    <version>3.4.0</version>
</dependency>

application.xml配置文件

server:
  port: 8080
spring:
  application:
    name: springboot-jwt
config:
  jwt:
    # 加密密钥
    secret: abcdefg1234567
    # token有效时长
    expire: 3600
    # header 名称
    header: token

5.2、JWT配置文件

package com.example.config;
 
import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import org.springframework.boot.context.properties.ConfigurationProperties;
import org.springframework.stereotype.Component;
import java.util.Date;
 
/**
 * JWT的token，区分大小写
 */
@ConfigurationProperties(prefix = "config.jwt")
@Component
public class JwtConfig {
 
    private String secret;
    private long expire;
    private String header;
 
    /**
     * 生成token
     * @param subject
     * @return
     */
    public String createToken (String subject){
        Date nowDate = new Date();
        Date expireDate = new Date(nowDate.getTime() + expire * 1000);//过期时间
 
        return Jwts.builder()
                .setHeaderParam("typ", "JWT")
                .setSubject(subject)
                .setIssuedAt(nowDate)
                .setExpiration(expireDate)
                .signWith(SignatureAlgorithm.HS512, secret)
                .compact();
    }
    /**
     * 获取token中注册信息
     * @param token
     * @return
     */
    public Claims getTokenClaim (String token) {
        try {
            return Jwts
            .parser()
            .setSigningKey(secret)
            .parseClaimsJws(token)
            .getBody();
        }catch (Exception e){
//            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
    /**
     * 验证token是否过期失效
     * @param expirationTime
     * @return
     */
    public boolean isTokenExpired (Date expirationTime) {
        return expirationTime.before(new Date());
    }
 
    /**
     * 获取token失效时间
     * @param token
     * @return
     */
    public Date getExpirationDateFromToken(String token) {
        return getTokenClaim(token).getExpiration();
    }
    /**
     * 获取用户名从token中
     */
    public String getUsernameFromToken(String token) {
        return getTokenClaim(token).getSubject();
    }
 
    /**
     * 获取jwt发布时间
     */
    public Date getIssuedAtDateFromToken(String token) {
        return getTokenClaim(token).getIssuedAt();
    }
}

5.3、JWT拦截器

package com.example.interceptor;
 
import com.example.config.JwtConfig;
import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.SignatureException;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.StringUtils;
import org.springframework.web.servlet.handler.HandlerInterceptorAdapter;
import javax.annotation.Resource;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
 
@Component
public class TokenInterceptor extends HandlerInterceptorAdapter {
 
    @Resource
    private JwtConfig jwtConfig ;
    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request,
                             HttpServletResponse response,
                             Object handler) throws SignatureException {
        /** 地址过滤 */
        String uri = request.getRequestURI() ;
        if (uri.contains("/login")){
            return true ;
        }
        /** Token 验证 */
        String token = request.getHeader(jwtConfig.getHeader());
        if(StringUtils.isEmpty(token)){
            token = request.getParameter(jwtConfig.getHeader());
        }
        if(StringUtils.isEmpty(token)){
            throw new SignatureException(jwtConfig.getHeader()+ "不能为空");
        }
 
        Claims claims = null;
        try{
            claims = jwtConfig.getTokenClaim(token);
            if(claims == null || jwtConfig.isTokenExpired(claims.getExpiration())){
                throw new SignatureException(jwtConfig.getHeader() + "失效，请重新登录。");
            }
        }catch (Exception e){
            throw new SignatureException(jwtConfig.getHeader() + "失效，请重新登录。");
        }
 
        /** 设置 identityId 用户身份ID */
        request.setAttribute("identityId", claims.getSubject());
        return true;
    }
}

5.4、注册拦截器到MVC

package com.example.config;
 
import com.example.interceptor.TokenInterceptor;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.InterceptorRegistry;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.WebMvcConfigurer;
import javax.annotation.Resource;
 
@Configuration
public class WebConfig implements WebMvcConfigurer {
    @Resource
    private TokenInterceptor tokenInterceptor ;
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        registry.addInterceptor(tokenInterceptor).addPathPatterns("/**");
    }
}

6、JWT总结

1. 基于JSON，所以JWT是可以进行跨语言支持的，像JAVA，JavaScript，Node.JS，PHP等很多语言都可以使用。

2. payload部分，需要时JWT可以存储一些其他业务逻辑所必要的非敏感信息。

3. 体积小巧，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。