[系统运维]【项目】小帽学堂（十二）

小帽学堂

十八、首页登录和注册

1. 登录业务介绍（单点登录）

• 单一服务器模式
  • 早期单一服务器，用户认证。
  • 缺点：单点性能压力，无法扩展
    
• SSO(single sign on)模式（单点登录）
  • 分布式，SSO(single sign on)模式
  • 优点 ：
    • 用户身份信息独立管理，更好的分布式管理。
    • 可以自己扩展安全策略。
  • 缺点：
    • 认证服务器访问压力较大。
      
• Token模式
  • 业务流程图{用户访问业务时，必须登录的流程}
  • 优点：
    • 无状态： token无状态，session有状态的
    • 基于标准化: 你的API可以采用标准化的 JSON Web Token (JWT)
  • 缺点：
    • 占用带宽
    • 无法在服务器端销毁
      
• 基于微服务开发，选择token的形式相对较多，因此使用token作为用户认证的标准

2. 使用 JWT 进行跨域身份验证

• 传统用户身份验证
  
• Internet服务无法与用户身份验证分开。一般过程如下：
  • 用户向服务器发送用户名和密码。
  • 验证服务器后，相关数据（如用户角色，登录时间等）将保存在当前会话中。
  • 服务器向用户返回session_id，session信息都会写入到用户的Cookie。
  • 用户的每个后续请求都将通过在Cookie中取出session_id传给服务器。
  • 服务器收到session_id并对比之前保存的数据，确认用户的身份。
• 这种模式最大的问题是，没有分布式架构，无法支持横向扩展。
• 解决方案
  • session广播
  • 将透明令牌存入cookie，将用户身份信息存入redis
  • 另外一种灵活的解决方案：
    • 使用自包含令牌，通过客户端保存数据，而服务器不保存会话数据。 JWT是这种解决方案的代表。

3. JWT令牌

3.1 访问令牌的类型

3.2 JWT的组成

- 典型的，一个JWT看起来如下图：

- 该对象为一个很长的字符串，字符之间通过"."分隔符分为三个子串。
- 每一个子串表示了一个功能块，总共有以下三个部分：JWT头、有效载荷和签名

3.2.1 JWT头

• JWT头部分是一个描述JWT元数据的JSON对象，通常如下所示。

{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}
/* 
在上面的代码中，
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。
*/

3.2.2 有效载荷

• 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

• 除以上默认字段外，我们还可以自定义私有字段，如下例：

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

• 请注意，默认情况下JWT是未加密的，任何人都可以解读其内容，因此不要构建隐私信息字段，存放保密信息，以防止信息泄露。
• JSON对象也使用Base64 URL算法转换为字符串保存。

3.2.3 签名哈希

• 签名哈希部分是对上面两部分数据签名，通过指定的算法生成哈希，以确保数据不会被篡改。
• 首先，需要指定一个密码（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，使用标头中指定的签名算法（默认情况下为HMAC SHA256）根据以下公式生成签名。

HMACSHA256(base64UrlEncode(header) 
 + "." 
 + base64UrlEncode(claims), 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。

3.2.4 Base64URL算法

• 如前所述，JWT头和有效载荷序列化的算法都用到了Base64URL。该算法和常见Base64算法类似，稍有差别。
• 作为令牌的JWT可以放在URL中（例如api.example/?token=xxx）。 Base64中用的三个字符是"+"，"/“和”="，由于在URL中有特殊含义，因此Base64URL中对他们做了替换："=“去掉，”+“用”-“替换，”/“用”_"替换，这就是Base64URL算法。

3.3 JWT的原则

• JWT的原则是在服务器身份验证之后，将生成一个JSON对象并将其发送回用户，如下所示。

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

• 之后，当用户与服务器通信时，客户在请求中发回JSON对象。服务器仅依赖于这个JSON对象来标识用户。为了防止用户篡改数据，服务器将在生成对象时添加签名。
• 服务器不保存任何会话数据，即服务器变为无状态，使其更容易扩展。

3.4 JWT的用法

• 客户端接收服务器返回的JWT，将其存储在Cookie或localStorage中。
• 此后，客户端将在与服务器交互中都会带JWT。如果将它存储在Cookie中，就可以自动发送，但是不会跨域，因此一般是将它放入HTTP请求的Header Authorization字段中。当跨域时，也可以将JWT被放置于POST请求的数据主体中。

3.5 JWT问题和趋势

• JWT不仅可用于认证，还可用于信息交换。善用JWT有助于减少服务器请求数据库的次数。
• 生产的token可以包含基本信息，比如id、用户昵称、头像等信息，避免再次查库。
• 存储在客户端，不占用服务端的内存资源。
• JWT默认不加密，但可以加密。生成原始令牌后，可以再次对其进行加密。
• 当JWT未加密时，一些私密数据无法通过JWT传输。
• JWT的最大缺点是服务器不保存会话状态，所以在使用期间不可能取消令牌或更改令牌的权限。也就是说，一旦JWT签发，在有效期内将会一直有效。
• JWT本身包含认证信息，token是经过base64编码，所以可以解码，因此token加密前的对象不应该包含敏感信息，一旦信息泄露，任何人都可以获得令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT的有效期不宜设置太长。对于某些重要操作，用户在使用时应该每次都进行进行身份验证。
• 为了减少盗用和窃取，JWT不建议使用HTTP协议来传输代码，而是使用加密的HTTPS协议进行传输。

4. 整合JWT令牌

4.1 在common_utils模块中添加jwt工具依赖

• 在pom中添加

<dependencies>
        <!-- JWT-->
        <dependency>
            <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
            <artifactId>jjwt</artifactId>
        </dependency>
</dependencies>

4.2 创建JWT工具类

package com.alex.commonutils;

import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.Jws;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import org.springframework.http.server.reactive.ServerHttpRequest;
import org.springframework.util.StringUtils;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import java.util.Date;

public class JwtUtils {

    // 常量
    public static final long EXPIRE = 1000 * 60 * 60 * 24;  // token过期时间
    public static final String APP_SECRET = "ukc8BDbRigUDaY6pZFfWus2jZWLPHO";   // 秘钥

    // 生成token字符串的方法
    public static String getJwtToken(String id, String nickname){

        String JwtToken = Jwts.builder()
                .setHeaderParam("typ", "JWT")
                .setHeaderParam("alg", "HS256")
                
                .setSubject("lemon-user")
                .setIssuedAt(new Date())
                .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRE))
                
                .claim("id", id)    // 设置token主体部分，存储用户信息
                .claim("nickname", nickname)
                
                .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, APP_SECRET)
                .compact();

        return JwtToken;
    }

    /**
     * 判断token是否存在与有效
     * @param jwtToken
     * @return
     */
    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
     * @return
     */
    public static boolean checkToken(HttpServletRequest request) {
        try {
            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
     * @return
     */
    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");
    }
}