安全认证--JWT介绍及使用

1.无状态登录原理

有状态登录和无状态登录详解

1.1.什么是有状态？

有状态服务，即服务端需要记录每次会话的客户端信息，从而识别客户端身份，根据用户身份进行请求的处理，典型的设计如tomcat中的session。

例如登录：用户登录后，我们把登录者的信息保存在服务端session中，并且给用户一个cookie值，记录对应的session。然后下次请求，用户携带cookie值来，我们就能识别到对应session，从而找到用户的信息。

缺点是什么？

• 服务端保存大量数据，增加服务端压力
• 服务端保存用户状态，无法进行水平扩展
• 客户端请求依赖服务端，多次请求必须访问同一台服务器

1.2.什么是无状态

微服务集群中的每个服务，对外提供的都是Rest风格的接口。而Rest风格的一个最重要的规范就是：服务的无状态性，即：

• 服务端不保存任何客户端请求者信息
• 客户端的每次请求必须具备自描述信息，通过这些信息识别客户端身份

带来的好处是什么呢？

• 客户端请求不依赖服务端的信息，任何多次请求不需要必须访问到同一台服务
• 服务端的集群和状态对客户端透明
• 服务端可以任意的迁移和伸缩
• 减小服务端存储压力

1.3.如何实现无状态

无状态登录的流程：

• 当客户端第一次请求服务时，服务端对用户进行信息认证（登录）
• 认证通过，将用户信息进行加密形成token，返回给客户端，作为登录凭证
• 以后每次请求，客户端都携带认证的token
• 服务端对token进行解密，判断是否有效。

整个登录过程中，最关键的点是什么？

token的安全性

token是识别客户端身份的唯一标示，如果加密不够严密，被人伪造那就完蛋了。

采用何种方式加密才是安全可靠的呢？

我们将采用JWT来生成token，保证token的安全性

1.4.JWT

1.4.1.简介

JWT，全称是Json Web Token， 是JSON风格轻量级的授权和身份认证规范，可实现无状态、分布式的Web应用授权；官网：https://jwt.io
GitHub上jwt的java客户端：https://github.com/jwtk/jjwt

1.4.2.数据格式

JWT包含三部分数据：

• Header：头部，通常头部有两部分信息：

  • token类型，这里是JWT
  • 签名算法，自定义

  我们会对头部进行base64加密（可解密），得到第一部分数据

• Payload：载荷，就是有效数据，一般包含下面信息：

  • 标准载荷：JWT规定的信息，jwt的元数据：
    • JTI: JWT的id，当前jwt的唯一标识（像身份证号）
    • IAT: issue at 签发时间
    • EXP：过期时间
    • SUB：签发人
    • …
  • 自定义载荷：
    • 用户身份信息，（注意，这里因为采用base64加密，可解密，因此不要存放敏感信息）

  这部分也会采用base64加密，得到第二部分数据

• Signature：签名，是整个数据的认证信息。一般根据前两步的数据，再加上服务的的密钥（secret）（不要泄漏，最好周期性更换），通过加密算法生成。用于验证整个数据完整和可靠性

生成的数据格式：

可以看到分为3段，每段就是上面的一部分数据。
什么是 JWT – JSON WEB TOKEN
傻傻分不清之 Cookie、Session、Token、JWT
JWT详细教程与使用

2.编写JWT工具

我们会用到比较流行的java语言的JWT工具，jjw

2.1.添加JWT依赖

我们需要先在项目中引入JWT依赖：

 <dependency><groupId>io.jsonwebtoken</groupId><artifactId>jjwt-api</artifactId><version>0.11.2</version></dependency><dependency><groupId>io.jsonwebtoken</groupId><artifactId>jjwt-impl</artifactId><version>0.11.2</version><scope>runtime</scope></dependency><dependency><groupId>io.jsonwebtoken</groupId><artifactId>jjwt-jackson</artifactId><version>0.11.2</version><scope>runtime</scope></dependency><dependency><groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId><artifactId>jackson-databind</artifactId></dependency><dependency><groupId>joda-time</groupId><artifactId>joda-time</artifactId></dependency><!--json工具--><dependency><groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId><artifactId>jackson-databind</artifactId></dependency><dependency><groupId>org.projectlombok</groupId><artifactId>lombok</artifactId></dependency><!--日期时间工具类--><dependency><groupId>joda-time</groupId><artifactId>joda-time</artifactId></dependency><!--redis--><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId></dependency>

2.2.载荷对象

JWT中，会保存载荷数据，我们计划存储2部分：

• jti：jwt的id
• UserDetail：用户数据

为了方便后期获取，我们定义一个类来封装。

添加一个实体类，代表载荷信息

import lombok.Data;//载荷对象
@Data
public class Payload {/*** tocken的id*/private String jti;/*** 用户数据*/private UserDetail userDetail;
}

载荷中的UserDetail信息，也需要一个实体类表示，这里我们定义一个UserDetail类。

这里我们假设用户信息包含2部分：

• id：用户id
• username：用户名

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
@Data
@AllArgsConstructor(staticName = "of")
@NoArgsConstructor
public class UserDetail {/*** 用户id*/private Long id;/*** 用户名*/private String username;
}

2.3.工具

我创建一个JwtUtils 工具类，用来封装几个方法：

• createJwt() ：生成JWT
• parseJwt() ：验证并解析JWT

import com.example.jwt.constants.RedisConstants;
import com.example.jwt.dto.Payload;
import com.example.jwt.dto.UserDetail;
import com.fasterxml.jackson.core.JsonProcessingException;
import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.Jws;
import io.jsonwebtoken.JwtParser;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.security.Keys;import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.util.StringUtils;import javax.crypto.SecretKey;
import java.io.IOException;
import java.nio.charset.Charset;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.TimeUnit;public class JwtUtils {/*** JWT解析器*/private final JwtParser jwtParser;/*** 秘钥*/private final SecretKey secretKey;//   @Autowiredprivate StringRedisTemplate redisTemplate;private final static ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();public JwtUtils(String key) {// 生成秘钥secretKey = Keys.hmacShaKeyFor(key.getBytes(Charset.forName("UTF-8")));// JWT解析器this.jwtParser = Jwts.parserBuilder().setSigningKey(secretKey).build();}/*** 生成jwt，自己指定的JTI** @param userDetails 用户信息* @return JWT*/public String createJwt(UserDetail userDetails) {try {// 生成tokenidString jti=createJti();//存入redis中
//            this.redisTemplate.opsForValue().set(RedisConstants.JTI_KEY_PREFIX+userDetails.getUsername(),jti,30, TimeUnit.MINUTES);return Jwts.builder().signWith(secretKey).setId(jti).claim("user", mapper.writeValueAsString(userDetails)).compact();} catch (JsonProcessingException e) {throw new RuntimeException(e);}}/*** 解析jwt，并将用户信息转为指定的Clazz类型** @param jwt   token* @return 载荷，包含JTI和用户信息*/public Payload parseJwt(String jwt) {try {Jws<Claims> claimsJws = jwtParser.parseClaimsJws(jwt);Claims claims = claimsJws.getBody();Payload payload = new Payload();payload.setJti(claims.getId());payload.setUserDetail(mapper.readValue(claims.get("user", String.class), UserDetail.class));return payload;} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}private String createJti() {return StringUtils.replace(UUID.randomUUID().toString(), "-", "");}/*** 刷新jwt有效期* @param username*/public void refreshJwt(String  username) {String key= RedisConstants.JTI_KEY_PREFIX+username;//重置key的过期时间redisTemplate.expire(key,30,TimeUnit.MINUTES);}
}

2.4.测试

2.4.1.配置秘钥

在application.yml文件中配置秘钥：

yy:jwt:key: helloWorldJavaAuthServiceSecretKe

定义一个配置类，注册JwtUtils注入到Spring的容器。

import com.example.jwt.utils.JwtUtils;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;@Configuration
public class JwtConfig {@Value("${yy.jwt.key}")private String key;@Beanpublic JwtUtils jwtUtils(){return new JwtUtils(key);}
}

2.4.2.测试类

    @Autowiredprivate JwtUtils jwtUtils;@Testpublic void test()   {// 生成jwtString jwt = jwtUtils.createJwt(UserDetail.of(112L, "lele"));System.out.println("jwt = " + jwt);// 解析jwtPayload payload = jwtUtils.parseJwt(jwt);System.out.println("payload = " + payload);}

结果：

jwt = eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJqdGkiOiIyZTRkMGI1NjZiODY0YjUzODAwZTI3NGNhOWE0MTcxYSIsInVzZXIiOiJ7XCJpZFwiOjExMixcInVzZXJuYW1lXCI6XCJsZWxlXCJ9In0.NGa42tISwsLg_hyONasdGPGDigFFxkWbH04wd4ELztY
payload = Payload(jti=2e4d0b566b864b53800e274ca9a4171a, userDetail=UserDetail(id=112, username=lele))