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JWT介绍、测试案例 以及实际开发中的使用

什么是JWT?

JWT,通过数字签名的方式,以json对象为载体,在不同的服务终端之间安全的传输信息,用来解决传统session的弊端。

JWT在前后端分离系统,通过JSON形式作为WEB应用中的令牌(token),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能做什么?

1.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。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。

2.信息交换:jwt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,所以可以确保发件人是他们所说的人,此外可以验证内容是否遭到篡改。

为什么会有JWT?

传统的session认证有如下的问题

1.每个用户经过我们的应用认证之后,将认证信息保存在session中,由于session服务器中对象,随着认证用户的增多,服务器内存开销会明显增大;

2.用户认证之后,服务端使用session保存认证信息,那么要取到认证信息,只能访问同一台服务器,才能拿到授权的资源。这样在分布式应用上,就需要实现session共享机制,不方便集群应用;

3.因为session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。

基于JWT的认证流程:

  • 前端通过web表单将自己的用户和密码发送到后端接口(一般是http-post请求,建议使用SSL加密传输(https协议),以免敏感信息被嗅探)
  • 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就是一个字符(head.payload.singueater)
  • 后端将JWT字符串作为登录成功的结果返回给前端。前端结果保存在localStorage(本地缓存)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)。

JWT的优势:

  • 简洁,可以通过URL、POST参数或Http header发送,因为数据量小,传输速度快;
  • 自包含,负载(属于JWT的一部分)中包含了用户所需要的信息,不需要在服务器端保存会话信息,不占服务器内存,也避免了多次查询数据库,特别适用于分布式微服务;
  • 因为token是以json加密的形式保存在客户端的,所以JWT可以跨语言使用,原则上任何WEB形式都支持。
  • 不需要再服务端保存会话信息,特别适用于分布式微服务。

JWT结构

JWT其实就是一段字符串,由标头(Header)有效载荷(Payload)签名(Signature)这三部分组成,用  .  拼接。在传输的时候,会将JWT的三部分分别进行Base64编码后用 . 进行连接形成最终传输的字符串

头部(Header): JWT的头部是一个JSON对象,用于描述JWT的元数据,例如令牌的类型(typ)和签名算法(alg)。通常情况下,头部会包含以下信息:

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

 - alg:指定签名算法,常见的有HMAC SHA256(HS256)和RSA SHA256(RS256)等。

   - typ:指定令牌的类型,一般为JWT。

头部需要经过Base64编码后作为JWT的第一部分

载荷(Payload):JWT的载荷是存储实际数据的部分,也是一个JSON对象。它包含了一些声明(claims),用于描述令牌的信息。常见的声明有:

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

        前面两部分都使用Base64进行编码,前端可以解开知道里面的信息, Signature需要使用编码后的header和payload以及我们提供的一密钥,然后使用header中指定的签名算法进行签名,以保证JWT没有被篡改过

        使用Signature签名可以防止内容被篡改。如果有人对头部及负载内容解码后进行修改,再进行编码,最后加上之前签名组成新的JWT。那么服务器会判断出新的头部和负载形成的签名和JWT附带的签名是不一样的。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。

当用户希望访问一个受保护的路由或者资源的时候,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 请求头信息的 Authorization 字段里,使用 Bearer 模式添加 JWT。

JWT测试demo

package com.qcby.springbootdemo1;
import com.auth0.jwt.JWT;
import com.auth0.jwt.JWTVerifier;
import com.auth0.jwt.algorithms.Algorithm;
import com.auth0.jwt.interfaces.Claim;
import com.auth0.jwt.interfaces.DecodedJWT;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class jwtTest {//JWT的生成:@Testpublic void testGen(){Map<String,Object> claims = new HashMap<>();claims.put("id",1);claims.put("username","张三");String token = JWT.create().withClaim("user",claims) //t添加第二部分.withExpiresAt(new Date(System.currentTimeMillis()+1000*60*60*12)) //添加过期时间.sign(Algorithm.HMAC256("itheima"));//指定算法,配置 密钥System.out.println(token);}//JWT的验证:@Testpublic void testGen1(){//定义字符串,模拟前端传过来的tokenString token = "eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VyIjp7ImlkIjoxLCJ1c2VybmFtZSI6IuW8oOS4iSJ9LCJleHAiOjE3MzE2MjE4NjZ9.XKk_AiJ5njz7tXRG9xW5lWdrvq71LzIhiHKrvYsvvbI";//require:申请一个jwt的验证器JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.HMAC256("itheima")).build();DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify(token);//验证token,生成一个解析后的JWT对象Map<String, Claim> claims = decodedJWT.getClaims();System.out.println(claims.get("user"));//拿到token中的信息//如果篡改了头部和载荷部分的数据,那么验证失败//如果密钥改了,验证失败//token过期}
}

封装的JwtUtil:

package com.qcby.gaokao.util;
/*** JWT工具类*/
import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.JwtBuilder;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.util.*;public class JwtUtil {//有效期为public static final Long JWT_TTL = 60 * 60 *1000L;// 60 * 60 * 1000//设置秘钥明文public static final String JWT_KEY = "qcby";/*** 创建token* @param id* @param subject* @param ttlMillis* @return*/public static String createJWT(String id, String subject, Long ttlMillis) {//设置签名算法:SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;//获取当前时间,为设置过期时间准备long nowMillis = System.currentTimeMillis();Date now = new Date(nowMillis);//如果调用方法时没有定义密钥,就是JwtUtil中定义的if(ttlMillis==null){ttlMillis=JwtUtil.JWT_TTL;}//设置过期时间long expMillis = nowMillis + ttlMillis;Date expDate = new Date(expMillis);//设置加密后的密钥SecretKey secretKey = generalKey();JwtBuilder builder = Jwts.builder().setId(id)              //唯一的ID.setSubject(subject)   // 主题  可以是JSON数据.setIssuer("wd")     // 签发者.setIssuedAt(now)      // 签发时间.signWith(signatureAlgorithm, secretKey) //使用HS256对称加密算法签名, 第二个参数为秘钥.setExpiration(expDate);// 设置过期时间return builder.compact();}/*** 生成加密后的秘钥 secretKey* @return*/public static SecretKey generalKey() {byte[] encodedKey = Base64.getDecoder().decode(JwtUtil.JWT_KEY);SecretKey key = new SecretKeySpec(encodedKey, 0, encodedKey.length, "AES");return key;}/*** 解析* @param jwt* @return* @throws Exception*/public static Claims parseJWT(String jwt) throws Exception {SecretKey secretKey = generalKey();return Jwts.parser().setSigningKey(secretKey).parseClaimsJws(jwt).getBody();}public static void main(String[] args) {String token = JwtUtil.createJWT(UUID.randomUUID().toString(),"qd",null );System.out.println(token);}
}

在项目中的应用:

我是在登录功能的时候使用的JWT技术

  • 在我第一次登录的时候就会生成token令牌
  • 我的令牌的校验的功能在拦截器中进行了实现

登录部分:

List<Student> students = studentMapper.findone(student);
if(students.size()== 1){//这些就是在进行登录拦截String token = JwtUtil.createJWT(UUID.randomUUID().toString(),String.valueOf(students.get(0).getId()),null);//将token信息设置如cookie当中Cookie cookie = new Cookie("token",token);cookie.setPath("/");   //设置浏览器的访问路径cookie.setMaxAge(36000); //设置cookie的过期时间response.addCookie(cookie);/*** 下面是用于传递账户邮箱信息的功能*///1、获取该账户的邮箱String email = students.get(0).getEmail();//2、将邮箱信息放入CookieCookie cookie1 = new Cookie("email",email);cookie1.setPath("/");cookie1.setMaxAge(36000);response.addCookie(cookie1);//到此逻辑结束//登录成功return new ResponseResult(200,"登录成功");}else {//登录失败return new ResponseResult(444,"登录失败");}

拦截器部分:

/*
* 配置拦截器
* */
@Component
public class LoginInterceptor implements HandlerInterceptor {//拦截器@Overridepublic boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {Cookie[] cookies = request.getCookies();if(cookies != null){for (Cookie cookie:cookies){if("token".equals(cookie.getName())){String userToken = cookie.getValue();if(!StringUtils.hasText(userToken)){response.sendError(HttpServletResponse.SC_UNAUTHORIZED);}//解析token看看是否成功try {Claims claims = JwtUtil.parseJWT(userToken);claims.getSubject();}catch (Exception e){//e.printStackTrace();System.out.println("token信息出错");return false;}return true;  //放行}}}return false;}
}

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