JWT(JSON Web Token)认证

朱雀 2024-03-26 14:53 112阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  一 JWT简介
 *   *  1.1 JWT定义
     *  1.2 JWT的用法
 *  二 选择JWT的缘由
 *   *  2.1 基于传统的Session认证
     *  2.2 基于JWT认证
     *  2.3 认证流程
     *  2.4 JWT的优势
 *  三 JWT的结构
 *   *  3.1 令牌组成
 *  四 SpringBoot整合JWT demo

![在这里插入图片描述][41807b28ccf24193a7e03570d5b181d5.png]

## 一 JWT简介 ##

### 1.1 JWT定义 ###

*  [JSON Web Token官网][JSON Web Token]
 *  JSON Web 令牌 （JWT） 是一种开放标准 （RFC 7519），它定义了一种紧凑且独立的方式，用于在各方之间以 JSON 对象的形式安全地传输信息。此信息可以验证和信任，因为它是经过数字签名的。JWT 可以使用密钥（使用 HMAC 算法）或使用 RSA 或 ECDSA 的公钥/私钥对进行签名。
 *  通俗理解：JWT简称JSONWebToken，也就是通过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。

### 1.2 JWT的用法 ###

*  **授权：(使用 JWT 的最常见方案)** **用户登录后，每个后续请求都将包含 JWT，允许用户访问使用该令牌允许的路由、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，并且能够跨不同域轻松使用。**
 *  **信息交换：JSON Web 令牌是在各方之间安全传输信息的好方法。** 由于 JWT 可以签名（例如，使用公钥/私钥对），因此您可以确定发件人是他们所说的人。此外，由于签名是使用标头和有效负载计算的，因此您还可以验证内容是否未被篡改。

## 二 选择JWT的缘由 ##

### 2.1 基于传统的Session认证 ###

*  有关详细的内容参看[会话跟踪技术之Cookie&Session][Cookie_Session]
 *  http协议本身是一种无状态的协议，就会意味着如果浏览器向服务器提供了用户名和密码来进行用户认证，那么下次请求时，浏览器还需要进行一次用户认证，因为根据http协议，服务器并不知道是哪个浏览器发送的请求，所以 **为了让服务器能够识别是哪个浏览器发送的请求，只能在服务器存储一份用户登录的信息，这份登录信息会在响应时传递给浏览器，告诉其保存为cookie，以便下次发送请求时发送给服务器，这样服务器就可以识别浏览器了，这就是传统的Session认证。**  
    ![在这里插入图片描述][b8610f00bdae4d46ba562457e7cb7aee.png]
 *  出现的问题
    
    1.  每个用户经过服务器认证之后，服务器都要做一次记录，以便客户端下次请求的鉴别，通常而言Session都是保存在内存中，而随着认证用户的增多，服务端的开销会明显增大
    2.  用户认证之后，服务端做认证记录，如果认证的记录被保存在内存中的话，这意味看用户下次请求还必须要请求在这台服务器上，这样才能拿到授权的资源，这样在分布式的应用上，相应的限制了负载均衡器的能力。这也意味看限制了应用的扩展能力。
    3.  因为是基于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
    4.  在前后端分离系统中就更加痛苦：如下图所示  
        ![在这里插入图片描述][ce2c5b4a5aea4b4194e0115a26342dda.png]
        
         *  也就是说前后端分离在应用解耦后增加了部署的复杂性，通常用户一次请求就要转发多次。如果用session每次携带sessionid到服务器，服务器还要查询用户信息。同时如果用户很多。这些信息存储在服务器内存中，给服务器增加负担。
         *  还有就是CSRF（跨站伪造请求攻击）攻击，session是基于cookie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。还有就是sessionid就是一个特征值，表达的信息不够丰富。
         *  不容易扩展，而且如果你后端应用是多节点部署，那么就需要实现session共享机制，不方便集群应用。

### 2.2 基于JWT认证 ###

![在这里插入图片描述][41d1e49d888e4a0c83fe923eb2d1434f.png]

### 2.3 认证流程 ###

1.  首先，前端通过Web表单将自己的用户名和密码发送到后端的接口。这一过程一般是一个`HTTP POST`请求。建议的方式是通过`SSL`加密的传输（`https协议`），从而避免敏感信息被嘎探。
2.  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`JWTPayload（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就是一个形同`111.zzz.xxx`的字符串。`tokenhead.payoad.singurater`
3.  后端将JWT字符串作为登录成功的返回结果返回给前端。前端可以将返回的结果保存在localStorage或sessionStorage上，退出登录  
    时前端删除保存的JWT即可。
4.  前端在每次请求时将JWT放入HTTPHeader中的Authorization位。（解决XSS和XSRF问题）HEADER
5.  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）
6.  验证通过后后端使用JWT中包含的用户信息进行其他逻辑操作，返回相应结果。

### 2.4 JWT的优势 ###

*  简洁(Compact):可以通过URL，POST参数或者在HTTP header发送，因为数据量小，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意。避免了多次查询数据库
 *  因为Token是以JSON加密的形式保存在客户端的，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。

## 三 JWT的结构 ##

### 3.1 令牌组成 ###

header.payload.Signature

*  标头：Header
 *  有效载荷：Payload
 *  签名：Signature
 *  Header：
    
     *  标头通常由两部分组成∶令牌的类型(即JWT）和所使用的签名算法，例如HMAC SHA256或RSA。它会使用Base64编码组成JWT结构
    
    >  *  注意:Base64是一种编码，也就是说，它是可以被翻译回原来的样子来的。它并不是一种加密过程。

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

*  Payload:
    
     *  令牌的第二部分，其中包含声明。声明是有关用户和其他数据的声明。同样使用Base64编码组成。

{
        
    	"sub": "123456789",
    	"name": "ming",
    	"admin": true
    }

*  Signature：
    
     *  Signature前面两部分都是使用Base64进行编码的，即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以及我们提供的一个密钥，然后使用header中指定的签名算法（HS256）进行签名。签名的作用是保证JWT没有被算改过
    
        HMACSHA256（base64UrlEncode(header）+”.”+base64UrlEncode(payload),secret);
 *  签名目的
    
     *  最后一步签名的过程，实际上是对头部以及负载内容进行签名，防止内容被笔改。如果有人对头部以及负载的内容解码之后进行修改，再进行编码，最后加上之前的签名组合形成新的JWT的话，服务器端会判断出新的头部和负载形成的签名和JWT附带上的签名是不一样的。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
 *  信息安全问题
    
     *  Base64是一种编码，意味着JWT的是可以解码的，所以在JWT中，不应该在负载里面加入任何敏感的数据。用户的UserID实际上不是什么敏感内容，一般情况下被知道也是安全的。但是密码就不能被放在JWT中。如果将用户的密码放在了JWT中，那么怀有恶意的第三方通过Base64解码就能很快地知道你的密码了。因此JWT适合用于向Web应用传递一些非敏感信息。JWT还经常用于设计用户认证和授权系统，甚至实现Web应用的单点登录。
 *  常见异常信息

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>异常名</th> 
   <th>解释</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>SignatureVerificationException</td> 
   <td>签名不一致异常</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>TokenExpiredException</td> 
   <td>令牌过期异常</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>AlgorithmMismatchException</td> 
   <td>算法不匹配异常</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>InvalidclaimException</td> 
   <td>失效的payload异常</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 四 SpringBoot整合JWT demo ##

*  [项目文件地址][Link 1]

[41807b28ccf24193a7e03570d5b181d5.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/26/e4d41763c02c43a294f6dad4b0001147.png
[JSON Web Token]: https://jwt.io/
[Cookie_Session]: https://blog.csdn.net/yang2330648064/article/details/129236331
[b8610f00bdae4d46ba562457e7cb7aee.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/26/f203f6c3396745319b06d629d2dba32c.png
[ce2c5b4a5aea4b4194e0115a26342dda.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/26/bdc0d426d54441bc8c1b1fef3be65b56.png
[41d1e49d888e4a0c83fe923eb2d1434f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/26/cdef5bab893f4b14869aa7c94f39c0c6.png
[Link 1]: https://pan.baidu.com/s/1aTrgqhTa-B5u3U3lDMA_JQ?pwd=iv72