JWT(token) 认证

news2024/10/1 5:38:28

JSON Web Token（缩写 JWT）是目前最流行的跨域认证解决方案，本文介绍它的原理和用法。

一、跨域认证的问题

互联网服务离不开用户认证。一般流程是下面这样。

1、用户向服务器发送用户名和密码。

2、服务器验证通过后，在当前对话（session）里面保存相关数据，比如用户角色

登录时间等等。

3、服务器向用户返回一个 session_id，写入用户的 Cookie。

4、用户随后的每一次请求，都会通过 Cookie，将 session_id 传回服务器。

5、服务器收到 session_id，找到前期保存的数据，由此得知用户的身份。

这种模式的问题在于，扩展性（scaling）不好。单机当然没有问题，如果是服务器集群，或

者是跨域的服务导向架构，就要求 session 数据共享，每台服务器都能够读取 session。

举例来说，A 网站和 B 网站是同一家公司的关联服务。现在要求，用户只要在其中一个网

站登录，再访问另一个网站就会自动登录，请问怎么实现？

一种解决方案是 session 数据持久化，写入数据库或别的持久层。各种服务收到请求后，都向持久层请求数据。这种方案的优点是架构清晰，缺点是工程量比较大。另外，持久层万一挂了，就会单点失败。

如图所示；

二，另一种方案是服务器索性不保存 session 数据了，所有数据都保存在客户端，每次请求都发回服务器。JWT 就是这种方案的一个代表。

例如：你刚搬进一个小区，在第一次近小区时，你得去物业（客户端）登记一下（即：注册登陆的过程），然后物业给你一个门禁卡（里面记录你的一些简单信息信息，即jwt），在之后每次进入小区都等使用门禁卡验证身份

二、JWT 的原理

JWT 的原理是，服务器认证以后，生成一个 JSON 对象(即：生成tocken)，发回给用户，就像下面这样。

{

"姓名":"张三",

"角色":"管理员",

"到期时间":"2018年7月1日0点0分"

}

以后，用户与服务端通信的时候，都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。为了防止用户篡改数据，服务器在生成这个对象的时候，会加

上签名（详见后文）。

服务器就不保存任何 session 数据了，也就是说，服务器变成无状态了，从而比较容

易实现扩展。

三、JWT 的数据结构

实际的 JWT 大概就像下面这样。

是一个很长的字符串，中间用点（.）分隔成三个部分。注意，JWT 内部是没有换行的，这里只是为了便于展示，将它写成了几行。

JWT 的三个部分依次如下。

Header（头部）明文

Payload（负载）明文

Signature（签名）

1. Header

在Header中通常承载两部分信息：

声明类型，这里是jwt

声明加密的算法通常直接使用 HMAC SHA256

将头部进行base64加密（该加密是可以对称解密的),构成了第一部分。

2. Payload token的第二个部分是荷载信息，

载荷就是存放有效信息的地方。这个名字像是特指飞机上承载的货品，用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段，供选用。标准中注册的声明:

1 , iss (issuer)：签发人

2 , exp (expirationtime)：过期时间

3 ,sub (subject)：主题

4 .aud (audience)：受众

5 ,nbf (Not Before)：生效时间

6 ,iat (Issued At)：签发时间

7 ,jti (JWT ID)：编号

除了官方字段，你还可以在这个部分定义私有字段，下面就是一个例子。

{

"id": "1234567890",

"name": "John Doe",

"admin": true

}

特别注意！ JWT 默认是不加密的，任何人都可以读到，所以不要把秘密信息放在这个部分。这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。

3. signature

使用header中指定的算法将编码后的header、编码后的payload、一个secret进行加密。例如使用的是HMAC SHA256算法，大致流程类似于: HMACSHA256( base64UrlEncode(header) +"." + base64UrlEncode(payload), secret) 这个signature字段被用来确认JWT信息的发送者是谁，并保证信息没有被修改。

签名以后，把 Header、Payload、Signature 三个部分拼成一个字符串，每个部分之间用"点"（.）分隔，就可以返回给用户。

四、JWT 的使用方式

客户端收到服务器返回的 JWT，可以储存在 Cookie 里面，也可以储存在localStorage。

此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT。你可以把它放在 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 请求的头信息Authorization字段里面。

Authorization:Bearer <token>

另一种做法是，跨域的时候，JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

五、JWT 的几个特点

（1）JWT 默认是不加密，但也是可以加密的。生成原始 Token 以后，可以用密钥再加密一次。

（2）JWT 不加密的情况下，不能将秘密数据写入 JWT。

（3）JWT 不仅可以用于认证，也可以用于交换信息。有效使用 JWT，可以降低服务

器查询数据库的次数。

（4）JWT 的最大缺点是，由于服务器不保存 session 状态，因此无法在使用过程中废止某个 token，或者更改 token 的权限。也就是说，一旦 JWT 签发了，在到期之