本文是向大家介绍token JWT的相关学习，它能够实现登录认证功能的实现,了解它能够让我们对系统有更加全面系统的理解

---

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。

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。

二、JWT 的原理

JWT 的原理是，服务器认证以后，生成一个 JSON 对象，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。

JWT 大概就像下面这样

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJhdWQiOiJ7XCJhZ2VcIjoxOCxcIm5hbWVcIjpcInVzZXIxXCJ9IiwiZXhwIjoxNjYzNzI1NDkxfQ.2WJse-4itIFY3i8ddUgVzraVKyJDoHd0NNExQceXt3Q

它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）
• Payload（负载）
• Signature（签名）

写成一行，就是下面的样子

Header.Payload.Signature

Header

Header 部分是一个 JSON 对象，描述 JWT 的元数据，通常是下面的样子

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

上面代码中，alg属性表示签名的算法（algorithm），默认是 HMAC SHA256（写成 HS256）；typ属性表示这个令牌（token）的类型（type），JWT 令牌统一写为JWT。

最后，将上面的 JSON 对象使用 Base64URL 算法转成字符串

Payload

Payload 部分也是一个 JSON 对象，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

• iss (issuer)：签发人
• exp (expiration time)：过期时间
• sub (subject)：主题
• aud (audience)：受众
• nbf (Not Before)：生效时间
• iat (Issued At)：签发时间
• jti (JWT ID)：编号

你还可以在这个部分定义私有字段

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

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

Signature

Signature 部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。

首先，需要指定一个密钥（secret）。这个密钥只有服务器才知道，不能泄露给用户。然后，使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256），按照下面的公式产生签名

HMACSHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." +
  base64UrlEncode(payload),
  secret)

算出签名以后，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。

jwt 中常用的签名算法是 HS256，可能大多数人对这个签名算法不熟悉，但 md5,sha 这样的签名算法肯定是为人熟知的，签名算法共同的特点是整个过程是不可逆的。由于签名之前的主体内容(header,payload)会携带在 jwt 字符串中，所以需要使用带有密钥(yuè)的签名算法，密钥是服务器和签发者共享的。header 部分和 payload 部分如果被篡改，由于篡改者不知道密钥是什么，也无法生成新的 signature 部分，服务端也就无法通过，在 jwt 中，消息体是透明的，使用签名可以保证消息不被篡改

Base64URL

前面提到，Header 和 Payload 串型化的算法是 Base64URL。这个算法跟 Base64 算法基本类似，但有一些小的不同。

JWT 作为一个令牌（token），有些场合可能会放到 URL（比如 api.example.com/?token=xxx）。Base64 有三个字符+、/和=，在 URL 里面有特殊含义，所以要被替换掉：=被省略、+替换成-，/替换成_ 。这就是 Base64URL 算法。

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。

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，在到期之前就会始终有效，除非服务器部署额外的逻辑。
5. JWT 本身包含了认证信息，一旦泄露，任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT 的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限，使用时应该再次对用户进行认证。
6. 为了减少盗用，JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输，要使用 HTTPS 协议传输

secret如何设计

jwt 唯一存储在服务端的只有一个 secret，个人认为这个 secret 应该设计成和用户相关的，而不是一个所有用户公用的统一值。这样可以有效的避免一些注销和修改密码时遇到的窘境。

注销和修改密码

传统的 session+cookie 方案用户点击注销，服务端清空 session 即可，因为状态保存在服务端。但 jwt 的方案就比较难办了，因为 jwt 是无状态的，服务端通过计算来校验有效性。没有存储起来，所以即使客户端删除了 jwt，但是该 jwt 还是在有效期内，只不过处于一个游离状态。分析下痛点：注销变得复杂的原因在于 jwt 的无状态。有几个方案，视具体的业务来决定能不能接受。

• 仅仅清空客户端的 cookie，这样用户访问时就不会携带 jwt，服务端就认为用户需要重新登录。这是一个典型的假注销，对于用户表现出退出的行为，实际上这个时候携带对应的 jwt 依旧可以访问系统。
• 清空或修改服务端的用户对应的 secret，这样在用户注销后，jwt 本身不变，但是由于 secret 不存在或改变，则无法完成校验。这也是为什么将 secret 设计成和用户相关的原因。
• 借助第三方存储自己管理 jwt 的状态，可以以 jwt 为 key，实现去 redis 一类的缓存中间件中去校验存在性。方案设计并不难，但是引入 redis 之后，就把无状态的 jwt 硬生生变成了有状态了，违背了 jwt 的初衷。实际上这个方案和 session 都差不多了。

修改密码则略微有些不同，假设号被到了，修改密码（是用户密码，不是 jwt 的 secret）之后，盗号者在原 jwt 有效期之内依旧可以继续访问系统，所以仅仅清空 cookie 自然是不够的，这时，需要强制性的修改 secret

java JWT简单实用

引入pom

<!--jwt相关依赖-->
<dependency>
    <groupId>com.auth0</groupId>
    <artifactId>java-jwt</artifactId>
    <version>3.8.3</version>
</dependency>

@RestController
@RequestMapping("/JWT")
public class JWTController {

    private final String secret = "qwer1234";

    // 设置token过期时间为3分钟
    private final long EXPIRED_TIME = 3 * 60 * 1000;

    @GetMapping("/getToken")
    public String getToken() {
        // 签发时间
        Date signDate = new Date();
        // 过期时间
        Date expireDate = new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRED_TIME);
        // token的Header信息
        Map<String, Object> map = new HashMap<>();
        map.put("alg", "HS256");
        map.put("typ", "JWT");
        String token = JWT.create()
                .withHeader(map) //(token的Header信息)
                .withIssuedAt(signDate) //设置当前签发时间(token的Payload信息)
                .withExpiresAt(new Date(System.currentTimeMillis() + 1000 * 120))  //设置过期时间
                .withClaim("userId", "123") //自定义信息
                .withClaim("userName", "tom") //自定义信息
                .sign(Algorithm.HMAC256(secret));  //使用HMAC算法，111111作为密钥加密
        return token;
    }


    @GetMapping("/verifyToken")
    public String verifyToken(String token) {
        JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.HMAC256(secret)).build();
        // 校验token
        jwtVerifier.verify(token);
        DecodedJWT decodedJWT = JWT.decode(token);
        // 获取自定义信息
        String userId = decodedJWT.getClaim("userId").asString();
        String userName = decodedJWT.getClaim("userName").asString();
        System.out.println(userId + "------" + userName);
        return userId + "------" + userName;
    }


}

测试

获取到 token

校验token

token设置的3分钟过期 过期后调用校验接口报错如下:

总结

在 web 应用中，使用 jwt 代替 session 存在不小的风险，绝大多数情况下，传统的 cookie-session 机制工作得更好。jwt 适合做简单的 restful api 认证，颁发一个固定有效期的 jwt，降低 jwt 暴露的风险，不要对 jwt 做服务端的状态管理，这样才能体现出 jwt 无状态的优势。