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初步理解JWT并实践使用

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Renky
2017.08.11 09:18* 字数 1428

JWT是一种用于双方之间传递安全信息的简洁的、URL安全的表述性声明规范。JWT作为一个开放的标准(RFC 7519),定义了一种简洁的,自包含的方法用于通信双方之间以Json对象的形式安全的传递信息。因为数字签名的存在,这些信息是可信的,JWT可以使用HMAC算法或者是RSA的公私秘钥对进行签名。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息,避免了多次查询数据库

JWT的主要应用场景

身份认证在这种场景下,一旦用户完成了登陆,在接下来的每个请求中包含JWT,可以用来验证用户身份以及对路由,服务和资源的访问权限进行验证。由于它的开销非常小,可以轻松的在不同域名的系统中传递,所有目前在单点登录(SSO)中比较广泛的使用了该技术。
信息交换在通信的双方之间使用JWT对数据进行编码是一种非常安全的方式,由于它的信息是经过签名的,可以确保发送者发送的信息是没有经过伪造的。

JWT的结构

JWT包含了使用.分隔的三部分:
Header 头部
Payload 负载
Signature 签名

其结构看起来是这样的Header.Payload.Signature

Header

在header中通常包含了两部分:token类型和采用的加密算法。{ "alg": "HS256", "typ": "JWT"}
接下来对这部分内容使用 Base64Url 编码组成了JWT结构的第一部分。

Payload

Token的第二部分是负载,它包含了claim, Claim是一些实体(通常指的用户)的状态和额外的元数据,有三种类型的claim:reserved, publicprivate.Reserved claims: 这些claim是JWT预先定义的,在JWT中并不会强制使用它们,而是推荐使用,常用的有 iss(签发者),exp(过期时间戳), sub(面向的用户), aud(接收方), iat(签发时间)。
Public claims:根据需要定义自己的字段,注意应该避免冲突
Private claims:这些是自定义的字段,可以用来在双方之间交换信息
负载使用的例子:{ "sub": "1234567890", "name": "John Doe", "admin": true}
上述的负载需要经过Base64Url编码后作为JWT结构的第二部分。

Signature

创建签名需要使用编码后的header和payload以及一个秘钥,使用header中指定签名算法进行签名。例如如果希望使用HMAC SHA256算法,那么签名应该使用下列方式创建:
HMACSHA256( base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)
签名用于验证消息的发送者以及消息是没有经过篡改的。
完整的JWT
完整的JWT格式的输出是以.
分隔的三段Base64编码,与SAML等基于XML的标准相比,JWT在HTTP和HTML环境中更容易传递。
下列的JWT展示了一个完整的JWT格式,它拼接了之前的Header, Payload以及秘钥签名:


如何使用JWT?
在身份鉴定的实现中,传统方法是在服务端存储一个session,给客户端返回一个cookie,而使用JWT之后,当用户使用它的认证信息登陆系统之后,会返回给用户一个JWT,用户只需要本地保存该token(通常使用local storage,也可以使用cookie)即可。
当用户希望访问一个受保护的路由或者资源的时候,通常应该在Authorization头部使用Bearer模式添加JWT,其内容看起来是下面这样:Authorization: Bearer <token>

因为用户的状态在服务端的内存中是不存储的,所以这是一种无状态的认证机制。服务端的保护路由将会检查请求头Authorization中的JWT信息,如果合法,则允许用户的行为。由于JWT是自包含的,因此减少了需要查询数据库的需要。
JWT的这些特性使得我们可以完全依赖其无状态的特性提供数据API服务,甚至是创建一个下载流服务。因为JWT并不使用Cookie的,所以你可以使用任何域名提供你的API服务而不需要担心跨域资源共享问题(CORS)。
下面的序列图展示了该过程:

为什么要使用JWT?
相比XML格式,JSON更加简洁,编码之后更小,这使得JWT比SAML更加简洁,更加适合在HTML和HTTP环境中传递。
在安全性方面,SWT只能够使用HMAC算法和共享的对称秘钥进行签名,而JWT和SAML token则可以使用X.509认证的公私秘钥对进行签名。与简单的JSON相比,XML和XML数字签名会引入复杂的安全漏洞。
因为JSON可以直接映射为对象,在大多数编程语言中都提供了JSON解析器,而XML则没有这么自然的文档-对象映射关系,这就使得使用JWT比SAML更方便
java json web token工具类

public class JwtHelper {

    private final static String base64Secret = "MDk4ZjZiY2Q0NjIxZDM3M2NhZGU0ZTgzMjYyN2I0ZjY=";
    private final static int expiresSecond = 172800000;

    public static Claims parseJWT(String jsonWebToken) {
        try {
            Claims claims = Jwts.parser()
                    .setSigningKey(DatatypeConverter.parseBase64Binary(base64Secret))
                    .parseClaimsJws(jsonWebToken).getBody();
            return claims;
        } catch (Exception ex) {
            return null;
        }
    }

    public static String createJWT(String username, String roles, String privileges) {
        SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;

        long nowMillis = System.currentTimeMillis();
        Date now = new Date(nowMillis);

        //生成签名密钥
        byte[] apiKeySecretBytes = DatatypeConverter.parseBase64Binary(base64Secret);
        Key signingKey = new SecretKeySpec(apiKeySecretBytes, signatureAlgorithm.getJcaName());

        //添加构成JWT的参数
        JwtBuilder builder = Jwts.builder().setHeaderParam("typ", "JWT")
                .claim("user_name", username)
                .claim("user_role", roles)
                .claim("user_privilege", privileges)
                .signWith(signatureAlgorithm, signingKey);
        //添加Token过期时间
        if (expiresSecond >= 0) {
            long expMillis = nowMillis + expiresSecond;
            Date exp = new Date(expMillis);
            builder.setExpiration(exp).setNotBefore(now);
        }

        //生成JWT
        return builder.compact();
    }
}
spring-boot学习笔记
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