你对java的认识,Java的理解

　　00-1010 JWT简介。JWT2是什么？为什么要用JWT2.1传统会话认证的缺点2.2认证的优点1。标题2。有效载荷3。签名类型JWT 1。不安全的JWT 2。JWT 1.1对称签名1.2非对称签名2 . jjwt-root 2.1 JWS Java中的对称签名

目录

　　00-1010在介绍JWT之前，让我们回顾一下使用令牌进行用户身份验证的过程：

　　使用客户端的用户名和密码登录到服务器并接收请求。在验证用户名和密码之后，服务器将颁发一个令牌，然后将这个令牌返回给客户端。收到令牌后，客户端可以存储它，比如将其放在cookie中。每次客户端向服务器请求资源时，都需要携带服务器颁发的令牌。您可以在cookie或标头中携带服务器收到的请求，然后验证客户端请求中携带的令牌。如果验证成功，您将把请求数据返回给客户机。与传统的会话认证方法相比，这种基于令牌的认证方法节省了服务器资源，对移动终端和分发更加友好。其优点如下：

　　支持跨域访问: Cookies不能跨域，token不使用Cookies(前提是token放在请求头)，所以跨域后不会有信息丢失的问题。无状态:令牌机制不需要在服务器上存储会话信息。因为token本身包含了所有登录用户的信息，可以减轻服务器的压力。更适用CDN:你可以通过内容分发网络请求服务器的所有信息。当客户端是非浏览器平台时，不支持更适用于移动端: cookie。这时，采用令牌认证方法会简单得多，无需考虑CSRF:由于不再依赖cookie，采用令牌认证方法时不会发生CSRF，所以不需要考虑CSRF的防御。以上过程中token的具体实现方法是JWT，全称是JSON Web Token，官网地址是https://jwt.io/.

　　一般来说，JWT的本质就是一个字符串,将用户信息保存到一个Json字符串中，然后对其进行编码以获得一个并且这个JWT token带有签名信息，接收后可以校验是否被篡改, JWT令牌，它可以用来在各方之间安全地传输Json对象形式的信息。JW的认证流程如下：

　　首先，前端通过Web表单将其用户名和密码发送到后端的接口。这个过程通常是一个POST请求。建议的方法是使用SSL加密传输(HTTPS)来防止敏感信息被窃取。在后端成功检查用户名和密码后，将包含用户信息的数据作为JWT的Payload，将其与JWT Header分别进行Base64编码拼接后签名形成一个JWT令牌，它是一个类似lll.zzz.xxx的字符串。后端将JWT令牌字符串作为成功登录的结果返回给前端。前端可以将返回的结果保存在浏览器中，并在注销时删除保存的JWT令牌。前端在每次请求时将JWT Token放入HTTP请求头中的Authorization属性中(解决XSS和XSRF问题)后端检查前端传递的JWT令牌，并验证其有效性，如签名是否正确，是否过期，令牌的接收者是否是自己等。验证通过后，后端解析JWT令牌中包含的用户信息，执行其他逻辑操作(通常根据用户信息获取权限等。)，并返回结果。

JWT简介

　　00-1010我们知道HTTP本身是一种无状态的协议,这意味着如果

　　用户向我们的应用提供了用户名和密码来进行用户认证，认证通过后HTTP协议不会记录下认证后的状态，那么下一次请求时，用户还要再一次进行认证，因为根据HTTP协议，我们并不知道是哪个用户发出的请求，所以为了让我们的应用能识别是哪个用户发出的请求，我们只能在用户首次登录成功后，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，以便下次请求时发送给我们的应用，这样我们的应用就能识别请求来自哪个用户了，这是传统的基于session认证的过程

　　然而，传统的session认证有如下的问题：

　　每个用户的登录信息都会保存到服务器的session中，随着用户的增多，服务器开销会明显增大由于session是存在与服务器的物理内存中，所以在分布式系统中，这种方式将会失效。虽然可以将session统一保存到Redis中，但是这样做无疑增加了系统的复杂性，对于不需要redis的应用也会白白多引入一个缓存中间件对于非浏览器的客户端、手机移动端等不适用，因为session依赖于cookie，而移动端经常没有cookie因为session认证本质基于cookie，所以如果cookie被截获，用户很容易收到跨站请求伪造攻击。并且如果浏览器禁用了cookie，这种方式也会失效前后端分离系统中更加不适用，后端部署复杂，前端发送的请求往往经过多个中间件到达后端，cookie中关于session的信息会转发多次由于基于Cookie，而cookie无法跨域，所以session的认证也无法跨域，对单点登录不适用

2.2 JWT认证的优势

对比传统的session认证方式，JWT的优势是：

　　简洁：JWT Token数据量小，传输速度也很快因为JWT Token是以JSON加密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，也就是说不依赖于cookie和session，所以没有了传统session认证的弊端，特别适用于分布式微服务单点登录友好：使用Session进行身份认证的话，由于cookie无法跨域，难以实现单点登录。但是，使用token进行认证的话， token可以被保存在客户端的任意位置的内存中，不一定是cookie，所以不依赖cookie，不会存在这些问题适合移动端应用：使用Session进行身份认证的话，需要保存一份信息在服务器端，而且这种方式会依赖到Cookie（需要 Cookie 保存 SessionId），所以不适合移动端

因为这些优势，目前无论单体应用还是分布式应用，都更加推荐用JWT token的方式进行用户认证

 

　　

JWT结构

JWT由3部分组成：标头(Header)、有效载荷(Payload)和签名(Signature)。在传输的时候，会将JWT的3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

JWTString=Base64(Header).Base64(Payload).HMACSHA256(base64UrlEncode(header)+"."+base64UrlEncode(payload),secret)

1.Header

JWT头是一个描述JWT元数据的JSON对象，alg属性表示签名使用的算法，默认为HMAC SHA256（写为HS256）；typ属性表示令牌的类型，JWT令牌统一写为JWT。最后，使用Base64 URL算法将上述JSON对象转换为字符串保存

{ "alg": "HS256", "typ": "JWT"}

2.Payload

有效载荷部分，是JWT的主体内容部分，也是一个JSON对象，包含需要传递的数据。 JWT指定七个默认字段供选择

iss：发行人exp：到期时间sub：主题aud：用户nbf：在此之前不可用iat：发布时间jti：JWT ID用于标识该JWT

这些预定义的字段并不要求强制使用。除以上默认字段外，我们还可以自定义私有字段，一般会把包含用户信息的数据放到payload中，如下例：

{ "sub": "1234567890", "name": "Helen", "admin": true}

请注意，默认情况下JWT是未加密的，因为只是采用base64算法，拿到JWT字符串后可以转换回原本的JSON数据，任何人都可以解读其内容，因此不要构建隐私信息字段，比如用户的密码一定不能保存到JWT中，以防止信息泄露。JWT只是适合在网络中传输一些非敏感的信息

 

　　

3.Signature

签名哈希部分是对上面两部分数据签名，需要使用base64编码后的header和payload数据，通过指定的算法生成哈希，以确保数据不会被篡改。首先，需要指定一个密钥（secret）。该密码仅仅为保存在服务器中，并且不能向用户公开。然后，使用header中指定的签名算法（默认情况下为HMAC SHA256）根据以下公式生成签名

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

 

　　

在计算出签名哈希后，JWT头，有效载荷和签名哈希的三个部分组合成一个字符串，每个部分用.分隔，就构成整个JWT对象

注意JWT每部分的作用，在服务端接收到客户端发送过来的JWT token之后：

 

　　header和payload可以直接利用base64解码出原文，从header中获取哈希签名的算法，从payload中获取有效数据

signature由于使用了不可逆的加密算法，无法解码出原文，它的作用是校验token有没有被篡改。服务端获取header中的加密算法之后，利用该算法加上secretKey对header、payload进行加密，比对加密后的数据和客户端发送过来的是否一致。注意secretKey只能保存在服务端，而且对于不同的加密算法其含义有所不同，一般对于MD5类型的摘要加密算法，secretKey实际上代表的是盐值

JWT的种类

其实JWT(JSON Web Token)指的是一种规范，这种规范允许我们使用JWT在两个组织之间传递安全可靠的信息，JWT的具体实现可以分为以下几种：

　　nonsecure JWT：未经过签名，不安全的JWTJWS：经过签名的JWTJWE：payload部分经过加密的JWT

1.nonsecure JWT

未经过签名，不安全的JWT。其header部分没有指定签名算法

{ "alg": "none", "typ": "JWT"}

并且也没有Signature部分

2.JWS

JWS ，也就是JWT Signature，其结构就是在之前nonsecure JWT的基础上，在头部声明签名算法，并在最后添加上签名。创建签名，是保证jwt不能被他人随意篡改。我们通常使用的JWT一般都是JWS

　　为了完成签名，除了用到header信息和payload信息外，还需要算法的密钥，也就是secretKey。加密的算法一般有2类：

　　对称加密：secretKey指加密密钥，可以生成签名与验签非对称加密：secretKey指私钥，只用来生成签名，不能用来验签(验签用的是公钥)JWT的密钥或者密钥对，一般统一称为JSON Web Key，也就是JWK

　　到目前为止，jwt的签名算法有三种：

　　HMAC【哈希消息验证码(对称)】：HS256/HS384/HS512RSASSA【RSA签名算法(非对称)】（RS256/RS384/RS512）ECDSA【椭圆曲线数据签名算法(非对称)】（ES256/ES384/ES512）

Java中使用JWT

官网推荐了6个Java使用JWT的开源库，其中比较推荐使用的是java-jwt和jjwt-root

1.java-jwt

1.1 对称签名

首先引入依赖

<dependency> <groupId>com.auth0</groupId> <artifactId>java-jwt</artifactId> <version>3.10.3</version></dependency>

生成JWT的token

public class JWTTest { @Test public void testGenerateToken(){ // 指定token过期时间为10秒 Calendar calendar = Calendar.getInstance(); calendar.add(Calendar.SECOND, 10); String token = JWT.create() .withHeader(new HashMap<>()) // Header .withClaim("userId", 21) // Payload .withClaim("userName", "baobao") .withExpiresAt(calendar.getTime()) // 过期时间 .sign(Algorithm.HMAC256("!34ADAS")); // 签名用的secret System.out.println(token); }}

注意多次运行方法生成的token字符串内容是不一样的，尽管我们的payload信息没有变动。因为JWT中携带了超时时间，所以每次生成的token会不一样，我们利用base64解密工具可以发现payload确实携带了超时时间

 

　　

解析JWT字符串

@Testpublic void testResolveToken(){ // 创建解析对象，使用的算法和secret要与创建token时保持一致 JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.HMAC256("!34ADAS")).build(); // 解析指定的token DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify("eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VyTmFtZSI6ImJhb2JhbyIsImV4cCI6MTU5OTkyMjUyOCwidXNlcklkIjoyMX0.YhA3kh9KZOAb7om1C7o3vBhYp0f61mhQWWOoCrrhqvo"); // 获取解析后的token中的payload信息 Claim userId = decodedJWT.getClaim("userId"); Claim userName = decodedJWT.getClaim("userName"); System.out.println(userId.asInt()); System.out.println(userName.asString()); // 输出超时时间 System.out.println(decodedJWT.getExpiresAt());}

运行后发现报异常，原因是之前生成的token已经过期

　　再运行一次生成token的方法，然后在过期时间10秒之内将生成的字符串拷贝到解析方法中，运行解析方法即可成功

　　我们可以将上述方法封装成工具类

public class JWTUtils { // 签名密钥 private static final String SECRET = "!DAR$"; /** * 生成token * @param payload token携带的信息 * @return token字符串 */ public static String getToken(Map<String,String> payload){ // 指定token过期时间为7天 Calendar calendar = Calendar.getInstance(); calendar.add(Calendar.DATE, 7); JWTCreator.Builder builder = JWT.create(); // 构建payload payload.forEach((k,v) -> builder.withClaim(k,v)); // 指定过期时间和签名算法 String token = builder.withExpiresAt(calendar.getTime()).sign(Algorithm.HMAC256(SECRET)); return token; } /** * 解析token * @param token token字符串 * @return 解析后的token */ public static DecodedJWT decode(String token){ JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.HMAC256(SECRET)).build(); DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify(token); return decodedJWT; }}

1.2 非对称签名

生成jwt串的时候需要指定私钥，解析jwt串的时候需要指定公钥

private static final String RSA_PRIVATE_KEY = "...";private static final String RSA_PUBLIC_KEY = "...";/** * 生成token * @param payload token携带的信息 * @return token字符串 */public static String getTokenRsa(Map<String,String> payload){ // 指定token过期时间为7天 Calendar calendar = Calendar.getInstance(); calendar.add(Calendar.DATE, 7); JWTCreator.Builder builder = JWT.create(); // 构建payload payload.forEach((k,v) -> builder.withClaim(k,v)); // 利用hutool创建RSA RSA rsa = new RSA(RSA_PRIVATE_KEY, null); // 获取私钥 RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) rsa.getPrivateKey(); // 签名时传入私钥 String token = builder.withExpiresAt(calendar.getTime()).sign(Algorithm.RSA256(null, privateKey)); return token;}/** * 解析token * @param token token字符串 * @return 解析后的token */public static DecodedJWT decodeRsa(String token){ // 利用hutool创建RSA RSA rsa = new RSA(null, RSA_PUBLIC_KEY); // 获取RSA公钥 RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) rsa.getPublicKey(); // 验签时传入公钥 JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.RSA256(publicKey, null)).build(); DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify(token); return decodedJWT;}

2.jjwt-root

2.1 对称签名

引入依赖

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/io.jsonwebtoken/jjwt --><dependency> <groupId>io.jsonwebtoken</groupId> <artifactId>jjwt</artifactId> <version>0.9.1</version></dependency>

使用方法类似，可参考下列代码

public class JwtUtils { // token时效：24小时 public static final long EXPIRE = 1000 * 60 * 60 * 24; // 签名哈希的密钥，对于不同的加密算法来说含义不同 public static final String APP_SECRET = "ukc8BDbRigUDaY6pZFfWus2jZWLPHO"; /** * 根据用户id和昵称生成token * @param id 用户id * @param nickname 用户昵称 * @return JWT规则生成的token */ public static String getJwtToken(String id, String nickname){ String JwtToken = Jwts.builder() .setHeaderParam("typ", "JWT") .setHeaderParam("alg", "HS256") .setSubject("baobao-user") .setIssuedAt(new Date()) .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRE)) .claim("id", id) .claim("nickname", nickname) // HS256算法实际上就是MD5加盐值，此时APP_SECRET就代表盐值 .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, APP_SECRET) .compact(); return JwtToken; } /** * 判断token是否存在与有效 * @param jwtToken token字符串 * @return 如果token有效返回true，否则返回false */ public static boolean checkToken(String jwtToken) { if(StringUtils.isEmpty(jwtToken)) return false; try { Jwts.parser().setSigningKey(APP_SECRET).parseClaimsJws(jwtToken); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return false; } return true; } /** * 判断token是否存在与有效 * @param request Http请求对象 * @return 如果token有效返回true，否则返回false */ public static boolean checkToken(HttpServletRequest request) { try { // 从http请求头中获取token字符串 String jwtToken = request.getHeader("token"); if(StringUtils.isEmpty(jwtToken)) return false; Jwts.parser().setSigningKey(APP_SECRET).parseClaimsJws(jwtToken); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return false; } return true; } /** * 根据token获取会员id * @param request Http请求对象 * @return 解析token后获得的用户id */ public static String getMemberIdByJwtToken(HttpServletRequest request) { String jwtToken = request.getHeader("token"); if(StringUtils.isEmpty(jwtToken)) return ""; Jws<Claims> claimsJws = Jwts.parser().setSigningKey(APP_SECRET).parseClaimsJws(jwtToken); Claims claims = claimsJws.getBody(); return (String)claims.get("id"); }}

注意：

 

　　jjwt在0.10版本以后发生了较大变化，pom依赖要引入多个

　　

<dependency> <groupId>io.jsonwebtoken</groupId> <artifactId>jjwt-api</artifactId> <version>0.11.2</version></dependency><dependency> <groupId>io.jsonwebtoken</groupId> <artifactId>jjwt-impl</artifactId> <version>0.11.2</version> <scope>runtime</scope></dependency><dependency> <groupId>io.jsonwebtoken</groupId> <artifactId>jjwt-jackson</artifactId> <!-- or jjwt-gson if Gson is preferred --> <version>0.11.2</version> <scope>runtime</scope></dependency>

标准规范中对各种加密算法的secretKey的长度有如下要求：

　　HS256：要求至少 256 bits (32 bytes)HS384：要求至少384 bits (48 bytes)HS512：要求至少512 bits (64 bytes)RS256 and PS256：至少2048 bitsRS384 and PS384：至少3072 bitsRS512 and PS512：至少4096 bitsES256：至少256 bits (32 bytes)ES384：至少384 bits (48 bytes)ES512：至少512 bits (64 bytes)在jjwt0.10版本之前，没有强制要求，secretKey长度不满足要求时也可以签名成功。但是0.10版本后强制要求secretKey满足规范中的长度要求，否则生成jws时会抛出异常

　　新版本的jjwt中，之前的签名和验签方法都是传入密钥的字符串，已经过时。最新的方法需要传入Key对象

public class JwtUtils { // token时效：24小时 public static final long EXPIRE = 1000 * 60 * 60 * 24; // 签名哈希的密钥，对于不同的加密算法来说含义不同 public static final String APP_SECRET = "ukc8BDbRigUDaY6pZFfWus2jZWLPHOsdadasdasfdssfeweee"; /** * 根据用户id和昵称生成token * @param id 用户id * @param nickname 用户昵称 * @return JWT规则生成的token */ public static String getJwtToken(String id, String nickname){ String JwtToken = Jwts.builder() .setSubject("baobao-user") .setIssuedAt(new Date()) .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRE)) .claim("id", id) .claim("nickname", nickname) // 传入Key对象 .signWith(Keys.hmacShaKeyFor(APP_SECRET.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)), SignatureAlgorithm.HS256) .compact(); return JwtToken; } /** * 判断token是否存在与有效 * @param jwtToken token字符串 * @return 如果token有效返回true，否则返回false */ public static Jws<Claims> decode(String jwtToken) { // 传入Key对象 Jws<Claims> claimsJws = Jwts.parserBuilder().setSigningKey(Keys.hmacShaKeyFor(APP_SECRET.getBytes(StandardCharsets.UTF_8))).build().parseClaimsJws(jwtToken); return claimsJws; }}

2.2 非对称签名

生成jwt串的时候需要指定私钥，解析jwt串的时候需要指定公钥

private static final String RSA_PRIVATE_KEY = "...";private static final String RSA_PUBLIC_KEY = "...";/** * 根据用户id和昵称生成token * @param id 用户id * @param nickname 用户昵称 * @return JWT规则生成的token */public static String getJwtTokenRsa(String id, String nickname){ // 利用hutool创建RSA RSA rsa = new RSA(RSA_PRIVATE_KEY, null); RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) rsa.getPrivateKey(); String JwtToken = Jwts.builder() .setSubject("baobao-user") .setIssuedAt(new Date()) .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRE)) .claim("id", id) .claim("nickname", nickname) // 签名指定私钥 .signWith(privateKey, SignatureAlgorithm.RS256) .compact(); return JwtToken;}/** * 判断token是否存在与有效 * @param jwtToken token字符串 * @return 如果token有效返回true，否则返回false */public static Jws<Claims> decodeRsa(String jwtToken) { RSA rsa = new RSA(null, RSA_PUBLIC_KEY); RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) rsa.getPublicKey(); // 验签指定公钥 Jws<Claims> claimsJws = Jwts.parserBuilder().setSigningKey(publicKey).build().parseClaimsJws(jwtToken); return claimsJws;}

实际开发中的应用

在实际的SpringBoot项目中，一般我们可以用如下流程做登录：

　　在登录验证通过后，给用户生成一个对应的随机token(注意这个token不是指jwt，可以用uuid等算法生成)，然后将这个token作为key的一部分，用户信息作为value存入Redis，并设置过期时间，这个过期时间就是登录失效的时间将第1步中生成的随机token作为JWT的payload生成JWT字符串返回给前端前端之后每次请求都在请求头中的Authorization字段中携带JWT字符串后端定义一个拦截器，每次收到前端请求时，都先从请求头中的Authorization字段中取出JWT字符串并进行验证，验证通过后解析出payload中的随机token，然后再用这个随机token得到key，从Redis中获取用户信息，如果能获取到就说明用户已经登录

public class JWTInterceptor implements HandlerInterceptor { @Override public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception { String JWT = request.getHeader("Authorization"); try { // 1.校验JWT字符串 DecodedJWT decodedJWT = JWTUtils.decode(JWT); // 2.取出JWT字符串载荷中的随机token，从Redis中获取用户信息 ... return true; }catch (SignatureVerificationException e){ System.out.println("无效签名"); e.printStackTrace(); }catch (TokenExpiredException e){ System.out.println("token已经过期"); e.printStackTrace(); }catch (AlgorithmMismatchException e){ System.out.println("算法不一致"); e.printStackTrace(); }catch (Exception e){ System.out.println("token无效"); e.printStackTrace(); } return false; }}

在实际开发中需要用下列手段来增加JWT的安全性：

 

　　因为JWT是在请求头中传递的，所以为了避免网络劫持，推荐使用HTTPS来传输，更加安全

JWT的哈希签名的密钥是存放在服务端的，所以只要服务器不被攻破，理论上JWT是安全的。因此要保证服务器的安全

JWT可以使用暴力穷举来破解，所以为了应对这种破解方式，可以定期更换服务端的哈希签名密钥(相当于盐值)。这样可以保证等破解结果出来了，你的密钥也已经换了

到此这篇关于一文掌握JWT详解的文章就介绍到这了,更多相关JWT详解内容请搜索盛行IT以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持盛行IT！

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