使用NodeJS實現(xiàn)JWT(json web token)原理
JWT是json web token的簡稱，本文介紹它的原理，最后后端用nodejs自己實現(xiàn)如何為客戶端生成令牌token和校驗token
一 .為什么需要會話管理
我們用 nodejs 為前端或者其他服務(wù)提供 resful 接口時，http 協(xié)議他是一個無狀態(tài)的協(xié)議，有時候我們需要根據(jù)這個請求的上下獲取具體的用戶是否有權(quán)限，針對用戶的上下文進(jìn)行操作。所以出現(xiàn)了cookies session還有jwt這幾種技術(shù)的出現(xiàn)， 都是對HTTP協(xié)議的一個補充。使得我們可以用HTTP協(xié)議+狀態(tài)管理構(gòu)建一個的面向用戶的WEB應(yīng)用。
二 .Session 和 cookie
session 和 cookies 是有聯(lián)系的，session 就是服務(wù)端在客戶端 cookies 種下的session_id, 服務(wù)端保存session_id所對應(yīng)的當(dāng)前用戶所有的狀態(tài)信息。每次客戶端請求服務(wù)端都帶上cookies中的session_id, 服務(wù)端判斷是否有具體的用戶信息，如果沒有就去調(diào)整登錄。
cookies安全性不好，攻擊者可以通過獲取本地cookies進(jìn)行欺騙或者利用cookies進(jìn)行CSRF攻擊。
cookies在多個域名下，會存在跨域問題
session的信息是保存在服務(wù)端上面的，當(dāng)我們node.js在stke部署多臺機(jī)器的時候，需要解決共享session，所以引出來session持久化問題，所以session不支持分布式架構(gòu)，無法支持橫向擴(kuò)展，只能通過數(shù)據(jù)庫來保存會話數(shù)據(jù)實現(xiàn)共享。如果持久層失敗會出現(xiàn)認(rèn)證失敗。
三 .JWT的定義
jwt是json web token的全稱，他解決了session以上的問題，優(yōu)點是服務(wù)器不保存任何會話數(shù)據(jù)，即服務(wù)器變?yōu)闊o狀態(tài)，使其更容易擴(kuò)展，什么情況下使用jwt比較合適，我覺得就是授權(quán)這個場景，因為jwt使用起來輕便，開銷小，后端無狀態(tài)，所以使用比較廣泛。
四 .JWT的原理
JWT 的原理是，服務(wù)器認(rèn)證以后，生成一個 JSON 對象，發(fā)回給用戶，就像下面這樣。
- {
- "姓名": "張三",
- "角色": "管理員",
- "到期時間": "2018年7月1日0點0分"
- }
以后，用戶與服務(wù)端通信的時候，都要發(fā)回這個 JSON 對象。服務(wù)器完全只靠這個對象認(rèn)定用戶身份。為了防止用戶篡改數(shù)據(jù)，服務(wù)器在生成這個對象的時候，會加上簽名。
五 .JWT的認(rèn)證流程
JWT的流程說明：
- 瀏覽器發(fā)起請求登陸，攜帶用戶名和密碼;
- 服務(wù)端根據(jù)用戶名和明碼到數(shù)據(jù)庫驗證身份，根據(jù)算法，將用戶標(biāo)識符打包生成 token,
- 服務(wù)器返回JWT信息給瀏覽器，JWT不應(yīng)該包含敏感信息，這是很重要的一點
- 瀏覽器發(fā)起請求獲取用戶資料，把剛剛拿到的 token一起發(fā)送給服務(wù)器，一般放在header里面，字段為authorization
- 服務(wù)器發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中有 token，decode token的信息，然后再次簽名，驗明正身;
- 服務(wù)器返回該用戶的用戶資料;
- 服務(wù)器可以在payload設(shè)置過期時間， 如果過期了，可以讓客戶端重新發(fā)起驗證。
六 .JWT的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
JWT 包含了使用.風(fēng)格的三個部分，包含header（頭部）、Payload（荷載）以及 Signature（簽名）
Header 頭部
- {"alg": "HS256","typ": "JWT"}
- // algorithm => HMAC SHA256// type => JWT
這是固定的寫法，alg表面要用的是HS256算法
Payload 負(fù)載、載荷
JWT 規(guī)定了7個官方字段
- iss (issuer)：簽發(fā)人
- exp (expiration time)：過期時間
- sub (subject)：主題
- aud (audience)：受眾
- nbf (Not Before)：生效時間
- iat (Issued At)：簽發(fā)時間
- jti (JWT ID)：編號
除了這七個，可以自定義，比如過期時間
Signature 簽名
對前兩部分header和payload進(jìn)行簽名，防止數(shù)據(jù)篡改
- HMACSHA256(
- base64UrlEncode(header) + "." +
- base64UrlEncode(payload),
- secret)
secret是一段字符串，后端保存，需要注意的是 JWT 作為一個令牌 token，有些場合可能會放到 URL（比如 api.example.com/?token=xxx）。Base64 有三個字符+、/和=，在 URL 里面有特殊含義，所以要被替換掉：=被省略、+替換成-，/替換成_ 。這就是 Base64URL 算法。
七 .jwt使用方式
HTTP 請求的頭信息Authorization字段里面, Bearer也是規(guī)定好的
- Authorization: Bearer <token>
通過url傳輸（不推薦）
- http://www.xxx.com/pwa?token=xxxxx
如果是post請求也可以放在請求體中
八 .在koa項目中使用
可以使用現(xiàn)成庫，jwt-simple 或者 jsonwebtoken
- let Koa = require('koa');
- let Router = require('koa-router');
- let bodyparser = require('koa-bodyparser');
- let jwt = require('jwt-simple');
- let router = new Router()
- let app = new Koa();
- app.use(bodyparser());
- // 可以自己自定義
- let secret = 'zhenglei';
- // 驗證是否登陸
- router.post('/login',async(ctx)=>{
- let {username,password} = ctx.request.body;
- if(username === 'admin' && password === 'admin'){
- // 通常會查數(shù)據(jù)庫，這里簡單的演示
- let token = jwt.encode(username, secret);
- ctx.body = {
- code:200,
- username,
- token,
- }
- }
- });
- // 驗證是否有權(quán)限
- router.get('/validate',async(ctx)=>{
- let Authorization = ctx.get('authorization')
- let [,token] = Authorization.split(' ');
- if(token){
- try{
- let r = jwt.decode(token,secret);
- ctx.body = {
- code:200,
- username:r,
- token
- }
- }catch(e){
- ctx.body = {
- code:401,
- data:'沒有登陸'
- }
- }
- }else{
- ctx.body = {
- code:401,
- data:'沒有登陸'
- }
- }
- });
- app.use(router.routes());
- app.listen(4000);
- 實現(xiàn)兩個接口 一個是/login 驗證是否登錄，一個是 validate,驗證是否有權(quán)限
- 請求login接口的時候，客戶端帶username和password, 后端一般會查數(shù)據(jù)庫，驗證是否存在當(dāng)前用戶，如果存在則為username進(jìn)行簽名，千萬不要給password這些敏感信息也帶進(jìn)來簽名
- 客戶端接收后端給的token令牌，再請求其他接口，比如這個例子的/validate的時候，ajax請求的時候，可以在header指定authorization字段，后端拿到token進(jìn)行decode，然后將header和payload進(jìn)行再一次的簽名，如果前后的簽名一致，說明沒有被篡改過，則權(quán)限驗證通過。因為是同步的過程，所以可以用try catch來捕捉錯誤
九 .原理的實現(xiàn)
- sha256哈希算法，可以用nodejs的內(nèi)置加密模塊crypto, 生成base64字符串，要注意的是生成base64需要為+ - = 做一下替換，=被省略、+替換成-，/替換成_ 。這就是 Base64URL 算法。
- token令牌的組成是header, payload和sigin的通過.來組成
- base64urlUnescape 的解碼是固定寫法，decode出base64的內(nèi)容
- let myJwt = {
- sign(content,secret){
- let r = crypto.createHmac('sha256',secret).update(content).digest('base64');
- return this.base64urlEscape(r)
- },
- base64urlEscape(str){
- return str.replace(/\+/g, '-').replace(/\//g, '_').replace(/=/g, '');
- },
- toBase64(content){
- return this.base64urlEscape(Buffer.from(JSON.stringify(content)).toString('base64'))
- },
- encode(username,secret){
- let header = this.toBase64({ typ: 'JWT', alg: 'HS256' });
- let content = this.toBase64(username);
- let sign = this.sign([header,content].join('.'),secret);
- return [header,content,sign].join('.')
- },
- base64urlUnescape(str) {
- str += new Array(5 - str.length % 4).join('=');
- return str.replace(/\-/g, '+').replace(/_/g, '/');
- },
- decode(token,secret){
- let [header,content,sign] = token.split('.');
- let newSign = this.sign([header,content].join('.'),secret);
- if(sign === newSign){
- return Buffer.from(this.base64urlUnescape(content),'base64').toString();
- }else{
- throw new Error('被篡改')
- }
- }
- }
十 .JWT的優(yōu)缺點
- JWT默認(rèn)不加密，但可以加密。生成原始令牌后，可以使用改令牌再次對其進(jìn)行加密。
- 當(dāng)JWT未加密方法時，一些私密數(shù)據(jù)無法通過JWT傳輸。
- JWT不僅可用于認(rèn)證，還可用于信息交換。善用JWT有助于減少服務(wù)器請求數(shù)據(jù)庫的次數(shù)。
- JWT的最大缺點是服務(wù)器不保存會話狀態(tài)，所以在使用期間不可能取消令牌或更改令牌的權(quán)限。也就是說，一旦JWT簽發(fā)，在有效期內(nèi)將會一直有效
- JWT本身包含認(rèn)證信息，因此一旦信息泄露，任何人都可以獲得令牌的所有權(quán)限。為了減少盜用，JWT的有效期不宜設(shè)置太長。對于某些重要操作，用戶在使用時應(yīng)該每次都進(jìn)行進(jìn)行身份驗證。
- 為了減少盜用和竊取，JWT不建議使用HTTP協(xié)議來傳輸代碼，而是使用加密的HTTPS協(xié)議進(jìn)行傳輸。
