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快手二面:有了Cookie和Session 為什么還要JWT ?你說(shuō)一下JWT的原理?

開(kāi)發(fā) 前端
JWT(JSON Web Tokens)作為一種輕量級(jí)且靈活的身份驗(yàn)證和授權(quán)機(jī)制,在現(xiàn)代web服務(wù)及移動(dòng)應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用。它允許服務(wù)器端通過(guò)加密簽名的方式向客戶端發(fā)放安全的、自包含的令牌,這些令牌可以攜帶必要的用戶身份信息和權(quán)限聲明,而且由于其無(wú)需持久化存儲(chǔ)的特性,非常適合于微服務(wù)架構(gòu)下的無(wú)狀態(tài)通信場(chǎng)景。

引言

在業(yè)務(wù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中,用戶身份驗(yàn)證是保障系統(tǒng)服務(wù)安全性的基石。無(wú)論是社交網(wǎng)絡(luò)、電商平臺(tái)還是企業(yè)級(jí)應(yīng)用,都需要確保用戶的訪問(wèn)權(quán)限與行為與其真實(shí)身份相符。為了達(dá)到這一目的,我們通常采用了一系列技術(shù)手段來(lái)管理用戶會(huì)話并驗(yàn)證其身份,其中最常見(jiàn)的是Cookie和Session機(jī)制。但是,在近年來(lái)隨著微服務(wù)以及API驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的發(fā)展,JSON Web Tokens(JWT)作為一種輕量級(jí)的身份驗(yàn)證方案得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

那么,JWT究竟是什么?它的原理是如何運(yùn)作的?又為何在已有Cookie和Session的基礎(chǔ)上,仍需要引入JWT作為身份驗(yàn)證的一種新方法呢?

Cookie和Session

Cookie是什么?

Cookie是Web開(kāi)發(fā)中一種關(guān)鍵的客戶端存儲(chǔ)技術(shù),它是由Web服務(wù)器在用戶訪問(wèn)時(shí)生成并發(fā)送至用戶瀏覽器的微型數(shù)據(jù)包,以文本文件的形式儲(chǔ)存在用戶的設(shè)備上。瀏覽器根據(jù)HTTP協(xié)議的規(guī)定,在之后對(duì)同一服務(wù)器的所有請(qǐng)求中自動(dòng)附帶這些Cookie信息。

服務(wù)器通過(guò)在HTTP響應(yīng)頭中設(shè)置Set-Cookie字段,來(lái)指示瀏覽器保存具有特定名稱、值和其他配置參數(shù)(例如有效期、安全選項(xiàng)、路徑限制、域名限制等)的Cookie。這樣,每一個(gè)Cookie實(shí)質(zhì)上就是一對(duì)鍵值對(duì),幫助服務(wù)器識(shí)別和區(qū)分不同的用戶及其在網(wǎng)站上的交互歷史。

Cookie的一個(gè)核心應(yīng)用是在用戶身份驗(yàn)證和會(huì)話管理方面,它可存儲(chǔ)用戶的會(huì)話ID,使得用戶在不同頁(yè)面間切換或重新打開(kāi)網(wǎng)站時(shí),服務(wù)器能夠基于這個(gè)ID重建用戶的會(huì)話狀態(tài),實(shí)現(xiàn)無(wú)縫登錄和個(gè)性化體驗(yàn)。此外,Cookie還廣泛應(yīng)用于記錄用戶喜好、統(tǒng)計(jì)分析用戶行為、廣告定向投放等方面,以提升用戶體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。但是,由于Cookie可能涉及用戶隱私,現(xiàn)代瀏覽器和相關(guān)法規(guī)越來(lái)越重視對(duì)Cookie使用的透明度和用戶控制權(quán)。

Seeion是什么?

Session作為一種服務(wù)器端機(jī)制,旨在管理和維護(hù)用戶在其交互期間的狀態(tài)信息,這些信息被安全地存儲(chǔ)在服務(wù)器內(nèi)存或者持久化存儲(chǔ)(如數(shù)據(jù)庫(kù))中,與僅在客戶端存儲(chǔ)的Cookie形成了鮮明對(duì)比。每當(dāng)用戶開(kāi)始與服務(wù)器建立聯(lián)系時(shí),服務(wù)器會(huì)初始化一個(gè)新的Session對(duì)象,并將其狀態(tài)數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器內(nèi)部資源中。

一旦Session建立,服務(wù)器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的Session標(biāo)識(shí)符——Session ID,該ID隨后會(huì)通過(guò)HTTP響應(yīng)中的Cookie(通常命名規(guī)則包括但不限于JSESSIONID)下發(fā)至客戶端瀏覽器進(jìn)行存儲(chǔ)。此后,用戶的每一次請(qǐng)求都將攜帶著這個(gè)Session ID,服務(wù)器通過(guò)解析請(qǐng)求中的Session ID,能夠在自身的Session存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)檢索到相對(duì)應(yīng)的Session對(duì)象,從而實(shí)時(shí)獲取并更新用戶會(huì)話的具體狀態(tài)。

Session機(jī)制廣泛應(yīng)用在諸如認(rèn)證授權(quán)場(chǎng)景中,用來(lái)持久化登錄用戶的憑證和權(quán)限等敏感信息,確保用戶在瀏覽網(wǎng)站的不同頁(yè)面時(shí)仍能維持登錄狀態(tài)和個(gè)性化體驗(yàn)。此外,Session還能用于暫存用戶會(huì)話過(guò)程中的臨時(shí)數(shù)據(jù),比如購(gòu)物車(chē)的內(nèi)容、網(wǎng)頁(yè)表單填寫(xiě)的中間狀態(tài)等,直至?xí)捵匀唤K止(如超時(shí))、用戶主動(dòng)登出或清理Session時(shí),這些數(shù)據(jù)才會(huì)失效。

但是雖然Cookie和Session在會(huì)話管理中一直使用,但它們存在一些缺點(diǎn)如下:

  • Cookie數(shù)量和大小限制:瀏覽器對(duì)Cookie的數(shù)量和大小有限制,可能導(dǎo)致用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)受限。
  • 服務(wù)器資源占用:Session需要在服務(wù)器端存儲(chǔ)大量用戶會(huì)話信息,隨著并發(fā)用戶數(shù)的增長(zhǎng),可能會(huì)造成服務(wù)器內(nèi)存資源緊張。
  • 跨域問(wèn)題:Cookie默認(rèn)遵循同源策略,不便于跨域共享會(huì)話狀態(tài)。
  • 分布式系統(tǒng)中的Session同步:在分布式環(huán)境或集群部署的情況下,Session數(shù)據(jù)需要在各服務(wù)器之間同步,增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

為解決上述會(huì)話管理中的缺點(diǎn),以及對(duì)無(wú)狀態(tài)服務(wù)、更好的擴(kuò)展性和安全性要求,JWT這樣的新型身份驗(yàn)證技術(shù)就這樣誕生了。JWT通過(guò)將用戶信息加密打包成Token,讓客戶端自行攜帶認(rèn)證信息,從而實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器的無(wú)狀態(tài)化。

JWT是什么?

JSON Web Tokens (JWT) 是一種開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)(RFC 7519),定義了一種緊湊、自包含的方式來(lái)安全地在各方之間傳輸信息。JWT主要由三個(gè)部分組成,即Header(頭部)、Payload(載荷)和Signature(簽名),這三部分之間通過(guò).分隔。

JWT的組成JWT的組成

JWT的內(nèi)容采用Base64編碼,可以直接嵌入到HTTP請(qǐng)求頭或者URL查詢參數(shù)中,因其具有可讀性、自包含和防篡改的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用在身份驗(yàn)證和授權(quán)場(chǎng)景中。

Header

描述了所使用的JWT類型(通常為JWT)以及簽名算法(如HS256、RS256等)。

? typ: 表明這是一個(gè)JWT(固定為 "JWT")。

? alg: 指定用于簽署JWT的算法,如 "HS256"(HMAC SHA-256)或 "RS256"(RSA SHA-256)等。

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

Payload

包含了實(shí)際要傳遞的數(shù)據(jù),可以是任意的JSON對(duì)象,包含一組稱為聲明(claims)的數(shù)據(jù)。一般為用戶身份信息(如用戶ID、角色、權(quán)限等)和其他自定義聲明,還包含一個(gè)exp(Expiration Time)字段來(lái)設(shè)置JWT的有效期以及其他元數(shù)據(jù)。聲明分為三種類型:

  1. Registered Claims(注冊(cè)聲明) 這些是預(yù)先定義好的標(biāo)準(zhǔn)聲明,雖然不是必須的,但在JWT規(guī)范中建議使用。它們提供了一套通用的信息,有助于JWT的標(biāo)準(zhǔn)化處理。常見(jiàn)的注冊(cè)聲明包括:

? iss(issuer):簽發(fā)JWT的實(shí)體。

? sub(subject):JWT所面向的用戶或主題。

? aud(audience):預(yù)期接收J(rèn)WT的受眾。

? exp(expiration time):JWT過(guò)期時(shí)間,在此時(shí)間之后JWT應(yīng)被視為無(wú)效。

? nbf(not before):JWT生效時(shí)間之前,不應(yīng)被接受處理的時(shí)間點(diǎn)。

? iat(issued at):JWT的創(chuàng)建時(shí)間。

? jti(JWT ID):JWT的唯一標(biāo)識(shí)符,可用于防止重放攻擊。

2. Public Claims(公共聲明) 公共聲明是預(yù)留用于行業(yè)共識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)聲明,雖然目前并未正式注冊(cè)到IANA JSON Web Token Registry,但可以在IANA JSON Web Token Registry 查看已注冊(cè)的聲明集。如果沒(méi)有官方注冊(cè),但多個(gè)項(xiàng)目間需要共享相同的聲明,可以選擇將聲明名稱以特定前綴(如 urn:<namespace>:<name>)進(jìn)行命名,避免沖突。

3. Private Claims(私有聲明) 私有聲明是用于應(yīng)用內(nèi)部約定的自定義聲明,我們可以根據(jù)自己業(yè)務(wù)需求自由定義。例如,可以包含用戶ID (userId)、用戶角色 (role)、郵箱地址 (email) 等任何想要在JWT中傳遞的信息。

示例:

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true,
  "iat": 1516239022,
  "jti": "1pmysetgujcoden",
  "exp": 1516242622,
  "scope": [
    "read",
    "write"
  ]
}

Payload部分默認(rèn)是不加密的,一定不要將隱私信息存放在 Payload 當(dāng)中?。?!

Signature

Signature部分用于確保JWT在傳輸過(guò)程中沒(méi)有被篡改,它是通過(guò)對(duì)前兩部分(Header和Payload編碼后的字符串)使用Header中指定的加密算法以及一個(gè)共享或私有的密鑰進(jìn)行簽名計(jì)算得到的。簽名確保了只有知道該密鑰的實(shí)體才能創(chuàng)建有效的JWT,并且任何人都可以驗(yàn)證JWT的完整性和來(lái)源的真實(shí)性。

生成簽名的計(jì)算公式如下:

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

算出簽名以后,把Header、Payload、Signature 三個(gè)部分拼成一個(gè)字符串,每個(gè)部分之間用"點(diǎn)"(.)分隔,這個(gè)字符串就是JWT 。

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWUsImlhdCI6MTUxNjIzOTAyMiwianRpIjoiMXBteXNldGd1amNvZGVuIiwiZXhwIjoxNTE2MjQyNjIyLCJzY29wZSI6WyJyZWFkIiwid3JpdGUiXX0.eW91cmUtYXV0aG9yaXphdGlvbi1zaWduYXR1cmU=

對(duì)于這段字符串,我們?cè)贘WT官網(wǎng)中,使用它的解碼器進(jìn)行解碼,就可以得到Header、Payload、Signature這三部分。

圖片圖片

如何基于JWT進(jìn)行身份驗(yàn)證?

JWT生成

服務(wù)器首先構(gòu)建JWT的Header和Payload,并分別進(jìn)行Base64編碼。使用Header中指定的簽名算法(比如HMAC SHA-256或RSA)對(duì)編碼后的Header和Payload進(jìn)行簽名,生成Signature。將Header、Payload和Signature連接在一起,形成完整的JWT字符串。

JWT發(fā)放

用戶通過(guò)用戶名/密碼登錄后,服務(wù)器驗(yàn)證用戶身份無(wú)誤,便生成JWT并將其返回給客戶端。客戶端可以將JWT存儲(chǔ)在瀏覽器的LocalStorage、SessionStorage中,或者作為Bearer Token放在Authorization請(qǐng)求頭中。

這里需要注意,將JWT存儲(chǔ)在瀏覽器的localStorage中,相較于存儲(chǔ)在Cookie中,可以降低CSRF(跨站請(qǐng)求偽造)的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)镃SRF攻擊依賴于瀏覽器自動(dòng)附帶在請(qǐng)求中的Cookie,而localStorage中的數(shù)據(jù)不會(huì)自動(dòng)包含在普通的HTTP請(qǐng)求頭部。

至于攜帶JWT的方式,建議將JWT放在HTTP Header的Authorization字段中,采用Bearer Token的形式:

Authorization: Bearer <JWT>

這種做法允許在無(wú)狀態(tài)的RESTful API中方便地進(jìn)行身份驗(yàn)證,服務(wù)器可以根據(jù)請(qǐng)求頭中的JWT來(lái)驗(yàn)證請(qǐng)求發(fā)起者的身份和權(quán)限。同時(shí),這種方式也便于實(shí)現(xiàn)JWT的刷新與撤銷。

JWT使用

在后續(xù)的請(qǐng)求中,客戶端將JWT隨HTTP請(qǐng)求一起發(fā)送給服務(wù)器。服務(wù)器接收到JWT后,對(duì)其進(jìn)行解碼和驗(yàn)證Signature,如果Signature正確,則說(shuō)明JWT未被篡改,并且仍處于有效期內(nèi)。根據(jù)Payload中的信息,服務(wù)器可以確定用戶身份以及相關(guān)權(quán)限,從而做出相應(yīng)處理。

JWT過(guò)期與刷新

JWT有一定的生命周期,過(guò)了指定的exp字段時(shí)間后,服務(wù)器不再接受該JWT。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間交互的場(chǎng)景,可以設(shè)計(jì)Refresh Token機(jī)制,當(dāng)JWT即將過(guò)期時(shí),客戶端使用Refresh Token去服務(wù)器申請(qǐng)新的JWT,以延長(zhǎng)用戶會(huì)話的有效期。

圖片圖片

JWT安全性

JWT如何防止被篡改?

JWT通過(guò)簽名(Signature)來(lái)防止被篡改。數(shù)字簽名的機(jī)制確保了JWT的內(nèi)容一旦被篡改,服務(wù)端就能檢測(cè)出來(lái),從而拒絕非法的請(qǐng)求。

當(dāng)客戶端帶著JWT向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求時(shí),服務(wù)器會(huì)先將接收到的JWT按.分割成Header、Payload和Signature三部分。服務(wù)器使用與生成簽名時(shí)相同的密鑰和算法,根據(jù)接收到的Header和Payload重新計(jì)算簽名。如果重新計(jì)算出的簽名與接收到的Signature一致,那么可以認(rèn)為JWT在傳輸過(guò)程中未被篡改;如果不一致,則說(shuō)明JWT已被篡改。

當(dāng)然,JWT通過(guò)這種方式防止被篡改的一個(gè)大前提就是,秘鑰(Secret Key)是安全的,如果秘鑰泄漏,那就可以更改Header、Payload,然后利用這個(gè)秘鑰生成一個(gè)Signature就可以了,那么就不安全了。所以,我們一定要確保服務(wù)端使用的密鑰是安全的,并且嚴(yán)格保密,不對(duì)外泄露。

如何加強(qiáng)JWT的安全性?

作為使用者,防止JWT被篡改的主要措施并不直接體現(xiàn)在客戶端的操作上,而是依賴于服務(wù)端的安全設(shè)計(jì)和實(shí)施。我們可以通過(guò)以下方面考慮,加強(qiáng)JWT的安全性:

1. 服務(wù)端安全策略:首先我們必須確保服務(wù)端使用的密鑰是安全的,并且嚴(yán)格保密,不對(duì)外泄露。密鑰用于簽署和驗(yàn)證JWT,一旦密鑰泄露,可能導(dǎo)致JWT被偽造或篡改。并且還要采用安全強(qiáng)度足夠高的簽名算法,例如HS256、RS256等,這些算法能有效地確保JWT的完整性。

2. 正確的簽名流程:確保所有簽發(fā)的JWT都經(jīng)過(guò)服務(wù)器端簽名,并且每次驗(yàn)證JWT時(shí)都要使用相同的密鑰和算法進(jìn)行驗(yàn)證。

3. 設(shè)置合理的Token有效期:設(shè)置JWT的有效期(exp claim)限制,避免JWT長(zhǎng)時(shí)間有效,減少惡意攻擊者篡改JWT后繼續(xù)使用的機(jī)會(huì)。

4. 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳矸蒡?yàn)證邏輯:在服務(wù)端驗(yàn)證JWT時(shí),除了驗(yàn)證簽名之外,還應(yīng)對(duì)Payload中的其他重要聲明(如用戶ID、權(quán)限、過(guò)期時(shí)間等)進(jìn)行校驗(yàn)。

5. 客戶端存儲(chǔ)方式:盡管JWT被篡改的風(fēng)險(xiǎn)主要集中在網(wǎng)絡(luò)傳輸階段,但在客戶端存儲(chǔ)JWT時(shí),推薦使用localStorage而非Cookie(尤其是考慮到防止CSRF攻擊),同時(shí)也可以考慮對(duì)敏感信息加密存儲(chǔ)。

JWT相較于Cookie和Session的優(yōu)缺點(diǎn)

JWT的優(yōu)點(diǎn)

JWT是無(wú)狀態(tài)的,這樣服務(wù)器不需要存儲(chǔ)會(huì)話狀態(tài)信息,減輕了服務(wù)器端的存儲(chǔ)負(fù)擔(dān),在分布式環(huán)境下使用JWT可以在集群內(nèi)的任何節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證,無(wú)需保持會(huì)話狀態(tài)同步,JWT還可以輕易地在不同域名的服務(wù)之間傳遞,適用于微服務(wù)架構(gòu)和跨域應(yīng)用。因?yàn)樗怂斜匾挠脩粜畔?,所以在服?wù)間跳轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)需再次驗(yàn)證用戶身份,每個(gè)請(qǐng)求都包含了認(rèn)證所需要的所有信息,減少了服務(wù)器查詢數(shù)據(jù)庫(kù)或存儲(chǔ)服務(wù)以驗(yàn)證用戶狀態(tài)的次數(shù),從而提高了效率。

JWT的缺點(diǎn)

JWT中的數(shù)據(jù)默認(rèn)情況下是Base64編碼的,雖然可以加密但并非強(qiáng)制要求,這使得在不加密的情況下,JWT不適合存儲(chǔ)敏感信息。相比而言,Session存儲(chǔ)在服務(wù)器端,安全性更高。如果JWT被盜取,黑客可以在有效期內(nèi)持續(xù)使用,直到token過(guò)期或被撤銷。另外JWT的體積相對(duì)較大,特別是當(dāng)包含更多信息時(shí)。每次HTTP請(qǐng)求都需要攜帶JWT,可能會(huì)增加請(qǐng)求頭的大小,尤其是在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,可能會(huì)對(duì)帶寬和流量有較大影響。并且由于JWT自帶有效期,當(dāng)用戶登出時(shí),由于JWT無(wú)法立即失效,所以只要JWT發(fā)放出去,除非在服務(wù)器端維護(hù)黑名單或使用可撤銷的Token機(jī)制(如JWT ID Token配合OpenID Connect協(xié)議),否則無(wú)法立即廢棄或更改Token中的權(quán)限信息。

JWT應(yīng)用場(chǎng)景

? 身份驗(yàn)證:JWT通常用于用戶登錄認(rèn)證,服務(wù)器在驗(yàn)證用戶憑據(jù)成功后,生成一個(gè)帶有用戶特定信息和過(guò)期時(shí)間的JWT,客戶端收到后,在后續(xù)請(qǐng)求中將其作為憑證發(fā)送給服務(wù)器,服務(wù)器僅需驗(yàn)證JWT的簽名即可確認(rèn)用戶身份,無(wú)需持久化存儲(chǔ)會(huì)話信息。

? 授權(quán):JWT可以攜帶權(quán)限聲明,服務(wù)器通過(guò)解析JWT中的聲明,決定用戶是否有權(quán)訪問(wèn)特定資源或執(zhí)行某些操作。

? 單點(diǎn)登錄(SSO):由于JWT可以跨域使用,因此在多個(gè)子系統(tǒng)間輕松實(shí)現(xiàn)SSO功能,用戶在一個(gè)系統(tǒng)登錄后,其JWT可在多個(gè)系統(tǒng)間傳遞,實(shí)現(xiàn)無(wú)縫登錄體驗(yàn)。

在高并發(fā)、分布式、跨域及移動(dòng)端場(chǎng)景下,JWT常因其實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)潔性和高效性而得到青睞,而在注重?cái)?shù)據(jù)安全性、復(fù)雜會(huì)話管理和易控制的場(chǎng)景下,Session可能會(huì)是更好的選擇。同時(shí),很多現(xiàn)代應(yīng)用采用了混合策略,結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)來(lái)優(yōu)化用戶體驗(yàn)和系統(tǒng)安全性。

如何使用JWT?

在實(shí)際開(kāi)發(fā)中,我們可以使用Spring Boot框架結(jié)合JWT來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶身份驗(yàn)證。我們來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的示例。

我們引入JWT的依賴包:

<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
    <artifactId>jjwt</artifactId>
    <version>0.12.4</version>
</dependency>

創(chuàng)建JWT工具類

創(chuàng)建一個(gè)JWT工具類,用于生成和驗(yàn)證JWT令牌。這個(gè)類通常會(huì)包含生成JWT、解析JWT以及提取其中載荷信息的方法。

import io.jsonwebtoken.*;
import io.jsonwebtoken.security.Keys;
import io.jsonwebtoken.security.SecureDigestAlgorithm;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.security.core.Authentication;
import org.springframework.security.core.userdetails.User;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.crypto.SecretKey;
import java.util.Date;

/**
 * @version 1.0
 * @description: <p></p >
 * @author: 碼農(nóng)Academy
 * @create: 2024/4/18 14:39
 */
@Component
public class JwtTokenUtil {

    @Value("${security.jwt.token.secret-key}")
    private String secretKey;

    /**過(guò)期時(shí)間*/
    private static final long VALIDITY_IN_MILLISECONDS = 3600000; // 1h

    /**
     * 生成JWT
     * @param authentication 當(dāng)前登陸用戶信息
     * @return JWT
     */
    public String generateToken(Authentication authentication) {
        User user = (User) authentication.getPrincipal();
        Date now = new Date();
        // 設(shè)置過(guò)期時(shí)間
        Date expiryDate = new Date(now.getTime() + VALIDITY_IN_MILLISECONDS);
        //指定加密算法
        SecureDigestAlgorithm<SecretKey, SecretKey> algorithm = Jwts.SIG.HS256;
        //密鑰實(shí)例
        SecretKey key = Keys.hmacShaKeyFor(secretKey.getBytes());
        return Jwts.builder()
                .subject(user.getUsername())
                .signWith(key, algorithm) //設(shè)置簽名使用的簽名算法和簽名使用的秘鑰
                .expiration(expiryDate) //設(shè)置過(guò)期時(shí)間
                .claim("username", user.getUsername()) //設(shè)置自定義負(fù)載信息
                .compact();
    }


    /**
     * 驗(yàn)證JWT
     * @param authToken
     * @return
     */
    public boolean validateToken(String authToken) {
        try {
            Jws<Claims> claimsJws = parseJWT(authToken);
            claimsJws.getPayload();
            return true;
        } catch (MalformedJwtException | ExpiredJwtException | UnsupportedJwtException | IllegalArgumentException e) {
            return false;
        }
    }

    /**
     * 解析jwt
     * @param authToken 登陸token
     * @return
     */
    public Jws<Claims> parseJWT(String authToken){
        //密鑰實(shí)例
        SecretKey key = Keys.hmacShaKeyFor(secretKey.getBytes());
        return Jwts.parser()
                .verifyWith(key)  //設(shè)置簽名的密鑰
                .build()
                .parseSignedClaims(authToken); //設(shè)置要解析的jwt
    }

    /**
     * 從JWT中獲取用戶名
     * @param token
     * @return
     */
    public String getUsernameFromToken(String token) {
        Jws<Claims> claimsJws = parseJWT(token);
        return (String) claimsJws.getPayload().get("username", String.class);
    }
}

實(shí)現(xiàn)JWT過(guò)濾器

創(chuàng)建一個(gè)自定義的JWT過(guò)濾器,它負(fù)責(zé)檢查每個(gè)請(qǐng)求的Authorization header中的Bearer Token,并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證成功后,創(chuàng)建一個(gè)Authentication對(duì)象,并將其置于SecurityContext中。

import com.springboot.base.jwt.util.JwtTokenUtil;
import org.springframework.security.authentication.AbstractAuthenticationToken;
import org.springframework.security.authentication.UsernamePasswordAuthenticationToken;
import org.springframework.security.core.GrantedAuthority;
import org.springframework.security.core.authority.SimpleGrantedAuthority;
import org.springframework.security.core.context.SecurityContextHolder;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetails;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetailsService;
import org.springframework.security.web.authentication.WebAuthenticationDetailsSource;
import org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter;

import javax.servlet.FilterChain;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

/**
 * @version 1.0
 * @description: <p></p >
 * @author: 碼農(nóng)Academy
 * @create: 2024/4/18 16:15
 */
public class JwtAuthenticationFilter extends OncePerRequestFilter {

    private final UserDetailsService userDetailsService;
    private final JwtTokenUtil jwtTokenUtil;

    private static final String BEARER_PREFIX = "Bearer ";

     public JwtAuthenticationFilter(UserDetailsService userDetailsService, JwtTokenUtil jwtTokenUtil) {
          this.userDetailsService = userDetailsService;
          this.jwtTokenUtil = jwtTokenUtil;
     }

    @Override
    protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain filterChain) throws ServletException, IOException {
        String jwtToken = getTokenFromRequest(request);
        if (jwtToken != null && jwtTokenUtil.validateToken(jwtToken)) {
            String username = jwtTokenUtil.getUsernameFromToken(jwtToken);
            UserDetails userDetails = userDetailsService.loadUserByUsername(username);
            // 用于權(quán)限校驗(yàn)
            List<GrantedAuthority> authorities = userDetails.getAuthorities().stream()
                    .map(authority -> new SimpleGrantedAuthority(authority.getAuthority()))
                    .collect(Collectors.toList());

            AbstractAuthenticationToken authentication = new UsernamePasswordAuthenticationToken(
                    userDetails, null, authorities
            );
            authentication.setDetails(new WebAuthenticationDetailsSource().buildDetails(request));

            SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication);
        }else {
            // 如果出現(xiàn)異常,可能是無(wú)效的Token,此處可記錄日志或做其他處理
            System.out.println("沒(méi)有登陸。。。。。。");
        }

        filterChain.doFilter(request, response);
    }

    private String getTokenFromRequest(HttpServletRequest request) {
        String authHeader = request.getHeader("Authorization");
        if (authHeader != null && authHeader.startsWith(BEARER_PREFIX)) {
            return authHeader.replace(BEARER_PREFIX, "");
        }
        return null;
    }
}

配置Spring Security

配置Spring Security以支持JWT身份驗(yàn)證。這通常涉及編寫(xiě)自定義的JWT過(guò)濾器,用于攔截請(qǐng)求并在請(qǐng)求頭中提取JWT令牌進(jìn)行驗(yàn)證。過(guò)濾器會(huì)在驗(yàn)證通過(guò)后將用戶信息填充到Spring Security的上下文中。

import com.springboot.base.jwt.filter.JwtAuthenticationFilter;
import com.springboot.base.jwt.util.JwtTokenUtil;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.security.authentication.AuthenticationManager;
import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.HttpSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.EnableWebSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.WebSecurityConfigurerAdapter;
import org.springframework.security.config.http.SessionCreationPolicy;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetailsService;
import org.springframework.security.crypto.bcrypt.BCryptPasswordEncoder;
import org.springframework.security.crypto.password.PasswordEncoder;
import org.springframework.security.web.authentication.UsernamePasswordAuthenticationFilter;

/**
 * @version 1.0
 * @description: <p></p >
 * @author: 碼農(nóng)Academy
 * @create: 2024/4/18 16:11
 */
@Configuration
@EnableWebSecurity
public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    @Autowired
    private JwtTokenUtil jwtTokenUtil;

    @Autowired
    private UserDetailsService userDetailsService;

    @Override
    public void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.csrf().disable()
                .authorizeRequests((requests) -> requests
                        .antMatchers("/user/login").permitAll() // 登錄接口公開(kāi)
                        .anyRequest().authenticated() // 其他接口需要驗(yàn)證
                )
                .addFilterBefore(new JwtAuthenticationFilter(userDetailsService, jwtTokenUtil), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class) // 添加JWT過(guò)濾器
                .sessionManagement((session) -> session.sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS)); // 關(guān)閉Session管理
    }

    @Override
    @Bean
    public AuthenticationManager authenticationManagerBean() throws Exception {
        return super.authenticationManagerBean();
    }

    @Bean
    public PasswordEncoder passwordEncoder() {
        return new BCryptPasswordEncoder();
    }
}

在實(shí)現(xiàn)Spring Security的UserDetailsService的接口,用于登陸時(shí)查詢用戶信息,構(gòu)造Spring Security的User信息。

import com.springboot.base.jwt.login.RoleEntity;
import com.springboot.base.jwt.login.UserEntity;
import com.springboot.base.jwt.repository.UserRepository;
import org.springframework.security.core.GrantedAuthority;
import org.springframework.security.core.authority.SimpleGrantedAuthority;
import org.springframework.security.core.userdetails.User;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetails;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetailsService;
import org.springframework.security.core.userdetails.UsernameNotFoundException;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.Collection;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

/**
 * @version 1.0
 * @description: <p></p >
 * @author: 碼農(nóng)Academy
 * @create: 2024/4/18 16:22
 */
@Service
public class UserDetailsServiceImpl implements UserDetailsService {

    private final UserRepository userRepository;

    public UserDetailsServiceImpl(UserRepository userRepository) {
        this.userRepository = userRepository;
    }

    @Override
    public UserDetails loadUserByUsername(String username) {
        // 根據(jù)用戶名查詢用戶實(shí)體
        UserEntity userEntity = userRepository.findByUserName(username);

        // 如果用戶不存在,則拋出異常
        if (userEntity == null) {
            throw new UsernameNotFoundException("User not found with username: " + username);
        }

        // 將用戶實(shí)體轉(zhuǎn)換為Spring Security可識(shí)別的UserDetails對(duì)象
        User user = new User(userEntity.getUserName(),
                userEntity.getPassword(), // 注意:此處假設(shè)password字段是已經(jīng)經(jīng)過(guò)加密處理過(guò)的
                userEntity.getEnabled(),
                true, true, true,
                getAuthorities(userEntity.getRoleList()) // 獲取用戶的角色并轉(zhuǎn)換為GrantedAuthority列表
        );
        System.out.println(user.getPassword());
        return user;
    }

    private Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities(List<RoleEntity> roles) {
        return roles.stream()
                .map(role -> new SimpleGrantedAuthority(role.getRoleCode()))
                .collect(Collectors.toList());
    }
}

上述使用Spring Security,如果有疑問(wèn)的東西可以去查一下Spring Security的工作原理。

登陸接口

我們?cè)诙x一個(gè)登陸接口,登陸成功后返回jwt生成的token。

import com.springboot.base.jwt.request.LoginRequest;
import com.springboot.base.jwt.response.JwtResponse;
import com.springboot.base.jwt.util.JwtTokenUtil;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.http.HttpStatus;
import org.springframework.http.ResponseEntity;
import org.springframework.security.authentication.AuthenticationManager;
import org.springframework.security.authentication.BadCredentialsException;
import org.springframework.security.authentication.DisabledException;
import org.springframework.security.authentication.UsernamePasswordAuthenticationToken;
import org.springframework.security.core.Authentication;
import org.springframework.security.core.AuthenticationException;
import org.springframework.security.core.context.SecurityContextHolder;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

/**
 * @version 1.0
 * @description: <p></p >
 * @author: 碼農(nóng)Academy
 * @create: 2024/4/18 17:31
 */
@RestController
@RequestMapping("/user")
public class LoginController {

    @Autowired
    private JwtTokenUtil jwtTokenUtil;

    @Autowired
    private AuthenticationManager authenticationManager;

    @PostMapping("/login")
    public ResponseEntity<?> createAuthenticationToken(@RequestBody LoginRequest loginRequest) throws Exception {
        // 創(chuàng)建基于用戶名密碼的Authentication請(qǐng)求對(duì)象
        UsernamePasswordAuthenticationToken authToken = new UsernamePasswordAuthenticationToken(
                loginRequest.getUserName(),
                loginRequest.getPassword()
        );

        try {
            // 使用AuthenticationManager進(jìn)行身份驗(yàn)證
            Authentication authentication = authenticationManager.authenticate(authToken);

            // 如果身份驗(yàn)證成功,SecurityContextHolder會(huì)存儲(chǔ)該Authentication對(duì)象
            SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication);

            // 生成JWT Token或其他形式的授權(quán)憑證
            String token = jwtTokenUtil.generateToken(authentication);

            // 返回帶有Token的響應(yīng)
            return ResponseEntity.ok(new JwtResponse(token));

        } catch (BadCredentialsException ex) {
            // 處理用戶名/密碼不正確等錯(cuò)誤情況
            System.out.println("密碼不正確");
            return ResponseEntity.status(HttpStatus.UNAUTHORIZED).body("Invalid credentials");
        } catch (DisabledException ex) {
            // 處理賬戶被禁用等情況
            System.out.println("處理賬戶被禁用");
            return ResponseEntity.status(HttpStatus.FORBIDDEN).body("Account is disabled");
        } catch (AuthenticationException e) {
            System.out.println("Authentication failed");
            // 其他身份驗(yàn)證異常
            return ResponseEntity.status(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR).body("Authentication failed");
        }
    }

}
import com.fasterxml.jackson.annotation.JsonCreator;
import lombok.Data;

/**
 * @version 1.0
 * @description: <p></p >
 * @author: 碼農(nóng)Academy
 * @create: 2024/4/18 18:59
 */
@Data
public class JwtResponse {

    private String token;
    private String type = "Bearer";

    public JwtResponse(String token) {
        this.token = token;
    }

    @JsonCreator
    public static JwtResponse of(String token) {
        return new JwtResponse(token);
    }
}

我們模擬一下登陸發(fā)起請(qǐng)求:

登陸成功,返回token。

給一個(gè)錯(cuò)誤密碼,登陸失?。?/p>

我們將token設(shè)置到Authorization中,發(fā)起其他業(yè)務(wù)請(qǐng)求:

接口請(qǐng)求成功。

我們改變一下token值,在發(fā)起請(qǐng)求:

后臺(tái)打印token校驗(yàn)失敗,即未登錄。

結(jié)論

JWT(JSON Web Tokens)作為一種輕量級(jí)且靈活的身份驗(yàn)證和授權(quán)機(jī)制,在現(xiàn)代web服務(wù)及移動(dòng)應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用。它允許服務(wù)器端通過(guò)加密簽名的方式向客戶端發(fā)放安全的、自包含的令牌,這些令牌可以攜帶必要的用戶身份信息和權(quán)限聲明,而且由于其無(wú)需持久化存儲(chǔ)的特性,非常適合于微服務(wù)架構(gòu)下的無(wú)狀態(tài)通信場(chǎng)景。

總結(jié)起來(lái),采用JWT進(jìn)行身份驗(yàn)證具有以下優(yōu)點(diǎn):

? 安全性: 通過(guò)密鑰簽名保證令牌的安全性,防止篡改。

? 高效性: 狀態(tài)less設(shè)計(jì)減少了服務(wù)器端存儲(chǔ)負(fù)擔(dān),提升了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和響應(yīng)速度。

? 跨域友好: JWT可輕松應(yīng)用于多個(gè)域名或子系統(tǒng)間的認(rèn)證需求。

? 自包含性: 令牌自身攜帶了足夠的用戶信息,減輕了服務(wù)器端查詢數(shù)據(jù)庫(kù)的頻率。

? 有效期可控: 可以在JWT中設(shè)置過(guò)期時(shí)間,從而控制用戶的登錄會(huì)話持續(xù)時(shí)間。

不過(guò)需要注意的是,JWT并非適用于所有場(chǎng)景,尤其是在敏感數(shù)據(jù)的處理上,因?yàn)橐坏┝钆票唤孬@,黑客們?cè)谟行趦?nèi)可以持續(xù)使用。因此,在實(shí)施JWT方案時(shí),應(yīng)充分考慮其適用范圍,并配合合適的刷新策略、黑名單機(jī)制以及其他安全措施,確保系統(tǒng)的整體安全性和用戶體驗(yàn)。

責(zé)任編輯:武曉燕 來(lái)源: 碼農(nóng)Academy
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Python工具元組

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MongoDBMySQL

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開(kāi)發(fā)注解Spring

2015-09-01 09:28:55

calayeruiview區(qū)別

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