JavaWeb—基于Token的身份验证

2023-07-17 21:42:46

传统身份验证的方法

HTTP Basic Auth

HTTP Basic Auth简单点说明就是每次请求API时都提供用户的username和password，简言之，Basic Auth是配合RESTful API 使用的最简单的认证方式，只需提供用户名密码即可，但由于有把用户名密码暴露给第三方客户端的风险，在生产环境下被使用的越来越少。因此，在开发对外开放的RESTful API时，尽量避免采用HTTP Basic Auth。

OAuth

OAuth（开放授权）是一个开放的授权标准，允许用户让第三方应用访问该用户在某一web服务上存储的私密的资源（如照片，视频，联系人列表），而无需将用户名和密码提供给第三方应用。

OAuth允许用户提供一个令牌，而不是用户名和密码来访问他们存放在特定服务提供者的数据。每一个令牌授权一个特定的第三方系统（例如，视频编辑网站)在特定的时段（例如，接下来的2小时内）内访问特定的资源（例如仅仅是某一相册中的视频）。这样，OAuth让用户可以授权第三方网站访问他们存储在另外服务提供者的某些特定信息，而非所有内容
下面是OAuth2.0的流程：

这种基于OAuth的认证机制适用于个人消费者类的互联网产品，如社交类APP等应用，但是不太适合拥有自有认证权限管理的企业应用。

Cookie Auth

Cookie认证机制就是为一次请求认证在服务端创建一个Session对象，同时在客户端的浏览器端创建了一个Cookie对象；通过客户端带上来Cookie对象来与服务器端的session对象匹配来实现状态管理的。默认的，当我们关闭浏览器的时候，cookie会被删除。但可以通过修改cookie 的expire time使cookie在一定时间内有效。

基于 Token 的身份验证方法

使用基于 Token 的身份验证方法，大概的流程是这样的：

客户端使用用户名跟密码请求登录
服务端收到请求，去验证用户名与密码
验证成功后，服务端会签发一个 Token然后保存（缓存或者数据库），再把这个 Token 发送给客户端
客户端收到 Token 以后可以把它存储起来，比如放在 Cookie 里或者 Local Storage 里
客户端每次向服务端请求资源的时候需要带着服务端签发的 Token
服务端收到请求，然后去验证客户端请求里面带着的 Token，如果验证成功，就向客户端返回请求的数据

Token机制相对于Cookie机制又有什么好处呢？

支持跨域访问: Cookie是不允许垮域访问的，这一点对Token机制是不存在的，前提是传输的用户认证信息通过HTTP头传输.
无状态(也称：服务端可扩展行):Token机制在服务端不需要存储session信息，因为Token 自身包含了所有登录用户的信息，只需要在客户端的cookie或本地介质存储状态信息.
更适用CDN: 可以通过内容分发网络请求你服务端的所有资料（如：javascript，HTML,图片等），而你的服务端只要提供API即可.
去耦: 不需要绑定到一个特定的身份验证方案。Token可以在任何地方生成，只要在你的API被调用的时候，你可以进行Token生成调用即可.
更适用于移动应用: 当你的客户端是一个原生平台（iOS, Android，Windows 8等）时，Cookie是不被支持的（你需要通过Cookie容器进行处理），这时采用Token认证机制就会简单得多。
CSRF:因为不再依赖于Cookie，所以你就不需要考虑对CSRF（跨站请求伪造）的防范。
性能: 一次网络往返时间（通过数据库查询session信息）总比做一次HMACSHA256计算的Token验证和解析要费时得多.
不需要为登录页面做特殊处理: 如果你使用Protractor 做功能测试的时候，不再需要为登录页面做特殊处理.
基于标准化:你的API可以采用标准化的 JSON Web Token (JWT). 这个标准已经存在多个后端库（.NET, Ruby, Java,Python, PHP）和多家公司的支持（如：Firebase,Google, Microsoft）.

基于JWT的Token认证机制实现

实施 Token 验证的方法挺多的，还有一些标准规范，其中JSON Web Token（JWT）是一个非常轻巧的规范。JWT 标准的 Token 有三个部分：

header（头部）
payload（数据）
signature（签名）

中间用点分隔开，并且都会使用 Base64 编码，所以真正的 Token 看起来像这样：

eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpc3MiOiJuaW5naGFvLm5ldCIsImV4cCI6IjE0Mzg5NTU0NDUiLCJuYW1lIjoid2FuZ2hhbyIsImFkbWluIjp0cnVlfQ.SwyHTEx_RQppr97g4J5lKXtabJecpejuef8AqKYMAJc

Header

每个 JWT token 里面都有一个 header，也就是头部数据。里面包含了使用的算法，这个 JWT 是不是带签名的或者加密的。主要就是说明一下怎么处理这个 JWT token 。

头部里包含的东西可能会根据 JWT 的类型有所变化，比如一个加密的 JWT 里面要包含使用的加密的算法。唯一在头部里面要包含的是 alg 这个属性，如果是加密的 JWT，这个属性的值就是使用的签名或者解密用的算法。如果是未加密的 JWT，这个属性的值要设置成 none。

示例：

{

  "alg": "HS256"

}

意思是这个 JWT 用的算法是 HS256。上面的内容得用 base64url 的形式编码一下，所以就变成这样：

eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9

Payload

Payload 里面是 Token 的具体内容，这些内容里面有一些是标准字段，你也可以添加其它需要的内容。下面是标准字段：

iss：Issuer，发行者
sub：Subject，主题
aud：Audience，观众
exp：Expiration time，过期时间
nbf：Not before
iat：Issued at，发行时间
jti：JWT ID

比如下面这个 Payload ，用到了 iss 发行人，还有 exp 过期时间这两个标准字段。另外还有两个自定义的字段，一个是 name ，还有一个是 admin 。

{

 "iss": "ninghao.net",

 "exp": "1438955445",

 "name": "wanghao",

 "admin": true

}

使用 base64url 编码以后就变成了这个样子：

eyJpc3MiOiJuaW5naGFvLm5ldCIsImV4cCI6IjE0Mzg5NTU0NDUiLCJuYW1lIjoid2FuZ2hhbyIsImFkbWluIjp0cnVlfQ

Signature

JWT 的最后一部分是 Signature ，这部分内容有三个部分，先是用 Base64 编码的 header.payload ，再用加密算法加密一下，加密的时候要放进去一个 Secret ，这个相当于是一个密码，这个密码秘密地存储在服务端。

header
payload
secret

const encodedString = base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload);

HMACSHA256(encodedString, 'secret');

处理完成以后看起来像这样：

SwyHTEx_RQppr97g4J5lKXtabJecpejuef8AqKYMAJc

最后这个在服务端生成并且要发送给客户端的 Token 看起来像这样：

eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpc3MiOiJuaW5naGFvLm5ldCIsImV4cCI6IjE0Mzg5NTU0NDUiLCJuYW1lIjoid2FuZ2hhbyIsImFkbWluIjp0cnVlfQ.SwyHTEx_RQppr97g4J5lKXtabJecpejuef8AqKYMAJc

客户端收到这个 Token 以后把它存储下来，下回向服务端发送请求的时候就带着这个 Token 。服务端收到这个 Token ，然后进行验证，通过以后就会返回给客户端想要的资源。

JWT的JAVA实现

Java中对JWT的支持可以考虑使用JJWT开源库；JJWT实现了JWT, JWS, JWE 和 JWA RFC规范；下面将简单举例说明其使用：

maven导入

<dependency>

      <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>

      <artifactId>jjwt</artifactId>

      <version>0.6.0</version>

</dependency>

创建和解析token

/**

     * 解析JWT

     * @param jsonWebToken

     * @param base64Security

     * @return

     */

    public static Claims parseJWT(String jsonWebToken, String base64Security) {

        try {

            Claims claims = Jwts.parser()

                    .setSigningKey(DatatypeConverter.parseBase64Binary(base64Security))

                    .parseClaimsJws(jsonWebToken).getBody();

            return claims;

        } catch (Exception ex) {

            return null;

        }

    }

    /**

     * 创建JWT

     * @param no

     * @param userId

     * @param issuer

     * @param TTLMillis

     * @param base64Security

     * @return

     */

    public static String createJWT(String no, String userId,

                                   String issuer, long TTLMillis, String base64Security) {

        SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;

        long nowMillis = System.currentTimeMillis();

        Date now = new Date(nowMillis);

        //生成签名密钥

        byte[] apiKeySecretBytes = DatatypeConverter.parseBase64Binary(base64Security);

        Key signingKey = new SecretKeySpec(apiKeySecretBytes, signatureAlgorithm.getJcaName());

        //添加构成JWT的参数

        JwtBuilder builder = Jwts.builder().setHeaderParam("typ", "JWT")

                .claim("no", no)

                .setSubject(userId)

                .setIssuer(issuer)

                .signWith(signatureAlgorithm, signingKey);

        //添加Token过期时间

        if (TTLMillis >= 0) {

            long expMillis = nowMillis + TTLMillis;

            Date exp = new Date(expMillis);

            builder.setExpiration(exp).setNotBefore(now);

        }

        //生成JWT

        return builder.compact();

    }