jwt( JSON Web Tokens)

2024-04-08 18:54:40

JSON Web Tokens，是一种开发的行业标准 RFC 7519 ，用于安全的表示双方之间的声明。目前，jwt广泛应用在系统的用户认证方面，特别是现在前后端分离项目。

1. jwt认证流程

在项目开发中，一般会按照上图所示的过程进行认证，即：用户登录成功之后，服务端给用户浏览器返回一个token，以后用户浏览器要携带token再去向服务端发送请求，服务端校验token的合法性，合法则给用户看数据，否则，返回一些错误信息。

传统token方式和jwt在认证方面有什么差异？

传统token方式

用户登录成功后，服务端生成一个随机token给用户，并且在服务端(数据库或缓存)中保存一份token，以后用户再来访问时需携带token，服务端接收到token之后，去数据库或缓存中进行校验token的是否超时、是否合法。

jwt方式

用户登录成功后，服务端通过jwt生成一个随机token给用户（服务端无需保留token），以后用户再来访问时需携带token，服务端接收到token之后，通过jwt对token进行校验是否超时、是否合法。

2. jwt创建token

2.1 原理

jwt的生成token格式如下，即：由 . 连接的三段字符串组成。

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

生成规则如下：

第一段HEADER部分，固定包含算法和token类型，对此json进行base64url加密，这就是token的第一段。
```
{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}
```
第二段PAYLOAD部分，包含一些数据，对此json进行base64url加密，这就是token的第二段
```
{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "iat": 1516239022
  ...
}
```
第三段SIGNATURE部分，把前两段的base密文通过.拼接起来，然后对其进行HS256加密，再然后对hs256密文进行base64url加密，最终得到token的第三段。
```
base64url(
    HMACSHA256(
      base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload),
      your-256-bit-secret (秘钥加盐)
    )
)
```

最后将三段字符串通过 .拼接起来就生成了jwt的token。

注意：base64url加密是先做base64加密，然后再将 - 替代 + 及 _ 替代 / 。

2.2 代码实现

基于Python的pyjwt模块创建jwt的token。

安装
```
pip3 install pyjwt
```

实现

import jwt
import datetime
from jwt import exceptions

SALT = 'iv%x6xo7l7_u9bf_u!9#g#m*)*=ej@bek5)(@u3kh*72+unjv='

def create_token():
    
    # 构造header
    headers = {
        'typ': 'jwt',
        'alg': 'HS256'
    }
    # 构造payload
    payload = {
        'user_id': 1, # 自定义用户ID
        'username': 'wupeiqi', # 自定义用户名
        'exp': datetime.datetime.utcnow() + datetime.timedelta(minutes=5) # 超时时间
    }

    result = jwt.encode(payload=payload, key=SALT, algorithm="HS256", headers=headers).decode('utf-8')
    return result

if __name__ == '__main__':
    token = create_token()
    print(token)

3. jwt校验token

一般在认证成功后，把jwt生成的token返回给用户，以后用户再次访问时候需要携带token，此时jwt需要对token进行超时及合法性校验。

获取token之后，会按照以下步骤进行校验：

将token分割成 header_segment、payload_segment、crypto_segment 三部分
对第一部分header_segment进行base64url解密，得到header
对第二部分payload_segment进行base64url解密，得到payload
对第三部分crypto_segment进行base64url解密，得到signature
对第三部分signature部分数据进行合法性校验
- 拼接前两段密文，即：signing_input
- 从第一段明文中获取加密算法，默认：HS256
- 使用算法+盐对signing_input 进行加密，将得到的结果和signature密文进行比较。

import jwt
import datetime
from jwt import exceptions

def get_payload(token):
    """
    根据token获取payload
    :param token:
    :return:
    """
    try:
        # 从token中获取payload【不校验合法性】
        # unverified_payload = jwt.decode(token, None, False)
        # print(unverified_payload)

        # 从token中获取payload【校验合法性】
        verified_payload = jwt.decode(token, SALT, True)
        return verified_payload
    except exceptions.ExpiredSignatureError:
        print('token已失效')
    except jwt.DecodeError:
        print('token认证失败')
    except jwt.InvalidTokenError:
        print('非法的token')
        
if __name__ == '__main__':
    token = "eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJleHAiOjE1NzM1NTU1NzksInVzZXJuYW1lIjoid3VwZWlxaSIsInVzZXJfaWQiOjF9.xj-7qSts6Yg5Ui55-aUOHJS4KSaeLq5weXMui2IIEJU"
    payload = get_payload(token)