全栈之路-小程序API-JWT令牌详细剖析与使用

  JSON Web Token(JWT)是目前最流行的跨域身份验证解决方案。通过客户端保存数据,而服务器根本不保存会话数据,每个请求都被发送回服务器。 JWT是这种解决方案的代表。

一、跨域身份验证

1、Internet服务无法与用户身份验证分开。一般过程如下:

(1)用户向服务器发送用户名和密码。

(2)验证服务器后,相关数据(如用户角色,登录时间等)将保存在当前会话中。

(3)服务器向用户返回session_id,session信息都会写入到用户的Cookie。

(4)用户的每个后续请求都将通过在Cookie中取出session_id传给服务器。

(5)服务器收到session_id并对比之前保存的数据,确认用户的身份。

2、此模式存在的问题

这种模式最大的问题是,没有分布式架构,无法支持横向扩展。如果使用一个服务器,该模式完全没有问题。

但是,如果它是服务器群集或面向服务的跨域体系结构的话,则需要一个统一的session数据库库来保存会话数据实现共享,这样负载均衡下的每个服务器才可以正确的验证用户身份。

在分布式的情况下,jwt令牌的这种解决方案是比较优雅的,只是通过客户端保存数据,而服务器根本不保存会话数据,每个请求都被发送回服务器,jwt验证模式流程图如下:

全栈之路-小程序API-JWT令牌详细剖析与使用

 注意:图片来源网络

 二、jwt详解

(注意:jwt详解的内容来自 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1608021814182894637&wfr=spider&for=pc 什么鬼,我怎么会引用百家号的内容!!!)

1、jwt的原则

JWT的原则是在服务器身份验证之后,将生成一个JSON对象并将其发送回用户,之后,当用户与服务器通信时,客户在请求中发回JSON对象。服务器仅依赖于这个JSON对象来标识用户。为了防止用户篡改数据,服务器将在生成对象时添加签名(有关详细信息,请参阅下文)。服务器不保存任何会话数据,即服务器变为无状态,使其更容易扩展

2、jwt的数据结构

一个jwt的由三部分构成,此对象为一个很长的字符串,字符之间通过"."分隔符分为三个子串。注意JWT对象为一个长字串,各字串之间也没有换行符,此处为了演示需要,我们特意分行并用不同颜色表示了。每一个子串表示了一个功能块,总共有以下三个部分:

jwt的三个部分如下。jwt头、有效载荷和签名,将它们写成一行,如下:

全栈之路-小程序API-JWT令牌详细剖析与使用

 

 注意:图片来源于网络

(1)jwt头

JWT头部分是一个描述JWT元数据的JSON对象,通常如下所示:

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

在上面的代码中,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。

(2)有效载荷

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

除以上默认字段外,我们还可以自定义私有字段,如下例:

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

请注意,默认情况下JWT是未加密的,任何人都可以解读其内容,因此不要构建隐私信息字段,存放保密信息,以防止信息泄露。

JSON对象也使用Base64 URL算法转换为字符串保存。

(3)签名哈希

签名哈希部分是对上面两部分数据签名,通过指定的算法生成哈希,以确保数据不会被篡改。

  首先,需要指定一个密码(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,使用标头中指定的签名算法(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。

(4)Base64URL算法

如前所述,JWT头和有效载荷序列化的算法都用到了Base64URL。该算法和常见Base64算法类似,稍有差别。

作为令牌的JWT可以放在URL中(例如api.example/?token=xxx)。 Base64中用的三个字符是"+","/"和"=",由于在URL中有特殊含义,因此Base64URL中对他们做了替换:"="去掉,"+"用"-"替换,"/"用"_"替换,这就是Base64URL算法,很简单把。

三、jwt在小程序API中使用

1、整体流程梳理

(1)我们用code码(用户的account账户)通过调用微信开放的接口,获取到一个唯一的openid

(2)分为两种情况:(首先是通过openid查询user表)

  用户第一次使用(相当于注册):我们将openid写入到user表中

  用户第二次或者多次使用之后(相当于登录):得到userId

(3)userId写入到jwt令牌中

(4)将jwt令牌返回给小程序

2、实际代码实现

注意:生成jwt的时候,可供选择的库有多个,例如:jjwt,auth0 (详情见:https://jwt.io/

(1)安装auth0的依赖(版本随意,bug自处理)

1 <dependency>
2    <groupId>com.auth0</groupId>
3    <artifactId>java-jwt</artifactId>
4    <version>3.8.3</version>
5 </dependency>

(2)生成令牌(这里只看一下生成jwt令牌的方法)

 1 @Component
 2 public class JwtToken {
 3 
 4     private static String jwtKey;
 5 
 6     private static Integer expiredTimeIn;
 7 
 8     private static Integer defaultScope = 8;
 9 
10     @Value("${missyou.security.jwt-key}")
11     public void setJwtKey(String jwtKey) {
12         JwtToken.jwtKey = jwtKey;
13     }
14 
15     @Value("${missyou.security.token-expired-in}")
16     public void setExpiredTimeIn(Integer expiredTimeIn) {
17         JwtToken.expiredTimeIn = expiredTimeIn;
18     }
19 
20     /**
21      * 生成token 主方法(适用于有分级权限的)
22      *
23      * @param uid   用户id
24      * @param scope 权限分级的数字
25      * @return
26      */
27     public static String makenToken(Long uid, Integer scope) {
28         return JwtToken.getToken(uid, scope);
29     }
30 
31     /**
32      * 生成token方法 (适用于没有分级权限的)
33      *
34      * @param uid 用户id
35      * @return
36      */
37     public static String makeToken(Long uid) {
38         return JwtToken.getToken(uid, JwtToken.defaultScope);
39     }
40 
41     /**
42      * 真正生成token的方法
43      *
44      * @param uid
45      * @param scope
46      * @return
47      */
48     private static String getToken(Long uid, Integer scope) {
49 
50         // 需要传入一个secret 随机字符串 这个写到配置文件中,从配置文件中读取,方便更改
51         Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256(JwtToken.jwtKey);
52 
53         // 计算过期时间以及令牌签发的当前时间
54         Map<String, Date> map = JwtToken.calculateExpiredIssues();
55 
56         // 过期时间是传入Date类型,需要我们自己来转换成一个过期时间
57         // 例如 12:00 10s后过期,我们需要得到 12:00:10 这个过期时间
58         String token = JWT.create()
59                 .withClaim("uid", uid)
60                 .withClaim("scope", scope)
61                 .withExpiresAt(map.get("expiredTime"))
62                 .withIssuedAt(map.get("now")) //令牌的签发时间
63                 .sign(algorithm);
64         return token;
65     }
66 
67     /**
68      * 计算过期时间以及当前的时间
69      *
70      * @return
71      */
72     private static Map<String, Date> calculateExpiredIssues() {
73         Map<String, Date> map = new HashMap<>();
74         Calendar calendar = Calendar.getInstance();
75         Date now = calendar.getTime();
76         calendar.add(Calendar.SECOND, JwtToken.expiredTimeIn);
77         map.put("now", now);
78         map.put("expiredTime", calendar.getTime());
79         return map;
80     }
81 }

注意:方法基本上就是这样子,jwt令牌的create()方法可以加入多个参数的,你自己自定义的!还有那个setter方法注入的是可以值得思考学习一下的!

(3)后续

至于如何和微信小程序进行交互,接口如何设计,就不贴出来了,自己思考一下吧!

 

 

 内容出处:七月老师《从Java后端到全栈》视频课程

七月老师课程链接:https://class.imooc.com/sale/javafullstack

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