JWT（JSON Web 令牌）

JWT（JSON Web 令牌）

码农世界 2024-05-29 前端 91 次浏览 0个评论

参考文献

[2] JWT令牌-CSDN博客 参考日期：2024.05.21

[1] Day12-06. 登录校验-JWT令牌-介绍哔哩哔哩bilibili 参考日期：2024.05.21

JWT 是何

概念

JWT 是 JSON Web Token 的缩写，即 JSON Web 令牌，是一种用于在网络应用程序之间 以 JSON 数据格式安全传输信息 的开放标准（RFC 7519）

JWT 是一种 轻量级 的 Token，定义了一种简洁的、自包含的格式，包含了一些关键信息，比如用户身份、权限等

由于 数字签名 的存在，这些信息是可靠的，在传输过程中 不被篡改或伪造

使用 JWT 的好处：可以方便地在不同的应用程序或服务之间共享用户身份信息，而无需每次都进行身份验证。且因为 JWT 是基于标准的 JSON 格式，易于使用和传输

构成

JWT 的格式是由 RFC 7519 标准规定的三部分组成：

  • 头部（Header）：包含 Token 类型、加密算法等信息

  • 载荷（Payload）：包含 了需要传输的信息，分为 自定义信息 和 默认信息，例如用户 ID、角色、权限等

    可能称为 “携带” 更能体现 Payload 的字面意义

  • 签名（Signature）：将 Header 和 Payload 加密 后得到的结果，用于验证 Token 是否被篡改，确保安全性

    加入指定秘钥，通过指定签名算法计算

    假设一个网站需要验证用户身份并授权用户访问某些受保护的资源，使用 JWT，用户登录后，服务器会生成一个包含用户信息的 JWT，然后将该 Token 返回给客户端

    如下所示：

     eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.
 eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWQiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwicm9sZXMiOlsiYWRtaW4iLCJ1c2VyIl19.
 SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

    不要被这一 “坨” 字符串吓到，这不是我们处理的，甚至无需去看，这是给计算机去处理的

    JWT 接收原始 JSON 格式后，会对其根据 Base64 进行编码处理，然后再进行解码

    Base64：是一种基于 64 个可打印字符（A-Z、a-z、0-9、+、-）还有一个补位字符 = 来表示二进制数据的编码方式

    其中，第 1 行是 Header；第 2-3 行是 Payload；第 3 行是 Signature。三部分之间用英文 . 分隔

    Header

    从 Header 开始分析，这 “坨” 字符串表示的原始 JSON 格式是：

     {"alg": "HS256", "type": "JWT"}

    参数含义：

    • alg：表示使用的签名算法，上例中指定为 HMAC-SHA256 算法

    • type：表示 Token 类型，上例中指定为 JWT

      关于签名算法可以前往 JWT 官网 查看：

      Payload

       {
  "sub": "1234567890",  // ID
  "name": "John Doe", // 角色
  "iat": 1516239022  // 权限
 }

      所有参数含义：

      • iss：JWT 签发者

        • sub：JWT 所面向的用户

          • aud：接收 JWT 的一方

          • iat：JWT 的签发时间

            • exp：JWT 的过期时间，这个过期时间必须要大于签发时间

              • nbf：在定义时间之前，该 JWT 不可用

                • jti：JWT 唯一身份标识，主要用来作为一次性 Token，从而回避重放攻击

                  Signature

                  Signature 的目的就是为了防止 Token 被篡改，确保 Token 的安全性

                  JWT 会根据依照 Header 中指定的 alg，即 “签名算法” 来合并前面的 Header 和 Payload，并且还会加入 我们个人自定义的密钥，然后再来编码 Signature

                  这个 Signature 是自动计算出来的，并不是根据 Base64 编码而成

                  一旦 Signature 中的某个字符被篡改，那整个 JWT 的校验都会失败。正是因为 Signature 的存在，才使得 JWT 非常安全可靠

                  JWT 如何

                  常用场景 - 登录校验

                  JWT 最常用的场景就是登录校验

                  登录流程：

                  1. 浏览器（前端）发起登录操作，此时访问登录接口（后端）

                  2. 登录校验成功，后端 生成 JWT

                  3. 后端将生成的 JWT 返回给前端

                  4. 前端拿到 JWT 后，会将其存储在浏览器的 localScorage 中，在 后续所有请求 中，每一次请求都会将这个 JWT 存储在请求头中随着请求发送到后端

                    local scorage 本地存储

                  5. 当前端再次发起请求时，后端会进行 统一拦截，判断这次请求中是否携带 JWT：

                    统一拦截就是过滤器和拦截器的知识点了，与 JWT 本身无关

                    • 没有携带 JWT：拒绝前端访问，请求响应失败

                      • 携带 JWT：校验 JWT 是否有效

                    • 前端请求携带的 JWT 有效，则后端放行，正常处理请求

                  后端主要操作就是 生成和校验 JWT

                  注意：

                  • 登录页面的请求不会拦截，因为后端需要根据登录信息生成 JWT

                  • 后端通过解析 JWT 并验证 Signature，可以获取到 Payload 部分存储的用户的身份和权限，从而判断是否放行

                    基于 Java 生成和校验 JWT

                    在项目中引入 JWT 库

                    想要使用 JWT，首先就要在项目中引入 JWT 的相关依赖

                    在实际使用中，通常会使用现有的 JWT 库来生成和解析 JWT，常用的 JWT 库有 java-jwt、jjwt

                    这些库已经实现了 RFC 7519 标准中的格式和规范，因此可以方便地使用这些库来生成和解析 JWT

                    下面以 jjwt 为例

                    在项目 pom.xml 中引入 jjwt 依赖：

                     
 
     io.jsonwebtoken
     jjwt
     0.9.1
 

                    引入依赖后，就可以使用该工具包中的 API 来实现 JWT 的生成和校验

                    生成 JWT

                    以参考文献中黑马程序员 - Java Web 开发教程\day12-SpringBootWeb登录认证\代码\tlias-web-management 的项目为例

                    引入依赖后，打开测试类 TliasWebManagementApplicationTests.java

                    在测试类中添加测试生成 JWT 的方法：

                     @Test
 public void testGenJWT(){
     // 通过 Map 集合存储生成 JWT 的载荷
     Map claims = new HashMap<>();
     // 自定义信息（一般是存储前端请求携带的登录信息）
     claims.put("id", 1);  // 用户 ID
     claims.put("name", "Li");  // 用户名
 ​
     // 调用 Jwts.builder() 生成 JWT，使用链式方法设置生成 JWT 时需要的参数
     String jwt = Jwts.builder()
         // 设置签名算法为 HS256，密钥自定义
         .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, "LiiiYiAn")  
         .setClaims(claims)  // 设置载荷
         // 设置 JWT 有效期为 1h（以 ms 为单位）
         .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + 3600 * 1000))  
         .compact();  // 返回生成 JWT 根据设置信息编码后的字符串
 ​
     System.out.println("生成的 JWT 为：" + jwt);
 }

                    编写完成后，就可以测试运行这个方法了

                    这里有一个小技巧，当测试方法是独立的，即与整个 Spring 环境无关联，就可以先注释掉测试类上的注解 @SpringBootTest，这样就不会加载整个 Spring 环境，能 加快方法运行速度

                    运行后输出：

                     生成的 JWT 为：eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJuYW1lIjoiTGkiLCJpZCI6MSwiZXhwIjoxNzE2MzEyOTg0fQ.Uhqi2bGY6SBjNVRto6nv-PbpFAg1ZFZi5HLKA4GLirE

                    此时可以复制这串字符串，然后打开 JWT 官网，将这串字符串放在 Encoded 框中：

                    此时会解析这串字符串，解析后就能得到 JWT 编码前的原始 JSON 格式信息了

                    参数解析：

                    • alg：签名算法

                    • exp：JWT 过期时间

                      因为 Signature 并不是 Base64 编码，是通过 Header + Payload + 签名算法计算得出的，所以不会解析出来

                      这是 JWT 的 “看家本领”，怎么能展示出来呢，如果解析出来了那别人岂不是能反推从而破解 JWT，那还谈什么传输信息安全性

                      也可以直接在网上搜索 Base64 编码解码工具，也能得到 Header 和 Payload 的解码原始 JSON 数据格式，比如 Base64 在线编码解码 | Base64 加密解密 - Base64.us

                      同样的，Signature 不能解码

                      复制 Header 部分进行解码：

                      解析 JWT（校验）

                      在测试类中添加测试解析 JWT 的方法：

                       @Test
 public void testParseJWT(){
     // 调用 Jwts.parser() 解析 JWT 中携带的载荷部分
     // 使用链式方法设置解析 JWT 时需要的参数
     Claims claims = Jwts.parser()
         // 设置解析时的签名算法密钥，必须与生成 JWT 时设置的密钥一致否则解析失败
         .setSigningKey("LiiiYiAn")
         // 解析生成 JWT 根据设置信息编码后的字符串
        .parseClaimsJws("eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJuYW1lIjoiTGkiLCJpZCI6MSwiZXhwIjoxNzE2MzEyOTg0fQ.Uhqi2bGY6SBjNVRto6nv-PbpFAg1ZFZi5HLKA4GLirE")
         // 返回解析 JWT 后载荷部分的原始 JSON 数据格式
         // 也可以使用 Jwts.getHeader() 返回头部部分
         // 不过前面的参数类型要改为 Header
         .getBody();
 ​
     System.out.println(claims);
 }

                      运行测试：

                      报错信息：

                       io.jsonwebtoken.ExpiredJwtException: JWT expired at 2024-05-22T01:36:24Z. Current time: 2024-05-22T10:33:24Z, a difference of 32220847 milliseconds.  Allowed clock skew: 0 milliseconds.
 过期JwtException：JWT于2024-05-22T01:36:24Z过期。当前时间：2024-05-22T10:33:24Z，相差32220847毫秒。允许的时钟偏移：0毫秒

                      就是 JWT 过期了，所以无法解码

                      如果 JWT 解析校验时报错，则说明 JWT 被篡改或失效了，Token 非法

                      这是因为我使用的是前面生成的 JWT，而当时设置的 JWT 有效时间是 1h，而这次解析 JWT 已经过了 1h，所以 JWT 失效了

                      此时我们应该重新去运行前面生成 JWT 的方法，然后复制生成的 JWT，替换掉解析 JWT 中的 JWT 字符串：

                       .parseClaimsJws("eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJuYW1lIjoiTGkiLCJpZCI6MSwiZXhwIjoxNzE2MzQ5MDQxfQ.4T3cw6vzdjQffK2vBrokxsX7-nPNuKFPol8jGlEVYxk")

                      再次运行：

                      解析 JWT 中的载荷部分成功

                      同时，一旦 JWT 生成了，我们篡改其中的任何一个字符都会解析失败，可以尝试修改后运行

转载请注明来自码农世界，本文标题：《JWT（JSON Web 令牌）》

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