JWT 跨域身份验证

一、传统用户身份验证

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Internet 服务无法与用户身份验证分开。一般过程如下：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。
【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；

解决方案：① 、session广播；②、将透明令牌存入cookie，将用户身份信息存入redis；
外一种灵活的解决方案：使用自包含令牌，通过客户端保存数据，而服务器不保存会话数据。 JWT是这种解决方案的代表。

二、JWT 令牌

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JSON Web令牌（JWT）是一个开放标准，它定义了一种紧凑且自包含的方式，用于在各方之间作为 JSON对象安全地传输信息。由于此信息是经过数字签名的，因此可以被验证和信任。可以使用秘密（使用 HMAC算法）或使用 RSA或 ECDSA的公钥/私钥对对JWT进行签名。
授权：这是使用 JWT的最常见方案。一旦用户登录，后续请求都将包含JWT，从而允许用户访问该令牌允许的路由，服务和资源。登录是当今广泛使用 JWT的一项功能，因为它的开销很小并且可以在不同的域中轻松使用。
访问令牌的类型：

JWT 令牌的结构：典型的，一个 JWT看起来如下图：该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。每一个子串表示了一个功能块，总共有以下三个部分：JWT标头、有效载荷和签名。左边编号后的数据，右边是解码后的数据。

JWT标头：JWT头部分是一个描述 JWT元数据的 JSON对象，通常如下所示：类型+算法

{
  "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 Base64URL 将上述 JSON对象编码转换为字符串保存。

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（通常是用户）。 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": "Helen",
  "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 Base64URL 算法转换为字符串保存。

签名：签名部分是对上面两部分数据签名，必须获取编码的标头和有效载荷，通过标头中的算法生成哈希，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。签名用于验证消息在整个过程中没有更改，并且对于使用私钥进行签名的令牌，它还可以验证 JWT发送者的真实身份。

HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(claims), 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。

Base64URL算法：如上所述，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。

三、JWT的原则

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JWT的原则是在服务器身份验证之后，将生成一个 JSON Web令牌。由于令牌是凭据，因此必须格外小心以防止安全问题。通常，令牌的保留时间不应超过要求的时间。将令牌送回用户，如下所示：之后，当用户与服务器通信时，客户在请求中带有 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。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。

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

四、JWT的用法

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客户端接收服务器返回的 JWT，将其存储在 Cookie或 localStorage中。此后，客户端将在与服务器交互中都会带JWT。如果将它存储在 Cookie中，就可以自动发送，但是不会跨域，因此一般是将它放入 HTTP请求的 Header Authorization字段中。当跨域时，也可以将 JWT被放置于 POST请求的数据主体中。

五、JWT问题和趋势

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【1】JWT不仅可用于认证，还可用于信息交换。善用 JWT有助于减少服务器请求数据库的次数。
【2】生产的 token可以包含基本信息，比如id、用户昵称、头像等信息，避免再次查库
【3】存储在客户端，不占用服务端的内存资源
【4】JWT默认不加密，但可以加密。生成原始令牌后，可以再次对其进行加密。
【5】当JWT未加密时，一些私密数据无法通过JWT传输。
【6】JWT的最大缺点是服务器不保存会话状态，所以在使用期间不可能取消令牌或更改令牌的权限。也就是说，一旦JWT签发，在有效期内将会一直有效。
【7】JWT本身包含认证信息，token是经过base64编码，所以可以解码，因此token加密前的对象不应该包含敏感信息，一旦信息泄露，任何人都可以获得令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT的有效期不宜设置太长。对于某些重要操作，用户在使用时应该每次都进行进行身份验证。
【8】为了减少盗用和窃取，JWT不建议使用HTTP协议来传输代码，而是使用加密的HTTPS协议进行传输。

六、整合JWT令牌

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【1】在pom.xml 中添加 JWT工具依赖

<dependencies>
    <!-- JWT-->
    <dependency>
        <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
        <artifactId>jjwt</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

【2】创建 JWT工具类

import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.Jws;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import org.springframework.util.StringUtils;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import java.util.Date;

/**
 * @author
 */
public class JwtUtils {

    //Token 过期时间
    public static final long EXPIRE = 1000 * 60 * 60 * 24;
    //秘钥
    public static final String APP_SECRET = "ukc8BDbRigUDaY6pZFfWus2jZWLPHO";
    
    //生成 Token 字符串
    public static String getJwtToken(String id, String nickname){
        String JwtToken = Jwts.builder()
                .setHeaderParam("typ", "JWT")
                .setHeaderParam("alg", "HS256")
                .setSubject("guli-user")
                .setIssuedAt(new Date())
                .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRE))
                .claim("id", id)
                .claim("nickname", nickname)
                .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, APP_SECRET)
                .compact();

        return JwtToken;
    }

    /**
     * 判断token是否存在与有效
     * @param jwtToken
     * @return
     */
    public static boolean checkToken(String jwtToken) {
        if(StringUtils.isEmpty(jwtToken)) return false;
        try {
            Jwts.parser().setSigningKey(APP_SECRET).parseClaimsJws(jwtToken);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return false;
        }
        return true;
    }

    /**
     * 判断token是否存在与有效
     * @param request
     * @return
     */
    public static boolean checkToken(HttpServletRequest request) {
        try {
            String jwtToken = request.getHeader("token");
            if(StringUtils.isEmpty(jwtToken)) return false;
            Jwts.parser().setSigningKey(APP_SECRET).parseClaimsJws(jwtToken);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return false;
        }
        return true;
    }

    /**
     * 根据token获取会员id
     * @param request
     * @return
     */
    public static String getMemberIdByJwtToken(HttpServletRequest request) {
        String jwtToken = request.getHeader("token");
        if(StringUtils.isEmpty(jwtToken)) return "";
        Jws<Claims> claimsJws = Jwts.parser().setSigningKey(APP_SECRET).parseClaimsJws(jwtToken);
        Claims claims = claimsJws.getBody();
        return (String)claims.get("id");
    }
}