【SpringBoot】集成JWT实现用户认证

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初始JWT

1.什么是JWT

JSON Web Token (JWT) 是一个开放标准 (RFC 7519)，它定义了一种紧凑且独立的方式，可以在客户端与服务器之间作为JSON对象安全地传输信息。

2.JWT使用场景

• 身份验证: 用户在登录以后，后续的每个请求都将包含JWT，允许用户访问该令牌允许的路由，服务和资源等。Session同样也可以实现这个功能，但是在使用Session的同时也会相应的增加服务器的压力；而JWT的开销则相对较小，因为其将存储的压力分布到各个客户端中，从而减轻了服务器的压力，并且能够在不同域的系统当中轻松的使用。单点登录(SSO)就广泛使用了JWT的功能。
• 信息交换: JWT能够在客户端与服务器之间安全地传输信息，因为其可以签名，通过签名可以验证传输信息是否被修改。

3.JWT组成

JWT就是一个字符串，经过加密处理与校验处理的字符串，由 . 分割的三个部分组成，分别是头(Header)、有效荷载(Playload)、签名(Signature)，因此JWT的格式通常也是这样: header.playload.signature(header由JWT的表头信息经过加密后得到；playload由JWT用到的身份验证信息JSON数据加密得到；signature是由header和playload加密得到，这一部分作为校验部分)。

• Header
  通常是由两部分组成的：一是令牌的类型，即JWT；二是哈希算法，比如SHA256。

例如：

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

然后这个JSON通过Base64加密形成JWT的第一个部分即header。

• Playload
  JWT的第二个部分是有效荷载，其中包含了声明(Claim)。JWT提供了一组预定义的声明，这些声明都是可选的，并不是强制性的。当然你也可以自定义声明传输所需信息，比如系统用户ID。出于安全考虑，一般不会将用户的敏感信息存放在声明当中。

声明属性	说明
iss	发行人，JWT由谁签发
iat	JWT创建时间，unix时间戳格式
exp	JWT过期时间，unix时间戳格式
sub	JWT所面向的用户
aud	接收方，接收JWT的一方
nbf	当前时间在nbf之前，JWT不能被接收处理
jti	JWT唯一ID

例如：

{
	"iss": "Hilox",
	"sub": "HiloxApiUser",
	"iat": "1542337107",
	"exp": "1542340707",
	"userId": "5"
}

将上述声明(Claim)通过Base64加密后得到payload。

• Signature
  将表头经过Base64加密得到的header和Claim经过Base64加密得到的playload进行组合，形成一个新字符串header.playload，对新形成的字符串使用标头当中指定的算法(例如:上述Header例子中使用HS256算法)和自定义的密钥(例如:Hilox)进行加密得到signature。

最后，将字符串组合 header.playload.signature就是生成的token了。

图1 JWT生成流程图

JWT应用

1.JWT如何使用

博主为移动端app搭建服务器，所采用的方式是将token放到http请求的请求头部当中，通常使用的是Authorization属性字段。
移动端app使用cookie不太方便，所以暂不做考虑。

2.应用流程

图2 初次登录生成JWT流程图

图3 用户访问资源流程图

JWT应用代码实现

下面通过代码来实现用户认证的功能，博主这里主要采用Spring Boot与JWT整合的方式实现。
关于Spring Boot项目如何搭建与使用本章不做详细介绍。
代码当中针对异常自行做处理，我这里偷点懒直接用日志在控制台打印。

1.添加JWT依赖

<dependency>
	<groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
	<artifactId>jjwt</artifactId>
	<version>0.9.1</version>
</dependency>

2.添加JWT相关配置

Base64在线加密

jwt:
 # 发行者
 name: Hilox
 # 密钥, 经过Base64加密, 可自行替换
 base64Secret: SGlsb3g=
 #jwt中过期时间设置(分)
 jwtExpires: 120

3.JWT配置实体类

/**
 * jwt 相关参数
 * Created by Hilox on 2018/11/16 0016.
 */
@Component
@ConfigurationProperties(prefix = "jwt")
public class JwtParam {

    /**
     * 发行者名
     */
    private String name;

    /**
     * base64加密密钥
     */
    private String base64Secret;

    /**
     * jwt中过期时间设置(分)
     */
    private int jwtExpires;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getBase64Secret() {
        return base64Secret;
    }

    public void setBase64Secret(String base64Secret) {
        this.base64Secret = base64Secret;
    }

    public int getJwtExpires() {
        return jwtExpires;
    }

    public void setJwtExpires(int jwtExpires) {
        this.jwtExpires = jwtExpires;
    }
}

4.配置JWT拦截器

/**
 * jwt 拦截器
 * Created by Hilox on 2018/11/16 0016.
 */
@Slf4j
public class JwtInterceptor implements HandlerInterceptor {

    @Autowired
    private JwtParam jwtParam;

    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        final String authHeader = request.getHeader(JwtConstant.AUTH_HEADER_KEY);

        if (HttpMethod.OPTIONS.equals(request.getMethod())) {
            response.setStatus(HttpServletResponse.SC_OK);
            return true;
        }

        // 校验头格式校验
        if (!JwtUtils.validate(authHeader)) {
            // TODO 这里自行抛出异常
            log.info("===== 无校验头或校验头格式异常 =====");
            return false;
        }

        // token解析
        final String authToken = JwtUtils.getRawToken(authHeader);
        Claims claims = JwtUtils.parseToken(authToken, jwtParam.getBase64Secret());
        if (claims == null) {
            log.info("===== token解析异常 =====");
            return false;
        }
        // request.setAttribute("CLAIMS", claims);
        return true;
    }

    @Override
    public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception {

    }

    @Override
    public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) throws Exception {

    }
}

5.配置MVC拦截器

/**
 * mvc 配置
 * Created by Hilox on 2018/11/15 0015.
 */
@Configuration
public class MyWebConfigurer extends WebMvcConfigurerAdapter {

    // 这里这么做是为了提前加载, 防止过滤器中@AutoWired注入为空
    @Bean
    public JwtInterceptor jwtInterceptor() {
        return new JwtInterceptor();
    }

    // 自定义过滤规则
    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        registry.addInterceptor(jwtInterceptor()).addPathPatterns("/**")
                .excludePathPatterns("/login");
    }
}

6.JWT工具类

/**
 * JWT工具类
 * Created by Hilox on 2018/11/16 0016.
 */
@Slf4j
public class JwtUtils {

    private static final String AUTHORIZATION_HEADER_PREFIX = "Bearer ";

    // 构造私有
    private JwtUtils() {}

    /**
     * 获取原始token信息
     * @param authorizationHeader 授权头部信息
     * @return
     */
    public static String getRawToken(String authorizationHeader) {
        return authorizationHeader.substring(AUTHORIZATION_HEADER_PREFIX.length());
    }

    /**
     * 获取授权头部信息
     * @param rawToken token信息
     * @return
     */
    public static String getAuthorizationHeader(String rawToken) {
        return AUTHORIZATION_HEADER_PREFIX + rawToken;
    }

    /**
     * 校验授权头部信息格式合法性
     * @param authorizationHeader 授权头部信息
     * @return
     */
    public static boolean validate(String authorizationHeader) {
        return StringUtils.hasText(authorizationHeader) && authorizationHeader.startsWith(AUTHORIZATION_HEADER_PREFIX);
    }

    /**
     * 生成token, 只在用户登录成功以后调用
     * @param userId 用户id
     * @param jwtParam JWT加密所需信息
     * @return
     */
    public static String createToken(String userId, JwtParam jwtParam) {
        return createToken(userId, null, jwtParam);
    }

    /**
     * 生成token, 只在用户登录成功以后调用
     * @param userId 用户id
     * @param claim 声明
     * @param jwtParam JWT加密所需信息
     * @return
     */
    public static String createToken(String userId, Map<String, Object> claim, JwtParam jwtParam) {
        try {
            // 使用HS256加密算法
            SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;

            long nowMillis = System.currentTimeMillis();
            Date now = new Date(nowMillis);

            // 生成签名密钥
            byte[] apiKeySecretBytes = DatatypeConverter.parseBase64Binary(jwtParam.getBase64Secret());
            SecretKeySpec signingKey = new SecretKeySpec(apiKeySecretBytes, signatureAlgorithm.getJcaName());

            // 添加构成JWT的参数
            JwtBuilder jwtBuilder = Jwts.builder().setHeaderParam("typ", "JWT")
                    .claim(JwtConstant.USER_ID_KEY, userId)
                    .addClaims(claim)
                    .setIssuer(jwtParam.getName())
                    .setIssuedAt(now)
                    .signWith(signatureAlgorithm, signingKey);

            // 添加token过期时间
            long TTLMillis = jwtParam.getJwtExpires() * 60 * 1000;
            if (TTLMillis >= 0) {
                long expMillis = nowMillis + TTLMillis;
                Date exp = new Date(expMillis);
                jwtBuilder.setExpiration(exp).setNotBefore(now);
            }

            return jwtBuilder.compact();
        } catch (Exception e) {
            // TODO 这里自行抛出异常
            log.error("签名失败", e);
            return null;
        }
    }

    /**
     * 解析token
     * @param authToken 授权头部信息
     * @param base64Secret base64加密密钥
     * @return
     */
    public static Claims parseToken(String authToken, String base64Secret) {
        try{
            Claims claims = Jwts.parser()
                    .setSigningKey(DatatypeConverter.parseBase64Binary(base64Secret))
                    .parseClaimsJws(authToken).getBody();
            return claims;
        } catch (SignatureException se) {
            // TODO 这里自行抛出异常
            log.error("===== 密钥不匹配 =====", se);
        } catch (ExpiredJwtException ejw) {
            // TODO 这里自行抛出异常
            log.error("===== token过期 =====", ejw);
        } catch (Exception e){
            // TODO 这里自行抛出异常
            log.error("===== token解析异常 =====", e);
        }
        return null;
    }
}

7.编写登录验证Controller

/**
 * 登录验证Controller
 * Created by Hilox on 2018/11/16 0016.
 */
@Slf4j
@RestController
public class LoginController {

    @Autowired
    private JwtParam jwtParam;

    // 登录
    @PostMapping("/login")
    public String login() {
        // 1.用户密码验证我这里忽略, 假设用户验证成功, 取得用户id为5
        Integer userId = 5;
        // 2.验证通过生成token
        String token = JwtUtils.createToken(userId + "", jwtParam);
        if (token == null) {
            log.error("===== 用户签名失败 =====");
            return null;
        }
        log.info("===== 用户{}生成签名{} =====", userId, token);
        return JwtUtils.getAuthorizationHeader(token);
    }

    // 测试
    @PostMapping("/hilox")
    public String hilox() {
        return "Hello World!";
    }
}

源码传送门：springboot-jwt

JWT代码测试效果

启动以上项目，博主这里使用工具Postman来模拟http请求。

1.未登录情况请求测试接口/hilox

图4 未登录情况请求测试接口效果图

2.请求登录接口/login

图5 请求登录接口效果图

3.登录情况请求测试接口/hilox

这里我们需要将请求登录接口时返回的token放入请求头的Authorization当中。

图6 登录情况请求测试接口效果图