JWT | Domine o JWT em um minuto | Conceitos e exemplos

Autor: Mars Sauce

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O que é JWT

O nome completo do JWT é Json Web Token. é baseado no padrão aberto RFC 7519, que define uma maneira compacta e independente de transmitir informações com segurança entre as partes na forma de objetos JSON. Essas informações podem ser usadas para verificação e confiança mútua porque são assinadas digitalmente. O JWT pode ser assinado com uma chave privada (usando o algoritmo HMAC ) ou com um par de chaves pública/privada usando RSA ou ECDSA .

Onde o JWT pode ser usado?

A seguir estão dois cenários de uso do JWT:

• 授权: este é o caso de uso mais comum para usar o JWT. Depois que o usuário estiver logado, todas as solicitações subsequentes conterão o JWT, permitindo que o usuário acesse as rotas, serviços e recursos permitidos com esse token. O logon único é um recurso em que o JWT é amplamente usado atualmente devido à sua baixa sobrecarga e facilidade de uso em diferentes domínios.
• 信息交换: JWT é uma maneira relativamente conveniente de transmitir informações com segurança entre as partes. Como os JWTs podem ser assinados (por exemplo, usando um par de chaves pública/privada), é possível determinar se o remetente é autorizado por você. E, como a assinatura é calculada a partir do cabeçalho e do payload, também é possível verificar se o conteúdo não foi adulterado.

Composição do JWT

Esta é uma string de token JWT:

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

É muito complicado, não entende? Na verdade, essa string é a string criptografada do texto cifrado, que é .dividida passando no meio. Cada .string anterior representa os três componentes do JWT: Header, Payload, Signature.

Cabeçalho (informações do cabeçalho)

A principal função do Header é identificar. Geralmente consiste em duas partes:

• typ: abreviação de tipo, tipo de token, ou seja, JWT.
• alg: abreviação de Algorithm, algoritmo de assinatura criptografada. Geralmente use HS256, o site oficial jwt fornece 12 tipos de algoritmos de criptografia, a captura de tela é a seguinte:

Exemplo de cabeçalho em texto simples:

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

O texto simples após a codificação Base64 torna-se:

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6Imp3dCJ9

也就是第一个.之前的密文串。以下是Header部分常用部分的声明：

key	name	说明
typ	令牌类型	如果存在，则必须将其设置为已注册的 IANA 媒体类型。
cty	内容类型	如果使用嵌套签名或加密，建议将其设置为 ;否则，请省略此字段。
alg	消息身份验证代码算法	发行者可以自由设置算法来验证令牌上的签名。但是，某些受支持的算法不安全。
kid	密钥标识	指示客户端用于生成令牌签名的密钥的提示。服务器将此值与文件上的密钥匹配，以验证签名是否有效以及令牌是否真实。
x5c	x.509 证书链	RFC4945 格式的证书链，对应于用于生成令牌签名的私钥。服务器将使用此信息来验证签名是否有效以及令牌是否真实。
x5u	x.509 证书链网址	服务器可在其中检索与用于生成令牌签名的私钥对应的证书链的 URL。服务器将检索并使用此信息来验证签名是否真实。
crit	危急	服务器必须理解的标头列表，以便接受令牌为有效令牌

Payload（负载信息）

也称为JWT claims，放置需要传输的信息，有三类：

• 保留claims：主要包括iss发行者、exp过期时间、sub主题、aud用户等。
• 公共claims：定义新创的信息，比如用户信息和其他重要信息。
• 私有claims：用于发布者和消费者都同意以私有的方式使用的信息。

以下是Payload的官方定义内容：

key	name	说明
iss	发送者	标识颁发 JWT 的发送主体。
sub	主题	标识 JWT 的主题。
aud	接收者	标识 JWT 所针对的接收者。每个在处理 JWT 的主体都必须使用受众声明中的值来标识自己。如果处理的主体在存在此声明时未将自己标识为声明中的值，则必须拒绝 JWT。
exp	到期时间	标识不得接受 JWT 进行处理的过期时间。该值必须是日期类型，而且是1970-01-01 00：00：00Z 之后的日期秒。
nbf	jwt的开始处理的时间	标识 JWT 开始接受处理的时间。该值必须是日期。
iat	jwt发出的时间	标识 JWT 的发出的时间。该值必须是日期。
jti	jwt id	令牌的区分大小写的唯一标识符，即使在不同的颁发者之间也是如此。

Payload明文示例：

{
  "sub": "12344321",
  "name": "Mars酱", // 私有claims
  "iat": 1516239022
}

经过Base64加密之后的明文，变为：

eyJzdWIiOiIxMjM0NDMyMSIsIm5hbWUiOiJNYXJz6YWxIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ

也就是第一个.和第二个. 之间的密文串内容。

Signatrue（签名信息）

Signature 部分是对Header和Payload两部分的签名，作用是防止 JWT 被篡改。这个部分的生成规则主要是是公式（伪代码）是：

Header中定义的签名算法(
    base64编码(header) + "." + base64编码(payload),
    secret
)

secret是存放在服务端加密使用到的盐。

得到签名之后，把Header的密文、Payload的密文、Signatrue的密文按顺序拼接成为一个字符串，中间通过.来连接并分割，整个串就是JWT了。

JWT实例

概念讲完了，我们来个实例吧，先来一个jwt的编码：

    public static String encodeJWT(String key) {
        // 1. 定义header部分内容 
        Map headerMap = new HashMap();
        headerMap.put("alg", SignatureAlgorithm.HS256.getValue());
        headerMap.put("typ", "JWT");

        // 2. 定义payload部分内容
        Map payloadMap = new HashMap();
        payloadMap.put("sub", "mars酱让你爽一分钟");
        payloadMap.put("iat", UUID.randomUUID());
        payloadMap.put("exp", System.currentTimeMillis() + 24 * 60 * 60 * 1000);
        payloadMap.put("name", "Mars酱");
        payloadMap.put("role", "酱油王");

        // 3.生成token
        String jwtToken = Jwts.builder()
                .setHeaderParams(headerMap)
                .setClaims(payloadMap)
                .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, key)
                .compact(); // 拼接header + payload
//        System.out.println(jwtToken);
        return jwtToken;
    }

我们在main函数中调用这个，运行得到结果：

很长的密文字符串，就不截完整了。其中key是盐，jsonwebtoken的jar包规定，key必须字节数要大于等于你所用的加密算法的最小字节数，mars酱这里使用的是HS256，最小的key长度规定的就是256：

因此，key值我这里传入了一个超长的key：

String key = "marsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmarsmars";

如果你的key没这么长，你可能会报这样错误：

下面再来一个解密jwt的代码，入参为加密后的jwt和盐key：

    public static void decodeJWT(String jwtToken, String key) {
        try {
            Claims claims = Jwts.parser()
                    .setSigningKey(key)
                    .parseClaimsJws(jwtToken)
                    .getBody();
            Object sub = claims.get("sub");
            Object name = claims.get("name");
            Object role = claims.get("role");
            Object exp = claims.get("exp");

            System.out.println("sub:" + sub + "\nname:" + name.toString() + "\nrole:" + role + "\nexp:" + exp + "\n失效了？" + ((System.currentTimeMillis() - (Long)exp) > 0));
        } catch (ExpiredJwtException e) {
            System.out.println("mars酱提醒您：token已过期");
        }
    }

在main中调用后，得到结果：

把生成的jwt字符串放入官网( jwt.io )的解密界面，和程序解密的结果一样，是不是很完美？

优缺点

好了，概念说完了，实例也给了，想想jwt有什么优缺点？我总结了一下：

优点：

1. 可扩展性好 应用程序分布式部署的情况下，如果使用session机制，那就要要做多台机器的数据共享，通常可以存在数据库或者redis里面。而使用jwt不需要共享。
2. jwt是无状态的 jwt不在服务端存储任何状态。RESTful API的原则之一是无状态，发出请求时，总会返回带有参数的响应，不会产生附加影响。用户的认证状态引入这种附加影响，这破坏了这一原则。另外jwt的载荷中可以存储一些常用信息，用于交换信息，有效地使用 JWT，可以降低服务器查询数据库的次数。

缺点：

1. 安全性 由于jwt的payload是使用base64编码的，并没有加密，因此jwt中不能存储敏感数据。而session的信息是存在服务端的，相对来说更安全。
2. 一次性 无状态是jwt的特点，但也导致了这个问题，jwt是一次性的。想修改里面的内容，就必须签发一个新的jwt。

jwt开源框架

mars酱这里使用的jwt是io.jsonwebtoken的，它需要在pom中引入依赖：

	<!-- jwt api定义 -->
	<dependency>
		<groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
		<artifactId>jjwt-api</artifactId>
		<version>0.10.2</version>
	</dependency>
	<!-- jwt api impl实现 -->
	<dependency>
		<groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
		<artifactId>jjwt-impl</artifactId>
		<version>0.10.2</version>
	</dependency>
	<!-- jwt json -->
	<dependency>
		<groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
		<artifactId>jjwt-jackson</artifactId>
		<version>0.10.2</version>
	</dependency>

其余的jwt框架全在jwt官网列举了。基本覆盖了全语言

好好享受jwt的校验过程吧