Java中的JWT使用详解

2023-08-01 09:43:14 作者：一支有理想的月月鸟

这篇文章主要介绍了Java中的JWT使用详解,JWT是一个开放标准(rfc7519)，它定义了一种紧凑的、自包含的方式，用于在各方之间以JSON对象安全地传输信息,需要的朋友可以参考下

JWT

JSON Web Token（JSON Web令牌）

是一个开放标准(rfc7519)，它定义了一种紧凑的、自包含的方式，用于在各方之间以JSON对象安全地传输信息。此信息可以验证和信任，因为它是数字签名的。

jwt可以使用秘密〈使用HNAC算法）或使用RSA或ECDSA的公钥/私钥对进行签名。

通过JSON形式作为Web应用中的令牌，用于在各方之间安全地将信息作为JSON对象传输。在数据传输过程中还可以完成数据加密、签名等相关处理。

JWT作用:

授权：一旦用户登录，每个后续请求将包括JWT，从而允许用户访问该令牌允许的路由，服务和资源。它的开销很小并且可以在不同的域中使用。如：单点登录。
信息交换：在各方之间安全地传输信息。JWT可进行签名（如使用公钥/私钥对)，因此可确保发件人。由于签名是使用标头和有效负载计算的，因此还可验证内容是否被篡改。

1.传统Session

1.1.认证方式

http协议本身是一种无状态的协议，如果用户向服务器提供了用户名和密码来进行用户认证，下次请求时，用户还要再一次进行用户认证才行。

因为根据http协议，服务器并不能知道是哪个用户发出的请求，所以为了让我们的应用能识别是哪个用户发出的请求，我们只能在服务器存储─份用户登录的信息，这份登录信息会在响应时传递给浏览器，告诉其保存为cookie,以便下次请求时发送给我们的应用，这样应用就能识别请求来自哪个用户。

1.2.暴露的问题

用户经过应用认证后，应用都要在服务端做一次记录，以方便用户下次请求的鉴别，通常而言session都是保存在内存中，而随着认证用户的增多，服务端的开销会明显增大；
用户认证后，服务端做认证记录，如果认证的记录被保存在内存中的话，用户下次请求还必须要请求在这台服务器上，这样才能拿到授权的资源。在分布式的应用上，限制了负载均衡器的能力。以此限制了应用的扩展能力；
session是基于cookie来进行用户识别，cookie如果被截获，用户很容易受到CSRF（跨站伪造请求攻击)攻击；
在前后端分离系统中应用解耦后增加了部署的复杂性。通常用户一次请求就要转发多次。如果用session每次携带sessionid到服务器，服务器还要查询用户信息。同时如果用户很多。这些信息存储在服务器内存中，给服务器增加负担。还有就是sessionid就是一个特征值，表达的信息不够丰富。不容易扩展。而且如果你后端应用是多节点部署。那么就需要实现session共享机制。不方便集群应用。

2.JWT认证

2.1.认证流程

前端通过Web表单将自己的用户名和密码发送到后端的接口。该过程一般是HTTP的POST请求。建议的方式是通过SSL加密的传输(https协议)，从而避免敏感信息被嗅探。
后端核对用户名和密码成功后，将用户的id等其他信息作为JWT Payload(负载)，将其与头部分别进行Base64编码拼接后签名，形成一个JWT(Token)。
后端将JWT字符串作为登录成功的返回结果返回给前端。前端可以将返回的结果保存在localStorage（浏览器本地缓存）或sessionStorage（session缓存）上，退出登录时前端删除保存的JWT即可。
前端在每次请求时将JWT放入HTTP的Header中的Authorization位。(解决XSS和XSRF问题）HEADER
后端检查是否存在，如存在验证JWT的有效性。例如，检查签名是否正确﹔检查Token是否过期;检查Token的接收方是否是自己(可选）
验证通过后后端使用JWT中包含的用户信息进行其他逻辑操作，返回相应结果。

2.2.JWT优点

简洁(Compact)：可以通过URL，POST参数或者在HTTP header发送，数据量小，传输速度也很快；
自包含(Self-contained)：负载中包含了所有用户所需要的信息，避免了多次查询数据库；
Token是以JSON加密的形式保存在客户端，所以JWT是跨语言的，原则上任何web形式都支持。
不需要在服务端保存会话信息，特别适用于分布式微服务。

3.JWT结构

就是令牌token，是一个String字符串，由3部分组成，中间用点隔开

令牌组成：

标头（Header）
有效载荷（Payload）
签名（Signature）

token格式：head.payload.singurater 如：xxxxx.yyyy.zzzz

Header：有令牌的类型和所使用的签名算法，如HMAC、SHA256、RSA；使用Base64编码组成；（Base64是一种编码，不是一种加密过程，可以被翻译成原来的样子）

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

Payload ：有效负载，包含声明；声明是有关实体（通常是用户）和其他数据的声明，不放用户敏感的信息，如密码。同样使用Base64编码

{
	"sub" : "123",
	"name" : "John Do",
	"admin" : true
}

Signature ：前面两部分都使用Base64进行编码，前端可以解开知道里面的信息。Signature需要使用编码后的header和payload 加上我们提供的一个密钥，使用header中指定的签名算法(HS256)进行签名。签名的作用是保证JWT没有被篡改过

HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret);

**签名目的：**签名的过程实际上是对头部以及负载内容进行签名，防止内容被窜改。如果有人对头部以及负载的内容解码之后进行修改，再进行编码，最后加上之前的签名组合形成新的JWT的话，那么服务器端会判断出新的头部和负载形成的签名和JWT附带上的签名是不一样的。如果要对新的头部和负载进行签名，在不知道服务器加密时用的密钥的话，得出来的签名也是不一样的。

信息安全问题：Base64是一种编码，是可逆的，适合传递一些非敏感信息；JWT中不应该在负载中加入敏感的数据。如传输用户的ID被知道也是安全的，如密码不能放在JWT中；JWT常用于设计用户认证、授权系统、web的单点登录。

4.JWT使用

4.1.引入依赖

<!--引入JWT-->
<dependency>
    <groupId>com.auth0</groupId>
    <artifactId>java-jwt</artifactId>
    <version>3.10.0</version>
</dependency>

4.2.生成token

HashMap<String,Object> map = new HashMap<>();
        Calendar instance = Calendar.getInstance();
        instance.add(Calendar.SECOND,20);
        String token = JWT.create()
                .withHeader(map) //可以不设定，就是使用默认的
                .withClaim("userId",20)//payload  //自定义用户名
                .withClaim("username","zhangsan")
                .withExpiresAt(instance.getTime()) //指定令牌过期时间
                .sign(Algorithm.HMAC256("fdahuifeuw78921"));//签名

4.3.根据令牌和签名解析数据

JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.HMAC256("fdahuif921")).build();
        DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify(token);
        decodedJWT.getClaim("userId").asInt();//获取负载里面对应的内容
        decodedJWT.getClaim("username").asString();
        decodedJWT.getExpiresAt();//获取过期时间

4.4.常见异常信息

SignatureVerificationException //签名不一致异常
TokenExpiredException //令牌过期异常
AlgorithmMismatchException //算法不匹配异常
InvalidClaimException //失效的payload异常（传给客户端后，token被改动，验证不一致）

5.封装工具类

public class JWTUtils {
    private static String SIGNATURE = "token!@#$%^7890";
    /**
     * 生成token
     * @param map //传入payload
     * @return 返回token
     */
    public static String getToken(Map<String,String> map){
        JWTCreator.Builder builder = JWT.create();
        map.forEach((k,v)->{
            builder.withClaim(k,v);
        });
        Calendar instance = Calendar.getInstance();
        instance.add(Calendar.SECOND,7);
        builder.withExpiresAt(instance.getTime());
        return builder.sign(Algorithm.HMAC256(SIGNATURE)).toString();
    }
    /**
     * 验证token
     * @param token
     */
    public static void verify(String token){
        JWT.require(Algorithm.HMAC256(SIGNATURE)).build().verify(token);
    }
    /**
     * 获取token中payload
     * @param token
     * @return
     */
    public static DecodedJWT getToken(String token){
        return JWT.require(Algorithm.HMAC256(SIGNATURE)).build().verify(token);
    }
}

6.SpringBoot整合JWT

6.1.登录时生成token

//controller层接收数据，生成token，并响应
Map<String,Object> map = new HashMap<>();
try{
    User userDB = userService.login(user);
    Map<String,String> payload = new HashMap<>();
    payload.put("id",userDB.getId());
    payload.put("name",userDB.getName());
    //生成JWT令牌
    String token = JWTUtils.getToken(payload);
    map.put("state",true);
    map.put("msg","认证成功");
    map.put("token",token);//响应token
} catch (Exception e) {
    map.put("state","false");
    map.put("msg",e.getMessage());
}

6.2.声明一个token拦截器类

package com.liup.interceptor;
import com.auth0.jwt.exceptions.AlgorithmMismatchException;
import com.auth0.jwt.exceptions.SignatureVerificationException;
import com.auth0.jwt.exceptions.TokenExpiredException;
import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;
import com.office.utils.JWTUtils;
import org.springframework.web.servlet.HandlerInterceptor;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
/**
 * JWT验证拦截器
 */
public class JWTInterceptor implements HandlerInterceptor {
    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        Map<String,Object> map = new HashMap<>();
        //令牌建议是放在请求头中，获取请求头中令牌
        String token = request.getHeader("token");
        try{
            JWTUtils.verify(token);//验证令牌
            return true;//放行请求
        } catch (SignatureVerificationException e) {
            e.printStackTrace();
            map.put("msg","无效签名");
        } catch (TokenExpiredException e) {
            e.printStackTrace();
            map.put("msg","token过期");
        } catch (AlgorithmMismatchException e) {
            e.printStackTrace();
            map.put("msg","token算法不一致");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            map.put("msg","token失效");
        }
        map.put("state",false);//设置状态
        //将map转化成json，response使用的是Jackson
        String json = new ObjectMapper().writeValueAsString(map);
        response.setContentType("application/json;charset=UTF-8");
        response.getWriter().print(json);
        return false;
    }
}

6.3.配置拦截器

package com.liup.config;
import com.office.interceptor.JWTInterceptor;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.InterceptorRegistry;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.WebMvcConfigurer;
@Configuration
public class InterceptorConfig implements WebMvcConfigurer {
    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        registry.addInterceptor(new JWTInterceptor())
                .addPathPatterns("/**")
                .excludePathPatterns("/user/**");
    }
}

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