JWT

一、 JWT 实现无状态 Web 服务

1、什么是有状态

有状态服务，即服务端需要记录每次会话的客户端信息，从而识别客户端身份，根据用户身份进行请求的处理，典型的设计如tomcat中的session。

例如登录：用户登录后，我们把登录者的信息保存在服务端session中，并且给用户一个cookie值，记录对应的session。然后下次请求，用户携带cookie值来，我们就能识别到对应session，从而找到用户的信息。

缺点是什么？

• 服务端保存大量数据，增加服务端压力
• 服务端保存用户状态，无法进行水平扩展
• 客户端请求依赖服务端，多次请求必须访问同一台服务器

2、什么是无状态

服务器不需要记录客户端的状态信息，即：

• 服务端不保存任何客户端请求者信息
• 客户端的每次请求必须具备自描述信息，通过这些信息识别客户端身份

带来的好处是什么呢？

• 客户端请求不依赖服务端的信息，任何多次请求不需要必须访问到同一台服务
• 服务端的集群和状态对客户端透明
• 服务端可以任意的迁移和伸缩
• 减小服务端存储压力

3、如何实现无状态

无状态登录的流程：

• 当客户端第一次请求服务时，服务端对用户进行信息认证（登录）
• 认证通过，将用户信息进行加密形成token，返回给客户端，作为登录凭证
• 以后每次请求，客户端都携带认证的token
• 服务的对token进行解密，判断是否有效。

流程图：

​ 客户端请求登录，登录之后颁发凭证

整个登录过程中，最关键的点是什么？

token的安全性

token是识别客户端身份的唯一标示，如果加密不够严密，被人伪造那就完蛋了。

采用何种方式加密才是安全可靠的呢？

我们将采用：JWT + RSA非对称加密

4、JWT简介

JWT全称是Json Web Token， 是JSON风格轻量级的授权和身份认证规范，可实现无状态、分布式的Web应用授权；官网：https://jwt.io

JWT包含三部分数据：

• Header：头部，通常头部有两部分信息：

  • 声明类型，这里是JWT 自描述信息

  我们会对头部进行base64编码，得到第一部分数据 base64编码和解码的

• Payload：载荷，就是有效数据，一般包含下面信息：

  • 用户身份信息（注意，这里因为采用base64编码，可解码是可逆的，因此不要存放敏感信息）
  • 注册声明：如token的签发时间，过期时间，签发人等 这部分内容 好比身份证的信息

  这部分也会采用base64编码，得到第二部分数据

• Signature：签名，是整个数据的认证信息。一般根据前两步的数据，再加上密钥（secret）（不要泄漏，最好周期性更换），通过加密算法（不可逆的）生成一个签名。用于验证整个数据完整和可靠性。

生成的数据格式：

可以看到分为3段，每段就是上面的一部分数据

5、JWT交互流程

步骤翻译：

• 1、用户登录
• 2、服务的认证，通过后生成jwt
• 3、将生成的jwt返回给浏览器
• 4、用户每次请求携带jwt
• 5、服务端利用公钥解读jwt签名，判断签名有效后，从Payload中获取用户信息
• 6、处理请求，返回响应结果

二、nimbus-jose-jwt 库

1、进入依赖

nimbus-jose-jwt、jose4j、java-jwt 是几个 Java 中常见的操作 JWT 的库

nimbus-jose-jwt 官网：https://connect2id.com/products/nimbus-jose-jwt

所需坐标

    <dependency><groupId>com.nimbusds</groupId><artifactId>nimbus-jose-jwt</artifactId><version>9.11.1</version></dependency>

2、核心 API

2.1、加密过程

• 在 nimbus-jose-jwt 中，使用 Header 类代表 JWT 的头部，不过，Header 类是一个抽象类，我们使用的是它的子类 JWSHeader 。

  创建头部对象：

   @Testpublic void createToken(){//创建头部对象JWSHeader jwsHeader =new JWSHeader.Builder(JWSAlgorithm.HS256) // 加密算法.type(JOSEObjectType.JWT) // 静态常量.build();System.out.println(jwsHeader);}
  

  你可以通过 .toBase64URL() 方法求得头部信息的 Base64 形式（这也是 JWT 中的实际头部信息）：

• 使用 Payload 类的代表 JWT 的荷载部分

  创建荷载部对象:

      @Testpublic void createToken(){//创建头部对象JWSHeader jwsHeader =new JWSHeader.Builder(JWSAlgorithm.HS256)       // 加密算法.type(JOSEObjectType.JWT) // 静态常量.build();System.out.println(jwsHeader);//创建载荷Payload payload = new Payload("hello world");System.out.println(payload);}
  

  你可以通过 .toBase64URL() 方法求得荷载部信息的 Base64 形式（这也是 JWT 中的实际荷载部信息）：

• 签名部分

  ​ 签名部分没有专门的类表示，签名部分并非你自己创建出来的，而是靠 头部 + 荷载部 + 加密算法 算出来的

  ​ nimbus-jose-jwt 专门提供了一个签名器 JWSSigner ，用来参与到签名过程中。密钥就是在创建签名器的时候指定的：

  JWSSigner jwsSigner = new MACSigner("密钥");  //MACSigner()中要指定一个密钥
  

  最终，整个 JWT 由一个 JWSObject 对象表示：

  JWSObject jwsObject = new JWSObject(jwsHeader, payload);
  // 进行签名（根据前两部分生成第三部分）
  jwsObject.sign(jwsSigner);
  

  我们最终要的是 JWT 字符串，而不是对象，这里接着对代表 JWT 的 JWSObject 对象调用 .serialize() 方法即可：

  String token = jwsObject.serialize();
  

  完整示例：

    @Testpublic void createToken() throws JOSEException {//创建头部对象JWSHeader jwsHeader =new JWSHeader.Builder(JWSAlgorithm.HS256)       // 加密算法.type(JOSEObjectType.JWT) // 静态常量.build();//创建载荷Payload payload = new Payload("hello world");//创建签名器JWSSigner jwsSigner = new MACSigner("woniu");//woniu为密钥//创建签名JWSObject jwsObject = new JWSObject(jwsHeader, payload);// 头部+载荷jwsObject.sign(jwsSigner);//再+签名部分//生成token字符串String token = jwsObject.serialize();System.out.println(token);}
  

如果出现:com.nimbusds.jose.KeyLengthException: The secret length must be at least 256 bits异常，是因为密钥的长度不够增加密钥长度即可

2.2、 解密

反向的解密和验证过程核心 API 就 2 个：JWSObject 的静态方法 parse 方法和验证其 JWSVerifier 对象。

如果你想直接验证 JWSObject 对象的合法性，你需要创建一个 JWSVerifier 对象。

//创建验证器
JWSVerifier jwsVerifier = new MACVerifier("密钥");//密钥要和加密时的相同

然后直接调用 jwsObject 对象的 verify 方法：

if (!jwsObject.verify(jwsVerifier)) {throw new RuntimeException("token 签名不合法！");
}

三、token续期

在实际的开发中，token不可能一直有效，比如30分钟内一次都没有进行操作，则认证过期，需要重新登录，如果一直在进行请求访问则token一直有效，直到上一次访问距离下一次访问的时间超过了30分钟，则认证过期。

springsecurity整合JWT:

@Component
public class JWTfilter extends OncePerRequestFilter {@Autowiredprivate RedisTemplate<String, String> redisTemplate;@Autowired(required = false)private SecurityLoginService securityLoginService;@SneakyThrows@Overrideprotected void doFilterInternal(HttpServletRequest httpServletRequest,HttpServletResponse httpServletResponse,FilterChain filterChain)throws ServletException, IOException {//功能点1：在请求头拿到jwtString jwt = httpServletRequest.getHeader("jwt");if (jwt == null) {//放给security 其他过滤器，该方法不做处理filterChain.doFilter(httpServletRequest, httpServletResponse);return;}// 功能点2：jwt不合法if (!JWTUtil.decode(jwt)) {filterChain.doFilter(httpServletRequest, httpServletResponse);return;}//功能点3 获取jwt的用户信息Map payLoad = JWTUtil.getPayload(jwt);String username = (String) payLoad.get("username");//拿到redis的jwtString redisJWT = redisTemplate.opsForValue().get("jwt:" + username);//判断redis是否有该jwtif (redisJWT == null) {filterChain.doFilter(httpServletRequest, httpServletResponse);return;}if (!jwt.equals(redisJWT)) {filterChain.doFilter(httpServletRequest, httpServletResponse);return;}//给redis 的jwt续期redisTemplate.opsForValue().set("jwt:" + username, jwt, 30,TimeUnit.MINUTES);//获取用户名，密码，权限UserDetails userDetails = securityLoginService.loadUserByUsername(username);// 获取用户信息 生成security容器凭证UsernamePasswordAuthenticationToken upa =new UsernamePasswordAuthenticationToken(userDetails.getUsername(), userDetails.getPassword(), userDetails.getAuthorities());//放入凭证SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(upa);// 本方法共功能执行完了，交给下一个过滤器filterChain.doFilter(httpServletRequest, httpServletResponse);}
}//前后端项目中要禁用掉session
http.sessionManagement().sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS);
在securityConfig 类注入
http.addFilterAfter(jwtFilter, UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);