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JWT实现原理

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JWT简介

Json web token (JWT), 是为了在网络应用环境间传递声明而执行的一种基于JSON的开放标准((RFC 7519).该token被设计为紧凑且安全的,特别适用于分布式站点的单点登录(SSO)场景。JWT的声明一般被用来在身份提供者和服务提供者间传递被认证的用户身份信息,以便于从资源服务器获取资源,也可以增加一些额外的其它业务逻辑所必须的声明信息,该token也可直接被用于认证,也可被加密。

JWT 的原理

图片.png

  • JWT 认证流程:
    • 用户输入用户名/密码登录,服务端认证成功后,会返回给客户端一个 JWT
    • 客户端将 token 保存到本地(通常使用 localstorage,也可以使用 cookie)
    • 当用户希望访问一个受保护的路由或者资源的时候,需要请求头的 Authorization 字段中使用Bearer 模式添加 JWT,其内容看起来是下面这样
Authorization: Bearer <token>
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  • 服务端的保护路由将会检查请求头 Authorization 中的 JWT 信息,如果合法,则允许用户的行为
  • 因为 JWT 是自包含的(内部包含了一些会话信息),因此减少了需要查询数据库的需要
  • 因为 JWT 并不使用 Cookie 的,所以你可以使用任何域名提供你的 API 服务而不需要担心跨域资源共享问题(CORS)
  • 因为用户的状态不再存储在服务端的内存中,所以这是一种无状态的认证机制

JWT的构成

第一部分我们称它为头部(header),第二部分我们称其为载荷(payload, 类似于飞机上承载的物品),第三部分是签证(signature).

header

jwt的头部承载两部分信息:

  • 声明类型,这里是jwt
  • 声明加密的算法 通常直接使用 HMAC SHA256

完整的头部就像下面这样的JSON:

{
  'typ': 'JWT',
  'alg': 'HS256'
}
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然后将头部进行base64加密(该加密是可以对称解密的),构成了第一部分

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9
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载荷就是存放有效信息的地方。这个名字像是特指飞机上承载的货品,这些有效信息包含三个部分

  • 标准中注册的声明
  • 公共的声明
  • 私有的声明

标准中注册的声明 (建议但不强制使用) :

  • iss: jwt签发者
  • sub: jwt所面向的用户
  • aud: 接收jwt的一方
  • exp: jwt的过期时间,这个过期时间必须要大于签发时间
  • nbf: 定义在什么时间之前,该jwt都是不可用的.
  • iat: jwt的签发时间
  • jti: jwt的唯一身份标识,主要用来作为一次性token,从而回避重放攻击。

公共的声明
公共的声明可以添加任何的信息,一般添加用户的相关信息或其他业务需要的必要信息.但不建议添加敏感信息,因为该部分在客户端可解密.

私有的声明
私有声明是提供者和消费者所共同定义的声明,一般不建议存放敏感信息,因为base64是对称解密的,意味着该部分信息可以归类为明文信息。

定义一个payload:

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true
}
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然后将其进行base64加密,得到Jwt的第二部分。

eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9
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signature

jwt的第三部分是一个签证信息,这个签证信息由三部分组成:

  • header (base64后的)
  • payload (base64后的)
  • secret

这个部分需要base64加密后的header和base64加密后的payload使用.连接组成的字符串,然后通过header中声明的加密方式进行加盐secret组合加密,然后就构成了jwt的第三部分。

  eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ
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Token 和 JWT 的区别

相同:

  • 都是访问资源的令牌
  • 都可以记录用户的信息
  • 都是使服务端无状态化
  • 都是只有验证成功后,客户端才能访问服务端上受保护的资源

区别:

  • Token:服务端验证客户端发送过来的 Token 时,还需要查询数据库获取用户信息,然后验证 Token 是否有效。
  • JWT:将 Token 和 Payload 加密后存储于客户端,服务端只需要使用密钥解密进行校验(校验也是 JWT 自己实现的)即可,不需要查询或者减少查询数据库,因为 JWT 自包含了用户信息和加密的数据。
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