[JWT]在项目中使用JWT，不依赖安全框架

Jerris
669 阅读8分钟

ChatGPT Image 2026年1月15日 11_35_22.png

什么是JWT？

JSON Web Token (JWT) 是一种开放标准 ( RFC 7519 )，它定义了一种紧凑且独立的方式，用于在各方之间安全地传输信息作为 JSON 对象。此信息可以被验证和信任，因为它是经过数字签名的。JWT 可以使用秘密（使用HMAC算法）或使用 RSA或ECDSA 的公钥/私钥对进行签名。

尽管可以对 JWT 进行加密以在各方之间提供保密性，但我们将重点关注已签名的令牌。签名令牌可以验证其中包含的声明的完整性，而加密令牌可以向其他方隐藏这些声明。 当使用公钥/私钥对对令牌进行签名时，签名还证明只有持有私钥的一方才是签名者。

什么时候使用JWT

以下是 JSON Web Tokens 有用的一些场景：

  • 授权：这是使用 JWT 最常见的场景。用户登录后，每个后续请求都将包含 JWT，允许用户访问该令牌允许的路由、服务和资源。单点登录是如今广泛使用 JWT 的一项功能，因为它的开销很小并且能够轻松跨不同域使用。
  • 信息交换：JSON Web Tokens 是在各方之间安全传输信息的好方法。因为 JWT 可以签名——例如，使用公钥/私钥对——你可以确定发送者是他们所说的人。此外，由于签名是使用标头和有效负载计算的，因此您还可以验证内容是否未被篡改。

JWT的组成结构

在其紧凑的形式中，JSON Web Tokens 由三部分组成，由点 ( .) 分隔，它们是：

  • header：头部。
  • payload：有效载荷，也就是存储的数据。
  • signature：签名。

因此，JWT 通常如下所示。

xxxxx.yyyyy.zzzzz

让我们分解不同的部分。

标头

标头通常由两部分组成：令牌的类型，即 JWT，以及所使用的签名算法，例如 HMAC SHA256 或 RSA。

例如：

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

然后，这个 JSON 被Base64Url编码以形成 JWT 的第一部分。

有效载荷

令牌的第二部分是有效负载，其中包含声明。声明是关于实体（通常是用户）和附加数据的陈述。声明分为三种类型：已注册声明、公共声明和私人声明。

  • 已注册声明：这些是一组预定义的声明，它们不是强制性的，但建议使用，以提供一组有用的、可互操作的声明。其中一些是： iss（发行者）、 exp（到期时间）、 sub（主题）、 aud（受众）和其他。

  • 公共声明：这些可以由使用 JWT 的人随意定义。但是为了避免冲突，它们应该在IANA JSON Web 令牌注册表中定义，或者定义为包含抗冲突名称空间的 URI。

  • 私人声明：这些是为在同意使用它们的各方之间共享信息而创建的自定义声明，既不是注册声明也不是公共声明。

一个示例有效载荷可以是：

{ "sub": "1234567890", "name": "John Doe", "admin": true }

然后，有效负载经过Base64Url编码，形成 JSON Web Token 的第二部分。

请注意，对于签名的令牌，此信息虽然受到防止篡改的保护，但任何人都可以读取。不要将秘密信息放在 JWT 的有效负载或标头元素中，除非它是加密的。

签名

要创建签名部分，您必须采用编码标头、编码有效负载、密钥、标头中指定的算法，然后对其进行签名。

例如，如果要使用 HMAC SHA256 算法，将按以下方式创建签名：

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

签名用于验证消息在此过程中没有被更改，并且在使用私钥签名的令牌的情况下，它还可以验证 JWT 的发送者是否如其所说。

把所有放在一起

输出是由点分隔的三个 Base64-URL 字符串，可以在 HTML 和 HTTP 环境中轻松传递，同时与基于 XML 的标准（如 SAML）相比更加紧凑。

下面显示了一个 JWT，它对前面的标头和有效负载进行了编码，并使用秘密进行了签名。

image.png

如果您想使用 JWT 并将这些概念付诸实践，您可以使用jwt.io Debugger来解码、验证和生成 JWT。

JSON Web 令牌如何工作？

在身份验证中，当用户使用其凭据成功登录时，将返回一个 JSON Web Token。由于令牌是凭据，因此必须非常小心以防止出现安全问题。通常，您不应将令牌保留的时间超过要求的时间。

由于缺乏安全性，您也不应该将敏感的会话数据存储在浏览器存储中。

每当用户想要访问受保护的路由或资源时，用户代理都应发送 JWT，通常在使用Bearer模式的 Authorization标头中。标头的内容应如下所示：

Authorization: Bearer <token>

在某些情况下，这可以是无状态授权机制。服务器的受保护路由将检查标头中是否存在有效的 JWT Authorization，如果存在，则允许用户访问受保护的资源。如果 JWT 包含必要的数据，则可能会减少为某些操作查询数据库的需要，尽管情况可能并非总是如此。

请注意，如果您通过 HTTP 标头发送 JWT 令牌，您应该尽量防止它们变得太大。有些服务器不接受超过 8 KB 的标头。如果您试图在 JWT 令牌中嵌入过多信息，例如通过包含所有用户的权限，您可能需要替代解决方案，例如Auth0 Fine-Grained Authorization。

如果令牌在Authorization标头中发送，跨源资源共享 (CORS) 将不会成为问题，因为它不使用 cookie。

下图显示了如何获取 JWT 并将其用于访问 API 或资源：

JSON Web Token 是如何工作的

  1. 应用程序或客户端向授权服务器请求授权。这是通过不同的授权流程之一执行的。例如，典型的OpenID Connect/oauth/authorize兼容 Web 应用程序将使用授权代码流通过端点。
  2. 授予授权后，授权服务器会向应用程序返回一个访问令牌。
  3. 应用程序使用访问令牌访问受保护的资源（如 API）。

请注意，对于已签名的令牌，令牌中包含的所有信息都会暴露给用户或其他方，即使他们无法更改。这意味着您不应将秘密信息放入令牌中。

在项目中使用

下面介绍在 SpringBoot 项目中使用 JWT，不使用 Spring Security、Shiro 等安全框架。

首先需要导入依赖：

<dependency>
    <groupId>com.auth0</groupId>
    <artifactId>java-jwt</artifactId>
    <version>3.14.0</version>
</dependency>

然后编写 JWT 工具类：

public class JwtUtils {
 
    // 盐值
    private static final String SALT = "13770389674";
    
    private static final String JWT_KEY_PHONE = "phone";

    /**
     * 根据手机号生成token，一天过期
     * 如何生成，这里可以自己定义。
     * 使用JWT自身的过期时间设置那就不需要Redis了
     */
    public static String generateToken(String phone) {
        Map<String, String> map = new HashMap<String, String>() {{
            put(JWT_KEY_PHONE, phone);
            // 这里还可以再加东西
        }};
        
        // 过期时间自己定义，可以在全局定义一个常量，然后加上现在的时间得到过期时间
        Calendar calendar = Calendar.getInstance();
        calendar.add(Calendar.DATE, 1);
        Date date = calendar.getTime();

        // 填充数据负载
        JWTCreator.Builder builder = JWT.create();
        map.forEach(builder::withClaim);

        return builder.withExpiresAt(date).sign(Algorithm.HMAC256(SALT));
    }

    /**
     * 解析token，通过token拿到里面的数据比如说用户名、手机号之类的数据
     */
    public static String parseToken(String token) {
        DecodedJWT jwt = JWT.require(Algorithm.HMAC256(SALT)).build().verify(token);
        String phone = jwt.getClaim(JWT_KEY_PHONE).asString();
        return phone;
    }

    public static void main(String[] args) {
        String phone = "13770366963";
        String s = generateToken(phone);
        System.out.println(s);
        String phone = parseToken(s);
        System.out.println("手机号：" + phone);
    }
}

这一步完成之后，编写一个拦截器，过滤请求，从请求头中拿到 token 并解析判断是否有效：

public class JwtInterceptor implements HandlerInterceptor {
    
    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        boolean flag = true;
        String result = "";
        String token = request.getHeader("Authorization");
        try {
            JwtUtils.parseToken(token);
        } catch (SignatureVerificationException e) {
            result = "token sign error";
            flag = false;
        } catch (TokenExpiredException e) {
            result = "token expired";
            flag = false;
        } catch (AlgorithmMismatchException e) {
            result = "token algorithm error";
            flag = false;
        } catch (Exception e) {
            result = "token invalid";
            flag = false;
        }
        
        return flag;
    }
}

编写一个配置类，注册拦截器：

public class InterceptorConfig implements WebMvcConfigurer {

    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        registry.addInterceptor(new JwtInterceptor())
                .addPathPatterns("/**")  // 拦截的路径
                .excludePathPatterns("/verification-code", "/verify-code-check");  // 排除的路径
    }
}

token 是放在请求头的 Authorization 字段中。这里就是全靠 JwtUtils 判断是否有效，没有使用 Redis 存储 token 判断有效期。下一节介绍使用 Redis 存储 token，并判断有效期，这样做更安全一点。

使用Redis存储token

需要使用到 StringRedisTemplate，然后还要使用 @Component 注解修饰拦截器：

@Component
public class JwtInterceptor implements HandlerInterceptor {
    
    @Autowired
    private StringRedisTemplate redisTemplate;

    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)
            throws Exception {
        boolean flag = true;
        String result = "";
        String token = request.getHeader("Authorization");
        TokenResult tokenResult = null;
        try {
            tokenResult = JwtUtils.parseToken(token);
        } catch (SignatureVerificationException e) {
            result = "token sign error";
            flag = false;
        } catch (TokenExpiredException e) {
            result = "token expired";
            flag = false;
        } catch (AlgorithmMismatchException e) {
            result = "token algorithm error";
            flag = false;
        } catch (Exception e) {
            result = "token invalid";
            flag = false;
        }
        
        if (tokenResult == null) {
            result = "token invalid";
            flag = false;
        } else {
            // 从redis取出token
            String phone = tokenResult.getPhone();
            String identity = tokenResult.getIdentity();
            // 生成token的key，前缀自己定义
            String tokenKey = RedisPrefixUtil.generateTokenKey(phone, identity);
            String redisToken = redisTemplate.opsForValue().get(tokenKey);
            if (StrUtil.isEmpty(redisToken)) {
                result = "token invalid";
                flag = false;
            } else {
                if (!token.trim().equals(redisToken.trim())) {
                    result = "token invalid";
                    flag = false;
                }
            }
        }
        
        if (!flag) {
            PrintWriter out = response.getWriter();
            out.print(JSONUtil.toJsonStr(R.fail(result)));
        }
        return flag;
    }
}

在配置类里面注入拦截器 Bean：

@Configuration
public class InterceptorConfig implements WebMvcConfigurer {
    
    @Autowired
    private JwtInterceptor jwtInterceptor;

    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        registry.addInterceptor(jwtInterceptor)
                .addPathPatterns("/**")
                .excludePathPatterns("/verification-code", "/verify-code-check");
    }
}

这样就是实现了使用 Redis 存储并校验 token 时效性功能。

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