第23章 Spring Boot安全升级:JWT认证授权轻松上手

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在上一篇文章【# Spring Boot集成Shiro实现安全防护】中,我们深入探讨了探索另一种安全解决方案——集成Shiro,它将为我们提供另一套强大的安全防护机制,让我们在不同的场景下能够更加灵活地选择合适的安全框架来保护应用。接下来我们将带领你通过集成JWT(JSON Web Token)来增强Spring Boot应用的安全性。JWT作为一种轻量级的开放标准,允许在各方之间安全地传输信息。我们将详细介绍JWT的工作原理、如何在Spring Boot项目中实现JWT认证与授权,以及如何通过tk-mybatis简化数据持久化操作,通过实际操作,你将学会如何构建一个安全、高效的现代Web应用。

知识回顾

JSON Web Token(缩写 JWT)是目前最流行的跨域认证解决方案。

一、跨域认证的问题

互联网服务离不开用户认证。一般流程是下面这样。

1、用户向服务器发送用户名和密码。

2、服务器验证通过后,在当前对话(session)里面保存相关数据,比如用户角色、登录时间等等。

3、服务器向用户返回一个 session_id,写入用户的 Cookie。

4、用户随后的每一次请求,都会通过 Cookie,将 session_id 传回服务器。

5、服务器收到 session_id,找到前期保存的数据,由此得知用户的身份。

这种模式的问题在于,扩展性(scaling)不好。单机当然没有问题,如果是服务器集群,或者是跨域的服务导向架构,就要求 session 数据共享,每台服务器都能够读取 session。

举例来说,A 网站和 B 网站是同一家公司的关联服务。现在要求,用户只要在其中一个网站登录,再访问另一个网站就会自动登录,请问怎么实现?

  • 方法一:是 session 数据持久化,写入数据库或别的持久层。各种服务收到请求后,都向持久层请求数据。这种方案的优点是架构清晰,缺点是工程量比较大。另外,持久层万一挂了,就会单点失败。
  • 方法二:服务器索性不保存 session 数据了,所有数据都保存在客户端,每次请求都发回服务器。JWT 就是这种方案的一个代表。

二、JWT 的原理

JWT 的原理是,服务器认证以后,生成一个 JSON 对象,发回给用户,就像下面这样。


{
  "姓名": "张三",
  "角色": "管理员",
  "到期时间": "2018年7月1日0点0分"
}

以后,用户与服务端通信的时候,都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。为了防止用户篡改数据,服务器在生成这个对象的时候,会加上签名(详见后文)。

服务器就不保存任何 session 数据了,也就是说,服务器变成无状态了,从而比较容易实现扩展。

三、JWT 的数据结构

实际的 JWT 大概就像下面这样。

它是一个很长的字符串,中间用点(.)分隔成三个部分。注意,JWT 内部是没有换行的,这里只是为了便于展示,将它写成了几行。

JWT 的三个部分依次如下。

  • Header(头部)
  • Payload(负载)
  • Signature(签名)

写成一行,就是下面的样子。

Header.Payload.Signature

四、JWT 的使用方式

JWT 作为一个令牌(token),有些场合可能会放到 URL(比如 api.budaos.com/?token=xxx)

客户端收到服务器返回的 JWT,可以储存在 Cookie 里面,也可以储存在 localStorage。

此后,客户端每次与服务器通信,都要带上这个 JWT。你可以把它放在 Cookie 里面自动发送,但是这样不能跨域,所以更好的做法是放在 HTTP 请求的头信息Authorization字段里面。

Authorization: Bearer <token>

另一种做法是,跨域的时候,JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

五、JWT 的几个特点

(1)JWT 默认是不加密,但也是可以加密的。生成原始 Token 以后,可以用密钥再加密一次。

(2)JWT 不加密的情况下,不能将秘密数据写入 JWT。

(3)JWT 不仅可以用于认证,也可以用于交换信息。有效使用 JWT,可以降低服务器查询数据库的次数。

(4)JWT 的最大缺点是,由于服务器不保存 session 状态,因此无法在使用过程中废止某个 token,或者更改 token 的权限。也就是说,一旦 JWT 签发了,在到期之前就会始终有效,除非服务器部署额外的逻辑。

(5)JWT 本身包含了认证信息,一旦泄露,任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用,JWT 的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限,使用时应该再次对用户进行认证。

(6)为了减少盗用,JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输,要使用 HTTPS 协议传输。

任务描述

任务要求

使用IDEA开发工具构建一个项目多模块工程。study-springboot-chapter16学习关于Springboot集成jwt实现安全认证和授权知识点

  1. 基于study-springboot工程,复制study-springboot-chapter15标准项目,坐标groupId(com.cbitedu)、artifactId(study-springboot-chapter16),其他默认
  2. 继承study-springboot工程依赖
  3. 引入jwt,实现系统认证和授权
  4. 引入Mybatis另外一个封装框架:tkmybatis:gitee.com/free/Mapper…

任务收获

  1. Spring Boot中整合jwt
  2. 学会使用JUnit完成单元测试
  3. 掌握jwt权限实现原理
  4. 掌握web开发原理
  5. 熟悉SpringMVC的基础配置
  6. 学习tkmybatis的使用

任务准备

环境要求

  1. JDK1.8+
  2. MySQL8.0.27+
  3. Maven 3.6.1+
  4. IDEA/VSCode

数据库准备

-- ----------------------------
-- Table structure for tb_user
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `tb_user`;
CREATE TABLE `tb_user`  (
  `id` bigint NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `username` varchar(32) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL COMMENT '用户名',
  `password` varchar(32) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL COMMENT '密码,加密存储',
  `phone` varchar(11) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '注册手机号',
  `created` datetime NOT NULL COMMENT '创建时间',
  `salt` varchar(32) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL COMMENT '密码加密的salt值',
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
  UNIQUE INDEX `username`(`username` ASC) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 5 CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci COMMENT = '用户表' ROW_FORMAT = DYNAMIC;

-- ----------------------------
-- Records of tb_user
-- ----------------------------
INSERT INTO `tb_user` VALUES (1, 'tosea', '44f871f0a390c5ca0731ebb0f5a17e73', '13037889034', '2019-04-11 11:36:45', '802ae2cb978b4cc2b5705e9e525f3c7d');
INSERT INTO `tb_user` VALUES (2, 'tellsea', 'a11a53405c18b7bd9793396a5ada044c', '18386474459', '2019-04-17 23:02:43', 'aabaf92f1d10459d84d2b0f076fb3fdd');

工程目录要求

study-springboot-chapter16

任务实施

Spring boot集成JWT解决方案

采用JJWT的极大好处就是,将大部分的数据运算、存储压力给转移至前端而非服务端。

实现流程介绍

实现步骤说明

源代码

study-springboot-chapter16

gitee.com/ossbar/stud…

实验实训

1、重点学习jwt其他使用

2、持久化改造:全新一代 MyBatis Mapper,简单易用,无需配置

MyBatis Mapper:mapper.mybatis.io/