Java中JWT的使用

JWT简介

JWT全称为Json Web Token
JWT的本质就是一个字符串，它是将用户信息保存到一个Json字符串中，然后进行编码后得到一个JWT token，并且这个JWT token带有签名信息，接收后可以校验是否被篡改，所以可以用于在各方之间安全地将信息作为Json对象传输。
JWT的认证流程如下：
1 首先，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，这个过程一般是一个POST请求。建议的方式是通过SSL加密的传输(HTTPS)，从而避免敏感信息被嗅探
2 后端核对用户名和密码成功后，将包含用户信息的数据作为JWT的Payload，将其与JWT Header分别进行Base64编码后拼接签名，形成一个JWT Token，形成的JWT Token就是一个如同lll.zzz.xxx的字符串
3 后端将JWT Token字符串作为登录成功的结果返回给前端。前端可以将返回的结果保存在浏览器中，退出登录时删除保存的JWT Token即可
4 前端在每次请求时将JWT Token放入HTTP请求头中的Authorization属性中(解决XSS和XSRF问题)
5 后端检查前端传过来的JWT Token，验证其有效性，比如检查签名是否正确、是否过期、token的接收方是否是自己等等
6 验证通过后，后端解析出JWT Token中包含的用户信息，进行其他逻辑操作(一般是根据用户信息得到权限等)，返回结果

JWT结构

JWT由3部分组成：标头(header)、有效载荷(payLoad)、签名(signature)。
在传输的时候，会将JWT的3部分分别进行Base64编码后用.连接形成最终传输的字符串。
Header

JWT头是一个描述JWT元数据的JSON对象，alg属性表示签名使用的算法，默认为HMAC SHA256（写为HS256）；typ属性表示令牌的类型，JWT令牌统一写为JWT。最后，使用Base64 URL算法将上述JSON对象转换为字符串保存

1. {
2.   "alg": "HS256",
3.   "typ": "JWT"
4. }

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PayLoad

有效载荷部分，是JWT的主体内容部分，也是一个JSON对象，包含需要传递的数据。 JWT指定七个默认字段供选择

1. iss：发行人
2. exp：到期时间
3. sub：主题
4. aud：用户
5. nbf：在此之前不可用
6. iat：发布时间
7. jti：JWT ID用于标识该JWT

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除以上默认字段外，我们还可以自定义私有字段，一般会把包含用户信息的数据放到payload中，如下

1. {
2.   "id": "123",
3.   "name": "cheng"
4. }

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Signature

签名哈希部分是对上面两部分数据签名，需要使用base64编码后的header和payload数据，通过指定的算法生成哈希，以确保数据不会被篡改。首先，需要指定一个密钥（secret）。该密码仅仅为保存在服务器中，并且不能向用户公开。然后，使用header中指定的签名算法（默认情况下为HMAC SHA256）根据以下公式生成签名
HMACSHA256(base64UrlEncode(header)+"."+base64UrlEncode(payload),secret)
在计算出签名哈希后，JWT头，有效载荷和签名哈希的三个部分组合成一个字符串，每个部分用.分隔，就构成整个JWT对象

注意JWT每部分的作用，在服务端接收到客户端发送过来的JWT token之后：
header和payload可以直接利用base64解码出原文，从header中获取哈希签名的算法，从payload中获取有效数据
signature由于使用了不可逆的加密算法，无法解码出原文，它的作用是校验token有没有被篡改。服务端获取header中的加密算法之后，利用该算法加上secretKey对header、payload进行加密，比对加密后的数据和客户端发送过来的是否一致。

为了完成签名，除了用到header信息和payload信息外，还需要算法的密钥，也就是secretKey。加密的算法一般有2类：

• 对称加密：secretKey指加密密钥，可以生成签名与验签
  
• 非对称加密：secretKey指私钥，只用来生成签名，不能用来验签(验签用的是公钥)
  JWT的密钥或者密钥对，一般统一称为JSON Web Key，也就是JWK
  到目前为止，jwt的签名算法有三种：
  
• HMAC【哈希消息验证码(对称)】：HS256/HS384/HS512
  
• RSASSA【RSA签名算法(非对称)】（RS256/RS384/RS512）
  
• ECDSA【椭圆曲线数据签名算法(非对称)】（ES256/ES384/ES512）
  

Java中使用JWT

我这里用的是java-jwt
引入依赖

1. <dependency>
2.     <groupId>com.auth0</groupId>
3.     <artifactId>java-jwt</artifactId>
4.     <version>3.10.3</version>
5. </dependency>

复制代码

对称签名

生成JWT的Token

1.     /**
2.      * 生成JWT token
3.      */
4.     @Test
5.     void generateToken(){
6.         //预设一个token过期时间
7.         Calendar calendar = Calendar.getInstance();
8.         calendar.add(Calendar.HOUR,1);//过期时间为1小时
9.         String token = JWT.create()
10.                 .withHeader(new HashMap<>())//Header
11.                 .withClaim("userId", 123)//PayLoad
12.                 .withClaim("userName", "程")
13.                 .withClaim("userId1", "456")
14.                 .withExpiresAt(calendar.getTime())//过期时间
15.                 .sign(Algorithm.HMAC256("12345"));//签名用的密钥secret
16.         System.out.println(token);
17.     }

复制代码

利用base64解密工具来查看生成的JWT Token中header和payLoad的明文


解析JWT字符串

1.     /**
2.      * 解析jwt字符串
3.      */
4.     @Test
5.     void resolveToken(){
6.         String token = "eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VySWRJbnQiOjEyMywidXNlcklkU3RyaW5nIjoiNDU2IiwidXNlck5hbWUiOiLnqIsiLCJleHAiOjE2NzU5MTQzMDZ9.MNC-YCxt8C0t9SNbj3_XMRknkK3-PKBP5xX6_JLB8y8";
7.         //创建解析对象，使用的算法和secret要和创建token时保持一致
8.         JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.HMAC256("12345")).build();
9.         DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify(token);
10.         System.out.println(decodedJWT.getPayload());//base64编码的payLoad
11.         Claim userIdInt = decodedJWT.getClaim("userIdInt");
12.         Claim userIdString = decodedJWT.getClaim("userIdString");
13.         Claim userName = decodedJWT.getClaim("userName");
14.         System.out.println("userIdInt:"+userIdInt.asInt());
15.         System.out.println("userIdString:"+userIdString.asString());
16.         System.out.println("userName:"+userName.asString());
17.         System.out.println("过期时间:"+new LocalDateTime(decodedJWT.getExpiresAt()));
18.     }

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如果我们设置的token时间短，比如设置为1秒

那么解析时为抛出如下异常

非对称签名

1. private static final String RSA_PRIVATE_KEY = "...";
2. private static final String RSA_PUBLIC_KEY = "...";
4.     /**
5.      * 生成token
6.      * @param payload token携带的信息
7.      * @return token字符串
8.      */
9. public static String getTokenRsa(Map<String,String> payload){
10.     // 指定token过期时间为7天
11.     Calendar calendar = Calendar.getInstance();
12.     calendar.add(Calendar.DATE, 7);
14.     JWTCreator.Builder builder = JWT.create();
15.     // 构建payload
16.     payload.forEach((k,v) -> builder.withClaim(k,v));
18.     // 利用hutool创建RSA
19.     RSA rsa = new RSA(RSA_PRIVATE_KEY, null);
20.     // 获取私钥
21.     RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) rsa.getPrivateKey();
22.     // 签名时传入私钥
23.     String token = builder.withExpiresAt(calendar.getTime()).sign(Algorithm.RSA256(null, privateKey));
24.     return token;
25. }
27.     /**
28.      * 解析token
29.      * @param token token字符串
30.      * @return 解析后的token
31.      */
32. public static DecodedJWT decodeRsa(String token){
33.     // 利用hutool创建RSA
34.     RSA rsa = new RSA(null, RSA_PUBLIC_KEY);
35.     // 获取RSA公钥
36.     RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) rsa.getPublicKey();
37.     // 验签时传入公钥
38.     JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.RSA256(publicKey, null)).build();
39.     DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify(token);
40.     return decodedJWT;
41. }

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