初步理解JWT并实践使用

原文：https://www.jianshu.com/p/2fdc20a42c41

JWT是一种用于双方之间传递安全信息的简洁的、URL安全的表述性声明规范。JWT作为一个开放的标准（RFC 7519），定义了一种简洁的，自包含的方法用于通信双方之间以Json对象的形式安全的传递信息。因为数字签名的存在，这些信息是可信的，JWT可以使用HMAC算法或者是RSA的公私秘钥对进行签名。简洁(Compact): 可以通过URL，POST参数或者在HTTP header发送，因为数据量小，传输速度也很快
自包含(Self-contained)：负载中包含了所有用户所需要的信息，避免了多次查询数据库

JWT的主要应用场景

身份认证在这种场景下，一旦用户完成了登陆，在接下来的每个请求中包含JWT，可以用来验证用户身份以及对路由，服务和资源的访问权限进行验证。由于它的开销非常小，可以轻松的在不同域名的系统中传递，所有目前在单点登录（SSO）中比较广泛的使用了该技术。
信息交换在通信的双方之间使用JWT对数据进行编码是一种非常安全的方式，由于它的信息是经过签名的，可以确保发送者发送的信息是没有经过伪造的。

JWT的结构

JWT包含了使用.分隔的三部分：
Header 头部
Payload 负载
Signature 签名

其结构看起来是这样的Header.Payload.Signature

Header

在header中通常包含了两部分：token类型和采用的加密算法。{ "alg": "HS256", "typ": "JWT"}
接下来对这部分内容使用 Base64Url 编码组成了JWT结构的第一部分。

Payload

Token的第二部分是负载，它包含了claim， Claim是一些实体（通常指的用户）的状态和额外的元数据，有三种类型的claim：reserved, public 和 private.Reserved claims: 这些claim是JWT预先定义的，在JWT中并不会强制使用它们，而是推荐使用，常用的有 iss（签发者）,exp（过期时间戳）, sub（面向的用户）, aud（接收方）, iat（签发时间）。
Public claims：根据需要定义自己的字段，注意应该避免冲突
Private claims：这些是自定义的字段，可以用来在双方之间交换信息
负载使用的例子：{ "sub": "1234567890", "name": "John Doe", "admin": true}
上述的负载需要经过Base64Url编码后作为JWT结构的第二部分。

Signature

创建签名需要使用编码后的header和payload以及一个秘钥，使用header中指定签名算法进行签名。例如如果希望使用HMAC SHA256算法，那么签名应该使用下列方式创建：
HMACSHA256( base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)
签名用于验证消息的发送者以及消息是没有经过篡改的。
完整的JWT
完整的JWT格式的输出是以.
分隔的三段Base64编码，与SAML等基于XML的标准相比，JWT在HTTP和HTML环境中更容易传递。
下列的JWT展示了一个完整的JWT格式，它拼接了之前的Header， Payload以及秘钥签名：

 

如何使用JWT？
在身份鉴定的实现中，传统方法是在服务端存储一个session，给客户端返回一个cookie，而使用JWT之后，当用户使用它的认证信息登陆系统之后，会返回给用户一个JWT，用户只需要本地保存该token（通常使用local storage，也可以使用cookie）即可。
当用户希望访问一个受保护的路由或者资源的时候，通常应该在Authorization头部使用Bearer模式添加JWT，其内容看起来是下面这样：Authorization: Bearer <token>

因为用户的状态在服务端的内存中是不存储的，所以这是一种无状态的认证机制。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。由于JWT是自包含的，因此减少了需要查询数据库的需要。
JWT的这些特性使得我们可以完全依赖其无状态的特性提供数据API服务，甚至是创建一个下载流服务。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）。
下面的序列图展示了该过程：

 

为什么要使用JWT？
相比XML格式，JSON更加简洁，编码之后更小，这使得JWT比SAML更加简洁，更加适合在HTML和HTTP环境中传递。
在安全性方面，SWT只能够使用HMAC算法和共享的对称秘钥进行签名，而JWT和SAML token则可以使用X.509认证的公私秘钥对进行签名。与简单的JSON相比，XML和XML数字签名会引入复杂的安全漏洞。
因为JSON可以直接映射为对象，在大多数编程语言中都提供了JSON解析器，而XML则没有这么自然的文档-对象映射关系，这就使得使用JWT比SAML更方便
java json web token工具类

public class JwtHelper {

    private final static String base64Secret = "MDk4ZjZiY2Q0NjIxZDM3M2NhZGU0ZTgzMjYyN2I0ZjY=";
    private final static int expiresSecond = 172800000;

    public static Claims parseJWT(String jsonWebToken) {
        try {
            Claims claims = Jwts.parser()
                    .setSigningKey(DatatypeConverter.parseBase64Binary(base64Secret))
                    .parseClaimsJws(jsonWebToken).getBody();
            return claims;
        } catch (Exception ex) {
            return null;
        }
    }

    public static String createJWT(String username, String roles, String privileges) {
        SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;

        long nowMillis = System.currentTimeMillis();
        Date now = new Date(nowMillis);

        //生成签名密钥
        byte[] apiKeySecretBytes = DatatypeConverter.parseBase64Binary(base64Secret);
        Key signingKey = new SecretKeySpec(apiKeySecretBytes, signatureAlgorithm.getJcaName());

        //添加构成JWT的参数
        JwtBuilder builder = Jwts.builder().setHeaderParam("typ", "JWT")
                .claim("user_name", username)
                .claim("user_role", roles)
                .claim("user_privilege", privileges)
                .signWith(signatureAlgorithm, signingKey);
        //添加Token过期时间
        if (expiresSecond >= 0) {
            long expMillis = nowMillis + expiresSecond;
            Date exp = new Date(expMillis);
            builder.setExpiration(exp).setNotBefore(now);
        }

        //生成JWT
        return builder.compact();
    }
}