基于Token的身份验证——JSON Web Token
Token的维基百科
- token的维基百科，可以了解Token的发展和定义。
Token的广泛应用
- 现如今的很多大型网站，比如Facebook、Twitter、Google+以及Github等等，比起传统的身份验证方法，Token扩展性更强，也更安全点，非常适合用在Web应用或者移动应用上。
- Token的在中文翻译中有”令牌”之意，意思就是，你只有拿着令牌，才能打开一道通往新世界的大门。
传统身份验证的方法
- HTTP是一种没有状态的协议，也就是它并不知道是谁访问应用。这里可以把用户看作是客户端，客户端使用用户名(username)和密码(password)通过了身份验证，但是这种方式再下次这个客户端再发送请求的时候，还需要再次验证一下。
- 解决的方法就是，当用户请求登录的时候，如果没有问题(正确的用户名和密码)，会在服务器端生成一条记录，这条记录可以说明一下登录的用户是谁，然后是把这条记录的ID号发送给客户端，客户端接收到这条记录的ID号之后把这个ID号存储在Cookie里，下次这个用户再向服务器端发送请求的时候，可以携带这个Cookie，这样在服务器端会验证一下这个Cookie里的信息，看看能不能在服务器端这里找到对应的记录，如果可以，说明用户已经通过了身份验证，就把用户请求的数据返回给客户端了。
- 以上所述的就是Session，需要在服务器端存储为登录的用户生成的Session，这些Session可能会存储在内存，磁盘，或者数据库里。同时也可能需要在服务器端定期的去清理过期的Session。
基于Token的身份验证方法
- 使用基于Token的身份验证方法，在服务器端不需要存储用户的登录记录。大概的流程是这样的：
- 1、客户端使用用户名跟密码进行请求登录
- 2、服务端收到请求，去验证用户名和密码
- 3、验证成功后，服务端会签发一个Token，再把这个Token发送给客户端
- 4、客户端收到Token以后可以把它存储起来，比如放在Cookie里或者Local Storage里
- 5、客户端每次向服务端请求资源的时候需要带着服务端签发的Token
- 6、服务端收到请求，然后去验证客户端请求里面带着的Token，如果验证成功，就向客户端返回请求的数据
JWT
- 实施Token验证的方法挺多的，还有一些标准方法，比如JWT，读作：jot，表示：JSON Web Tokens。JWT 标准的Token有三个部分：
- header(头部)
- payload(数据)
- signature(签名)
- 中间用点分隔开，并且都会使用Base64编码，所以真正的Token看起来像这样：
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJuYW1lIjoiSmFja0RhbiIsImFkbWluIjp0cnVlLCJpYXQiOjE1MzYxMzQxMzcsImV4cCI6NDY5ODM3NDEzN30.yuGHsgfJbg5ArbeVGKJENQOYuBsYFFLDbwiExkPSH_kHeader
- 每个JWT token 里面都有一个header，也就是头部数据。里面包含了使用的算法，这个JWT是不是带标签名或者加密的。主要就是说明一下怎么处理这个JWT token。
- 头部里包含的东西可能会根据JWT的类型有所变化，比如一个加密的JWT里面包含使用的加密的算法。唯一在头部里面要包含的是alg 这个属性，如果是加密的JWT，这个属性的值就是使用的签名或者解密的算法。如果是未加密的JWT，这个属性就设置为none。
- 示例：
{
"alg": "HS256"
}- 意思是这个JWT用的算法是HS256。上面的内容得用base64url的形式编码一下，所以就变成这样：
eyJuYW1lIjoiSmFja0RhbiIsImFkbWluIjp0cnVlLCJpYXQiOjE1MzYxMzQxMzcsImV4cCI6NDY5ODM3NDEzN30Payload
- Payload里面是Token的具体内容，这些内容里面有一些是标准字段，也可以添加其他需要的内容。下面是标准字段：
- iss:Issuer，发行者
- sub:Subject，主题
- aud:Audience，观众
- exp:Expiration time，过期时间
- nbf:Not before
- iat:Issued at，发行时间
- jti:JWT ID
- 比如下面这个Payload，用到了iss 发行人，还有exp 过期时间这两个标准字段。另外还有两个自定义的字段，一个是name，还有一个是admin。
{
"iss": "fengjun.com",
"exp": "145637890",
"name": "JackDan",
"admin": true
}- 使用base64url编码以后变成了这个样子：
eyJuYW1lIjoiSmFja0RhbiIsImFkbWluIjp0cnVlLCJpYXQiOjE1MzYxMzQxMzcsImV4cCI6NDY5ODM3NDEzN30Signature
- JWT的最后一部分是Singature，这部分内容有三个部分，先是用Base64编码的header.payload，再用加密算法加密一下，加密的时候要放进去一个Secret，这个相当于是一个密码，这个密码秘密地存储在服务端。
- header
- payload
- secret
const encodedString = base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload);
HMACSHA256(encodedString, 'secret');- 处理完成之后看起来像这样：
yuGHsgfJbg5ArbeVGKJENQOYuBsYFFLDbwiExkPSH_k- 最后这个在服务端生成并且要发送给客户端的Token看起来像这样：
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJuYW1lIjoiSmFja0RhbiIsImFkbWluIjp0cnVlLCJpYXQiOjE1MzYxMzQxMzcsImV4cCI6NDY5ODM3NDEzN30.yuGHsgfJbg5ArbeVGKJENQOYuBsYFFLDbwiExkPSH_k- 客户端收到这个Token以后把它存储下来，下回向服务端发送请求的时候就带着这个Token。服务端收到这个Token，然后进行验证，通过以后就会返回给客户端想要的资源。
代码验证——签发和验证JWT
- 在应用里实施使用基于JWT这种Token的身份验证方法，你可以先去找一个签发与验证JWT的功能包。无论你的后端应用使用的是什么样的程序语言，系统，或者框架，你应该都可以找到提供类似功能的包。
- 这里采用Node.js来进行代码验证。
准备项目
- 准备一个简单的Node.js项目
cd testWorkspace
mkdir jwt_demo
cd jwt_demo
npm init -y- 效果图如下:
安装签发与验证JWT的功能包，这里使用的是jsonwebtoken，在项目里面安装这个包。
效果图如下:
package.json效果图:
签发JWT
- 在项目里随便添加一个
.js文件，比如index.js，在文件里添加下面这些代码:
const jwt = require('jsonwebtoken')
// token data token数据
const payload = {
name: 'JackDan',
admin: true
}
// secret 密钥
const secret = 'JUNJUNLOVEFENGFENG'
// 签发 token
const token = jwt.sign(payload, secret, {expiresIn: '36600days'})
// 输出签发的 Token
console.log(token)- 非常简单，就是用了刚刚为项目安装的
jsonwebtoken里面提供的jwt.sign功能，去签发一个token。这个sign方法需要三个参数:
- 1、payload: 签发的token里面要包含的一些数据。
- 2、secret: 签发token用的密钥，在验证token的时候同样需要用到这个密钥。
- 3、options: 一些其他的选项。
- 在命令行下面，用node命令，执行一下项目里的
index.js这个文件(node index.js)，会输出应用签发的token:
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJuYW1lIjoiSmFja0RhbiIsImFkbWluIjp0cnVlLCJpYXQiOjE1MzYxMzQxMzcsImV4cCI6NDY5ODM3NDEzN30.yuGHsgfJbg5ArbeVGKJENQOYuBsYFFLDbwiExkPSH_k- 上面的Token内容并没有加密，所以如果用一些JWT解码功能，可以看到Token里面包含的内容，内容由三个部分组成，像这样:
// header
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
// payload
{
name: 'JackDan',
admin: true,
iat: 1536134993,
exp: 4698374993
}
// signature
yuGHsgfJbg5ArbeVGKJENQOYuBsYFFLDbwiExkPSH_k- 假设用户通过某种身份验证，你就可以使用上面签发的Token的功能为用户签发一个Token。一般在客户端那里会把它保存在Cookie或者LocalStorage里面。
- 用户下次向我们的应用请求受保护资源的时候，可以在请求里带着我们给它签发的这个Token，后端应用收到请求，检查签名，如果验证通过确定这个Token是我们自己签发的，那就可以为用户响应回他需要的资源。
验证JWT
- 验证JWT的有效性，确定一下用户的JWT是我们自己签发的，首先要得到用户的这个JWT Token，然后用
jwt.verify这个方法去做一下验证。这个方法是Node.js的jsonwebtoken这个包提供的，在其他的应用框架或者系统里，你可能会找到类似的方法来验证JWT。 - 打开项目中的index.js文件，添加如下代码:
// 验证 Token
jwt.verify(token, secret, (error, decoded) => {
if (error) {
console.log(error.message)
return
}
console.log(decoded)
})- 把要验证的Token数据，还有签发这个Token的时候用的那个密钥告诉verify这个方法，在一个回调里面有两个参数，error表示错误，decoded是解码之后的Token数据。
- 执行:
C:\projects\testWorkspace\jwt_demo>node index.js- 输出数据:
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJuYW1lIjoiSmFja0RhbiIsImFkbWluIjp0cnVlLCJpYXQiOjE1MzYxMzQ5OTMsImV4cCI6NDY5ODM3NDk5M30.ELAlzPGVvjsK0kK1Yl1PArb0wS3860R6c7mqG-5M4eY
{ name: 'JackDan', admin: true, iat: 1536134993, exp: 4698374993 }RS256算法
- 默认签发还有验证Token的时候用的是HS256算法，这种算法需要一个密钥(密码)。我们还可以使用RS256算法签发与验证JWT。这种方法可以让我们分离开签发与验证，签发时需要用一个密钥，验证时使用公钥，也就是有公钥的地方可以做验证，但是不能做签发。
- 在项目下面创建一个新的目录，里面可以存储即可将生成的密钥与公钥文件。
C:\projects\testWorkspace\jwt_demo>mkdir config
C:\projects\testWorkspace\jwt_demo>cd config- 密钥
- 先生成一个密钥:
C:\projects\testWorkspace\jwt_demo\config>ssh-keygen -t rsa -b 2048 -f private.key- 公钥
- 基于上面生成的密钥，再去创建一个对应的公钥:
C:\projects\testWorkspace\jwt_demo\config>openssl rsa -in private.key -pubout -outform PEM -out public.key- 效果图如下:
签发JWT(RS256算法)
- 用RS256算法签发JWT的时候，需要从文件系统上读取创建的密钥文件里的内容。
const fs = require('fs')
// 获取签发 JWT 时需要用的密钥
const privateKey = fs.readFileSync('./config/private.key')- 效果图:
- 签发仍然使用
jwt.sign方法，只不过在选项参数里特别说明一下使用的算法是RS256:
// 获取验证 JWT 时需要用的公钥
const publickey = fs.readFileSync('./config/public.key')
// 验证 Token
jwt.verify(tokenRS256, publickey, (error, decoded) => {
if (error) {
console.log(error.message)
return
}
console.log(decoded)
})
- 效果图:
代码地址
- jwt_demo，个人验证代码的github地址。
JackDan Thinking