Java安全驗證之JWT實踐

先給出JWT的官方文檔

什麼是JWT?

JSON Web Token(JWT)是一個開放標準(RFC 7519),它定義了一種緊湊且獨立的方式,用於在各方之間作爲JSON對象安全地傳輸信息。

什麼時候應該使用JWT?

  • 授權:這是使用JWT的最常見方式。一旦用戶登錄,每個後續請求將包括JWT,允許用戶訪問該令牌允許的路由,服務和資源。Single Sign On是一種現在廣泛使用JWT的功能,因爲它的開銷很小,並且能夠在不同的域中輕鬆使用。
  • 信息交換:JSON Web令牌是在各方之間安全傳輸信息的好方法。因爲JWT可以通過簽名(使用公鑰/私鑰對 )覈實發送人的身份。此外,由於使用標頭和有效負載計算簽名,您還可以驗證內容是否未被篡改。

JWT令牌結構

JWT令牌由Header、Payload、Signature三部分組成,每部分之間用點號分隔,通常的形式爲xxxxx.yyyyy.zzzzz,下面分別對每部分做詳細介紹。

Header(頭)

Header通常由兩部分組成:令牌的類型,即JWT,以及使用的簽名算法,例如HMAC SHA256或RSA。

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

這個JSON被編碼爲Base64Url,形成JWT的第一部分。

Payload(有效載荷)

JWT的第二部分是有效載荷,其中包含聲明( claims)。聲明包含實體(通常是用戶)和其他自定義信息。聲明有三種類型:registered, publicprivate claims

  • registered claims :這是一組預定義聲明,不是強制性的,但建議使用,以提供一組有用的,可互操作的聲明。其中包括: iss(發行人), exp(到期時間),sub(主題), aud(受衆)。

請注意:聲明名稱只有三個字符,因爲JWT需要保持簡潔。

  • public claims:這些可以由使用JWT的人隨意定義。但爲避免衝突,應在 IANA JSON Web Token Register中定義它們,或者將其定義爲包含防衝突命名空間的URI。
  • private claims:這些是自定義聲明,用於在同意使用這些聲明的各方之間共享信息,這些信息既沒有註冊也沒有公開聲明。

Payload經過Base64Url編碼,形成JWT的第二部分。

請注意:對於JWT令牌,雖然可以防止被篡改,但任何人都可以讀取。除非加密,否則不要將祕密信息放在JWT的有效載荷或頭元素中。

Signature(簽名)

Signature由Base64Url加密的Header、Payload再使用Header中指定的算法加密之後再和secret組成。

如果要使用HMACSHA256算法,將按以下方式創建簽名:

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

Signature用於驗證消息在此過程中未被更改,並且,在使用私鑰簽名的令牌的情況下,它還可以驗證JWT的發件人的身份。

總結

最後將JWT的三部分由點號分隔作爲一個字符串,其可以在HTML和HTTP環境中輕鬆傳遞,並且比基於XML的標準的Token(如SAML)更加簡潔。

JWT工作流程

在身份驗證中,當用戶使用其憑據成功登錄時,將返回JSON Web Token。由於令牌是憑證,因此必須非常小心以防止出現安全問題。一般情況下,您不應該將令牌保留的時間超過要求。

每當用戶想要訪問受保護的路由或資源時,用戶發送JWT到相應的地址,通常在Authorization標頭中。請求頭的的內容應如下所示:

Authorization: Bearer <token>

在某些情況下,這可以是無狀態授權機制。服務器的受保護路由將檢查Authorization標頭中的有效JWT ,如果存在,則允許用戶訪問受保護資源。如果JWT包含必要的數據,則可以減少查詢數據庫以進行某些操作的需要,儘管可能並非總是如此。

如果在標Authorization頭中發送Token,則跨域資源共享(CORS)將不會成爲問題,因爲它不使用cookie。

下圖顯示瞭如何獲取JWT並用於訪問API或資源:

JSON Web Token如何工作

  1. 應用程序或客戶端向授權服務器發送授權請求。
  2. 授予授權後,授權服務器會嚮應用程序返回JWT。
  3. 應用程序使用JWT來訪問受保護資源(如API)。

請注意:使用JWT時,Token中包含的所有信息都會向用戶或其他方公開,即使他們無法更改。所以您不應該在令牌中放置祕密信息。

JWT中的JAVA實現

JWT的java實現非常多,詳細何以查看官方文檔

其中常用的有com.auth0.java-jwtio.jsonwebtoken.jjwt

這裏我採用 jjwt 作爲演示,因爲他的Github中的Star比較多。

Maven依賴

<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
    <artifactId>jjwt-api</artifactId>
    <version>0.10.5</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
    <artifactId>jjwt-impl</artifactId>
    <version>0.10.5</version>
    <scope>runtime</scope>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
    <artifactId>jjwt-jackson</artifactId>
    <version>0.10.5</version>
    <scope>runtime</scope>
</dependency>
<!-- Uncomment this next dependency if you want to use RSASSA-PSS (PS256, PS384, PS512) algorithms:
<dependency>
    <groupId>org.bouncycastle</groupId>
    <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
    <version>1.60</version>
    <scope>runtime</scope>
</dependency>
-->

創建Token

    //Sample method to construct a JWT
    public static String createJWT(String id, String issuer, String subject, long ttlMillis) {

        //The JWT signature algorithm we will be using to sign the token
        SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;

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

        //We will sign our JWT with our ApiKey secret
        byte[] apiKeySecretBytes = DatatypeConverter.parseBase64Binary( APP_ID + APP_SECRET);
        Key signingKey = new SecretKeySpec(apiKeySecretBytes, signatureAlgorithm.getJcaName());

        //Let's set the JWT Claims
        JwtBuilder builder = Jwts.builder().setId(id)
                .setIssuedAt(now)
                .setSubject(subject)
                .setIssuer(issuer)
                .signWith(signatureAlgorithm, signingKey);

        //if it has been specified, let's add the expiration
        if (ttlMillis >= 0) {
            long expMillis = nowMillis + ttlMillis;
            Date exp = new Date(expMillis);
            builder.setExpiration(exp);
        }

        //Builds the JWT and serializes it to a compact, URL-safe string
        return builder.compact();

    }

解析Token

     //Sample method to validate and read the JWT
    public static Claims parseJWT(String jwt) {

        //This line will throw an exception if it is not a signed JWS (as expected)
        Claims claims = Jwts.parser()
                .setSigningKey(DatatypeConverter.parseBase64Binary(APP_ID + APP_SECRET))
                .parseClaimsJws(jwt).getBody();
//        System.out.println("ID: " + claims.getId());
//        System.out.println("Subject: " + claims.getSubject());
//        System.out.println("Issuer: " + claims.getIssuer());
//        System.out.println("Expiration: " + claims.getExpiration());
        return claims;
    }

其中APP_IDAPP_SECRET可以自定義爲你想要的任何值,但是不能過於簡單。

你會發現我們再使用的時候沒有設置Header的值,因爲jjwt爲了我們使用方便會根據使用的簽名算法或壓縮算法自動設置它們。

使用

@Test
public void createJWT(){

    String jwt = JWTUtil.createJWT("1", "111", "admin", JWTUtil.DAY_TTL);
    System.out.println(jwt);
}

@Test
public void parseJWT(){
            Claims claims = JWTUtil.parseJWT("eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJqdGkiOiIxIiwiaWF0IjoxNTQ4Mjk1NjQ0LCJzdWIiOiJhZG1pbiIsImlzcyI6IjExMSIsImV4cCI6MTU0ODMzODg0NH0.WRkyeG3MfVor02Ya4732fgGydXhtkkKSDwbxOIZ2i9Y");
    System.out.println(claims);
}

如果想使用jjwt更復雜的功能或者其他的Java實現可以去他們相應的Github上學習。

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