JWT详解

1、JWT介绍

定义：JSON Web Token（缩写 JWT）是目前最流行的跨域认证解决方案
JWT官网：https://jwt.io/

由于HTTP协议是无状态的，如果想判定一个接口是否被认证后访问，就需要借助cookie或者session会话机制进行判定，但是由于现在的系统架构不止一台服务器，此时要借助数据库或者全局缓存做存储，这种方案受限太多。
JWT提供提供了一种更好的方案，由令牌发布者发布令牌，其他服务持有令牌，当接口访问时需要提供令牌，并由令牌发布者去验证这个令牌。优点是简单快捷、不需要依赖任何第三方就能实现身份认证，缺点是任何持有令牌的用户都可以认证通过。

2、JWT的数据结构

正常的JWT数据结构如下：

JWT是一段字符串，中间由.分割为三部分。
分别是
Header：头部
Payload：负载
Payload：负载
JWT的格式即为：Header.Payload.Signature

2.1、Header头部

Header部分是一个JSON对象，描述JWT的元数据。
格式如下：
{
“alg”: “HS256”,
“typ”: “JWT”
}
alg属性表示签名的算法（algorithm），默认值为HMAC SHA256（HS256）;
typ属性表示这个令牌（token）的类型，JWT的令牌值为"JWT"。

2.2、Payload负载

Payload 部分也是一个 JSON 对象，用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段。
iss (issuer)：签发人

exp (expiration time)：过期时间

sub (subject)：主题

aud (audience)：受众

nbf (Not Before)：生效时间

iat (Issued At)：签发时间

jti (JWT ID)：编号
除了官方字段还可以使用withClaim(“name”, name)定义私有字段。
例如
{
“name”:“zhansan”
}

注意：JWT默认是明文展示，任何人都可以读取到，所以此处不要放私密信息。

2.3、Signature签名

Signature 部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。
指定一个密钥（secret）,使用Header里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256），按照下面的公式产生签名。
HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + “.” +base64UrlEncode(payload),secret);
得到签名后，把 Header、Payload、Signature 三个部分拼成一个字符串，每个部分之间用（.）分隔，并返回给用户。

2.4、Base64URL字符串编码

上文提到Header和Payload字符编码采用的是Base64URL，和Base64算法类似。Base64算法中还有"+","/","=“字符串，在URL里面有特殊含义，所以要被替换掉：”=“省略、”+“替换成”-","/“替换成”_",这就是Base64URL算法。

3、JWT实现应用

Maven依赖

<dependency>
     <groupId>com.auth0</groupId>
     <artifactId>java-jwt</artifactId>
     <version>3.8.0</version>
</dependency>

实现代码

import com.auth0.jwt.JWT;
import com.auth0.jwt.JWTVerifier;
import com.auth0.jwt.algorithms.Algorithm;
import com.auth0.jwt.interfaces.Claim;
import com.auth0.jwt.interfaces.DecodedJWT;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.util.Calendar;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class TokenUtil {
    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(TokenUtil.class);
    /**
     * Token的过期时间
     */
    private static final Integer EXPIRE_TIME = 24 * 60 * 60;
    /**
     * Token的私钥
     */
    private static final String TOKEN_SECRET = "token_secret";

    public static String createToken(String userName) {
        try {
            // 设置过期时间
            Calendar nowTime = Calendar.getInstance();
            nowTime.add(Calendar.SECOND, EXPIRE_TIME);
            Date expireDate = nowTime.getTime();
            //私钥和加密算法
            Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256(TOKEN_SECRET);
            // 设置头部信息
            Map<String, Object> header = new HashMap<>();
            header.put("typ", "JWT");
            header.put("alg", "HS256");
            // 返回token字符串
            return JWT.create()
                    .withHeader(header)
                    .withClaim("userName", userName)
                    .withIssuedAt(new Date())
                    .withExpiresAt(expireDate)
                    .sign(algorithm);
        } catch (Exception e) {
            logger.error("CreateToken Error", e);
            return null;
        }
    }

    /**
     * 检验token是否正确
     */
    public static boolean verify(String token) {
        try {
            Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256(TOKEN_SECRET);
            JWTVerifier verifier = JWT.require(algorithm).build();
            //未验证通过会抛出异常
            verifier.verify(token);
            return true;
        } catch (Exception e) {
            logger.error("verify Error", e);
            return false;
        }
    }

    /**
     * 获取自定字段
     */
    public static Map<String, Claim> getClaims(String token) {
        try {
            Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256(TOKEN_SECRET);
            JWTVerifier verifier = JWT.require(algorithm).build();
            DecodedJWT decodedJWT = verifier.verify(token);
            return decodedJWT.getClaims();
        } catch (Exception e) {
            logger.error("getClaims Error", e);
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    /**
     * 获取JWT
     */
    public static DecodedJWT getDecoded(String token) {
        try {
            JWTVerifier verifier = JWT.require(Algorithm.HMAC256(TOKEN_SECRET)).build();
            DecodedJWT jwt = verifier.verify(token);
            return jwt;
        } catch (UnsupportedEncodingException e) {
            logger.error("getDecoded Error", e);
            return null;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String token = TokenUtil.createToken("zhansan");
        System.out.println(TokenUtil.verify(token));
        Map<String, Claim> claims = TokenUtil.getClaims(token);
        Claim userName = claims.get("userName");
        System.out.println(userName.asString());
        DecodedJWT jwt = TokenUtil.getDecoded(token);
        System.out.println(jwt.getType());
        System.out.println(jwt.getPayload());
        System.out.println(jwt.getSignature());
        System.out.println(jwt.getToken());
    }
}