JSON Web Token（JWT）是目前最流行的跨域身份驗(yàn)證解決方案囤攀。蟲(chóng)蟲(chóng)今天給大家介紹JWT的原理和用法。
1.跨域身份驗(yàn)證
Internet服務(wù)無(wú)法與用戶(hù)身份驗(yàn)證分開(kāi)俐巴。一般過(guò)程如下。
1.用戶(hù)向服務(wù)器發(fā)送用戶(hù)名和密碼。
2.驗(yàn)證服務(wù)器后恬惯，相關(guān)數(shù)據(jù)（如用戶(hù)角色蜻牢，登錄時(shí)間等）將保存在當(dāng)前會(huì)話(huà)中烤咧。
3.服務(wù)器向用戶(hù)返回session_id，session信息都會(huì)寫(xiě)入到用戶(hù)的Cookie抢呆。
4.用戶(hù)的每個(gè)后續(xù)請(qǐng)求都將通過(guò)在Cookie中取出session_id傳給服務(wù)器煮嫌。
5.服務(wù)器收到session_id并對(duì)比之前保存的數(shù)據(jù)，確認(rèn)用戶(hù)的身份
這種模式最大的問(wèn)題是抱虐，沒(méi)有分布式架構(gòu)立膛，無(wú)法支持橫向擴(kuò)展。如果使用一個(gè)服務(wù)器梯码，該模式完全沒(méi)有問(wèn)題宝泵。但是，如果它是服務(wù)器群集或面向服務(wù)的跨域體系結(jié)構(gòu)的話(huà)轩娶，則需要一個(gè)統(tǒng)一的session數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)來(lái)保存會(huì)話(huà)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享儿奶，這樣負(fù)載均衡下的每個(gè)服務(wù)器才可以正確的驗(yàn)證用戶(hù)身份。
例如蟲(chóng)蟲(chóng)舉一個(gè)實(shí)際中常見(jiàn)的單點(diǎn)登陸的需求：站點(diǎn)A和站點(diǎn)B提供同一公司的相關(guān)服務(wù)■悖現(xiàn)在要求用戶(hù)只需要登錄其中一個(gè)網(wǎng)站闯捎，然后它就會(huì)自動(dòng)登錄到另一個(gè)網(wǎng)站。怎么做许溅？
一種解決方案是聽(tīng)過(guò)持久化session數(shù)據(jù)瓤鼻，寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)或文件持久層等。收到請(qǐng)求后贤重，驗(yàn)證服務(wù)從持久層請(qǐng)求數(shù)據(jù)茬祷。該解決方案的優(yōu)點(diǎn)在于架構(gòu)清晰，而缺點(diǎn)是架構(gòu)修改比較費(fèi)勁并蝗，整個(gè)服務(wù)的驗(yàn)證邏輯層都需要重寫(xiě)祭犯，工作量相對(duì)較大秸妥。而且由于依賴(lài)于持久層的數(shù)據(jù)庫(kù)或者問(wèn)題系統(tǒng)，會(huì)有單點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)沃粗，如果持久層失敗粥惧，整個(gè)認(rèn)證體系都會(huì)掛掉。
本文蟲(chóng)蟲(chóng)給大家介紹另外一種靈活的解決方案最盅，通過(guò)客戶(hù)端保存數(shù)據(jù)突雪，而服務(wù)器根本不保存會(huì)話(huà)數(shù)據(jù)，每個(gè)請(qǐng)求都被發(fā)送回服務(wù)器涡贱。 JWT是這種解決方案的代表挂签。
2. JWT的原則
JWT的原則是在服務(wù)器身份驗(yàn)證之后，將生成一個(gè)JSON對(duì)象并將其發(fā)送回用戶(hù)盼产，如下所示饵婆。
{
"UserName": "Chongchong",
"Role": "Admin",
"Expire": "2018-08-08 20:15:56"
}
之后，當(dāng)用戶(hù)與服務(wù)器通信時(shí)戏售，客戶(hù)在請(qǐng)求中發(fā)回JSON對(duì)象侨核。服務(wù)器僅依賴(lài)于這個(gè)JSON對(duì)象來(lái)標(biāo)識(shí)用戶(hù)。為了防止用戶(hù)篡改數(shù)據(jù)灌灾，服務(wù)器將在生成對(duì)象時(shí)添加簽名（有關(guān)詳細(xì)信息搓译，請(qǐng)參閱下文）。
服務(wù)器不保存任何會(huì)話(huà)數(shù)據(jù)锋喜，即服務(wù)器變?yōu)闊o(wú)狀態(tài)些己，使其更容易擴(kuò)展。
3. JWT的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
典型的嘿般，一個(gè)JWT看起來(lái)如下圖段标。
改對(duì)象為一個(gè)很長(zhǎng)的字符串，字符之間通過(guò)"."分隔符分為三個(gè)子串炉奴。注意JWT對(duì)象為一個(gè)長(zhǎng)字串逼庞，各字串之間也沒(méi)有換行符，此處為了演示需要瞻赶，我們特意分行并用不同顏色表示了赛糟。每一個(gè)子串表示了一個(gè)功能塊，總共有以下三個(gè)部分：
JWT的三個(gè)部分如下砸逊。JWT頭璧南、有效載荷和簽名，將它們寫(xiě)成一行如下师逸。
我們將在下面介紹這三個(gè)部分司倚。
3.1 JWT頭
JWT頭部分是一個(gè)描述JWT元數(shù)據(jù)的JSON對(duì)象，通常如下所示。
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
在上面的代碼中对湃，alg屬性表示簽名使用的算法崖叫，默認(rèn)為HMAC SHA256（寫(xiě)為HS256）遗淳；typ屬性表示令牌的類(lèi)型拍柒，JWT令牌統(tǒng)一寫(xiě)為JWT。
最后屈暗，使用Base64 URL算法將上述JSON對(duì)象轉(zhuǎn)換為字符串保存拆讯。
3.2 有效載荷
有效載荷部分，是JWT的主體內(nèi)容部分养叛，也是一個(gè)JSON對(duì)象种呐，包含需要傳遞的數(shù)據(jù)。 JWT指定七個(gè)默認(rèn)字段供選擇弃甥。
iss：發(fā)行人
exp：到期時(shí)間
sub：主題
aud：用戶(hù)
nbf：在此之前不可用
iat：發(fā)布時(shí)間
jti：JWT ID用于標(biāo)識(shí)該JWT
除以上默認(rèn)字段外爽室，我們還可以自定義私有字段，如下例：
{
"sub": "1234567890",
"name": "chongchong",
"admin": true
}
請(qǐng)注意淆攻，默認(rèn)情況下JWT是未加密的阔墩，任何人都可以解讀其內(nèi)容，因此不要構(gòu)建隱私信息字段瓶珊，存放保密信息啸箫，以防止信息泄露。
JSON對(duì)象也使用Base64 URL算法轉(zhuǎn)換為字符串保存伞芹。
3.3簽名哈希
簽名哈希部分是對(duì)上面兩部分?jǐn)?shù)據(jù)簽名忘苛，通過(guò)指定的算法生成哈希，以確保數(shù)據(jù)不會(huì)被篡改唱较。
首先扎唾，需要指定一個(gè)密碼（secret）。該密碼僅僅為保存在服務(wù)器中南缓，并且不能向用戶(hù)公開(kāi)稽屏。然后，使用標(biāo)頭中指定的簽名算法（默認(rèn)情況下為HMAC SHA256）根據(jù)以下公式生成簽名西乖。
HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload),
secret)
在計(jì)算出簽名哈希后狐榔，JWT頭，有效載荷和簽名哈希的三個(gè)部分組合成一個(gè)字符串获雕，每個(gè)部分用"."分隔薄腻，就構(gòu)成整個(gè)JWT對(duì)象。
3.4 Base64URL算法
如前所述届案，JWT頭和有效載荷序列化的算法都用到了Base64URL庵楷。該算法和常見(jiàn)Base64算法類(lèi)似，稍有差別。
作為令牌的JWT可以放在URL中（例如api.example/?token=xxx）尽纽。 Base64中用的三個(gè)字符是"+"咐蚯，"/"和"="，由于在URL中有特殊含義弄贿，因此Base64URL中對(duì)他們做了替換："="去掉春锋，"+"用"-"替換，"/"用"_"替換差凹，這就是Base64URL算法期奔，很簡(jiǎn)單把。
4. JWT的用法
客戶(hù)端接收服務(wù)器返回的JWT危尿，將其存儲(chǔ)在Cookie或localStorage中呐萌。
此后，客戶(hù)端將在與服務(wù)器交互中都會(huì)帶JWT谊娇。如果將它存儲(chǔ)在Cookie中肺孤，就可以自動(dòng)發(fā)送，但是不會(huì)跨域济欢，因此一般是將它放入HTTP請(qǐng)求的Header Authorization字段中赠堵。
Authorization: Bearer
當(dāng)跨域時(shí)，也可以將JWT被放置于POST請(qǐng)求的數(shù)據(jù)主體中船逮。
5. JWT問(wèn)題和趨勢(shì)
1顾腊、JWT默認(rèn)不加密，但可以加密挖胃。生成原始令牌后杂靶，可以使用改令牌再次對(duì)其進(jìn)行加密。
2酱鸭、當(dāng)JWT未加密方法是吗垮，一些私密數(shù)據(jù)無(wú)法通過(guò)JWT傳輸。
3凹髓、JWT不僅可用于認(rèn)證烁登，還可用于信息交換。善用JWT有助于減少服務(wù)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)庫(kù)的次數(shù)蔚舀。
4饵沧、JWT的最大缺點(diǎn)是服務(wù)器不保存會(huì)話(huà)狀態(tài)，所以在使用期間不可能取消令牌或更改令牌的權(quán)限赌躺。也就是說(shuō)狼牺，一旦JWT簽發(fā)，在有效期內(nèi)將會(huì)一直有效礼患。
5是钥、JWT本身包含認(rèn)證信息掠归，因此一旦信息泄露，任何人都可以獲得令牌的所有權(quán)限悄泥。為了減少盜用虏冻，JWT的有效期不宜設(shè)置太長(zhǎng)。對(duì)于某些重要操作弹囚，用戶(hù)在使用時(shí)應(yīng)該每次都進(jìn)行進(jìn)行身份驗(yàn)證厨相。
6、為了減少盜用和竊取余寥，JWT不建議使用HTTP協(xié)議來(lái)傳輸代碼领铐，而是使用加密的HTTPS協(xié)議進(jìn)行傳輸悯森。
未完待續(xù)Ｋ蜗稀！瓢姻！
