JWT RSA无状态鉴权基本原理与使用（token入门)

Bertha 。 2024-04-19 10:13 65阅读 0赞

在线生成非对称加密公钥私钥对、在线生成公私钥对、RSA Key pair create、生成RSA密钥对：[http://web.chacuo.net/netrsakeypair][http_web.chacuo.net_netrsakeypair]

RSA加密公私钥证书的生成参见自己的git工程yusp-mark。

什么是数字签名的经典讲解：[http://www.youdzone.com/signature.html][http_www.youdzone.com_signature.html]

数字证书工作原理及基本流程：[https://blog.csdn.net/itwxming/article/details/101026306][https_blog.csdn.net_itwxming_article_details_101026306]

# 1.无状态登录原理 #

## 1.1 什么是无状态？  ##

###    1.1.1有状态服务： ###

即服务端需要记录每次会话的客户端信息，从而识别客户端身份，根据用户身份进行请求的处理，典型的设计如tomcat中的session。

例如登录：用户登录后，我们把登录信息保存在服务端session中，并且给用户一个cookie值，记录对应的session中。下次请求，用户通过cookieId从而查询到对应的session找到用户的信息。  
**缺点:**

*  服务端保存大量数据，增加服务端压力
 *  服务端保存用户状态，无法进行水平扩展
 *  客户端请求依赖服务端，多次请求必须访问同一台服务器

### 1.1.2无状态服务： ###

微服务集群中的每个服务，对外提供的都是Rest风格的接口。而Rest风格的一个最重要的规范就是：**服务的无状态性**，即：  
1、 服务端不保存任何客户端请求者信息。  
2、客户端的每次请求必须具备自描述信息，通过这些信息识别客户端身份。

**优点:**

*  客户端请求不依赖服务端的信息，任何多次请求不需要必须访问到同一台服务
 *  服务端的集群和状态对客户端透明
 *  服务端可以任意的迁移和伸缩
 *  减小服务端存储压力

### 1.1.3无状态登录的过程： ###

1.  当客户端第一次请求服务时，服务端对用户进行信息认证（登录）。
2.  认证通过，将用户信息进行加密形成token，返回给客户端，作为登录凭证。
3.  以后每次请求，客户端都携带认证的token。
4.  服务端对token进行解密，判断是否有效。

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# 2 JWT #

## 2.1简介[https://jwt.io/introduction/][https_jwt.io_introduction] ##

JWT，全称是Json Web Token， 是JSON风格轻量级的授权和身份认证规范，可实现无状态、分布式的Web应用授权。  
[JWT官网][JWT]  
[GitHub上jwt的java客户端][GitHub_jwt_java]

## 2.2数据格式 ##

JWT的token通常有三个部分：标题，有效负载和签名。  
            **Header：**标头标识用于生成签名的算法。通常头部有两部分信息：

header = '{"alg":"HS256","typ":"JWT"}'

- 声明类型type，这里是JWT（type=jwt）

- 加密算法，自定义(rs256/base64/hs256)

**我们会对头部进行base64加密（可解密），得到第一部分数据**

** Payload**：载荷，就是有效数据，包含我们希望提出的声明，一般包含下面信息：

payload = '{"loggedInAs":"admin","iat":1422779638}'

- 用户身份信息-userid,username（注意，这里因为采用base64加密，可解密，因此不要存放敏感信息）

- 注册声明：如token的签发时间，过期时间，签发人等

正如JWT规范中所建议的那样，我们包含一个时间戳，称为`iat`“发布时”的缩写。

**这部分也会采用base64加密，得到第二部分数据**

**Signature：**通过header中设置的加密算法加密。签名，是整个数据的认证信息。一般根据前两步的数据，**再加上服务的的密钥**（secret）（不要泄漏，最好周期性更换），通过加密算法生成。用于验证整个数据完整和可靠性。

签名由base64url编码头和有效负载计算，并以句点作为分隔符连接：

key = 'secretkey'
    unsignedToken = encodeBase64(header) + '.' + encodeBase64(payload)
    signature = HMAC-SHA256(key, unsignedToken)

**最后：我们base64url编码签名，并使用句点将这三个部分连接在一起：**

token = encodeBase64(header) + '.' + encodeBase64(payload) + '.' + encodeBase64(signature)
    
    # token is now:
    eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJsb2dnZWRJbkFzIjoiYWRtaW4iLCJpYXQiOjE0MjI3Nzk2Mzh9.gzSraSYS8EXBxLN_oWnFSRgCzcmJmMjLiuyu5CSpyHI

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2l0d3htaW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2l0d3htaW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

## 2.3JWT交互流程 ##

流程图：

步骤翻译：

*  1、用户登录
 *  2、服务的认证，通过后根据secret生成token
 *  3、将生成的token返回给浏览器
 *  4、用户每次请求携带token
 *  5、服务端利用公钥解读jwt签名，判断签名有效后，从Payload中获取用户信息
 *  6、处理请求，返回响应结果

因为JWT签发的token中已经包含了用户的身份信息，并且每次请求都会携带，这样服务的就无需保存用户信息，甚至无需去数据库查询，完全符合了Rest的无状态规范。

## 2.4.加密分类-非对称加密 ##

加密技术是对信息进行编码和解码的技术，编码是把原来可读信息（又称明文）译成代码形式（又称密文），其逆过程就是解码（解密），加密技术的要点是加密算法，加密算法可以分为三类：

###     对称加密，如AES ###

**      基本原理：**将明文分成N个组，然后使用密钥对各个组进行加密，形成各自的密文，最后把所有的分组密文进行合并，形成最终的密文。  
      **优势：**算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高  
      **缺陷**：双方都使用同样密钥，安全性得不到保证

###        非对称加密，如RSA ###

加密和解密用不同的秘钥，分别是私钥和公钥，这两个密钥是成对出现的，**公钥加密**过的密文只有对应的私钥能解密；**私钥签名**过的密文可以通过对应的公钥验签。原则上私钥是不能在网络中传递的。

**      基本原理：**同时生成两把密钥：私钥和公钥，私钥隐秘保存，公钥可以下发给信任客户端  
            **私钥加密**，持有私钥或公钥才可以解密  
            **公钥加密**，持有私钥才可解密  
  **    优点：**安全，难以破解  
    **  缺点：**算法比较耗时

###        不可逆加密，如MD5，SHA ###

**基本原理：**加密过程中不需要使用密钥，输入明文后由系统直接经过加密算法处理成密文，这种加密后的数据是无法被解密的，无法根据密文推算出明文。

RSA算法历史：

1977年，三位数学家Rivest、Shamir 和 Adleman 设计了一种算法，可以实现非对称加密。这种算法用他们三个人的名字缩写：RSA。

# 3 使用 #

## 3.1使用JWT ##

在pom.xml中引入JWT依赖：

<dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.commons</groupId>
            <artifactId>commons-lang3</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
            <artifactId>jjwt</artifactId>
            <version>0.9.0</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>joda-time</groupId>
            <artifactId>joda-time</artifactId>
        </dependency>
    </dependencies>

**创建一个token**  
首先需要通过JWT.create()创建一个 JWTCreator 实例， 使用生成器定义令牌需要的自定义声明。最后获取字符串令牌调用sign()并传递算法实例。

RSAPublicKey publicKey = //Get the key instance
    RSAPrivateKey privateKey = //Get the key instance
    try {
        Algorithm algorithm = Algorithm.RSA256(publicKey, privateKey);
        String token = JWT.create()
            .withIssuer("username")
            .sign(algorithm);
    } catch (JWTCreationException exception){
        //Invalid Signing configuration / Couldn't convert Claims.
    }

**验证一个token**

对于传递过来的token需要进行解析，获取对应的的用户信息,如果解析成功，则说明是同一个用户。

/**
         * 公钥解析token
         *
         * @param token     用户请求中的token
         * @return
         */
        private static Jws<Claims> parserToken(String token, byte[] publicKey) throws Exception {
            return Jwts.parser().setSigningKey(RsaUtils.getPublicKey(publicKey))
                    .parseClaimsJws(token);
        }

后续访问网站其他功能，需要携带token进行验证，如果验证不通过则可以拒绝访问。

注：纯JWT在签名时的密钥安全性有问题，所以再结合RSA的公私钥安全性来解决。

**如果只能用http的话，前后端交互时不能只将用户信息封装进JWT中，否则token被人截获可以冒用。应该将所有的动态参数也封装进token里去，使之变成动态token，并解析比对token里的参数和获取到的参数的一致性。防止token有效，但参数被篡改！！！或者直接用https。**

[http_web.chacuo.net_netrsakeypair]: http://web.chacuo.net/netrsakeypair
[http_www.youdzone.com_signature.html]: http://www.youdzone.com/signature.html
[https_blog.csdn.net_itwxming_article_details_101026306]: https://blog.csdn.net/itwxming/article/details/101026306
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2l0d3htaW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/18/07932491763c41d288ab2c1d92135bd4.png
[https_jwt.io_introduction]: https://jwt.io/introduction/
[JWT]: https://jwt.io/
[GitHub_jwt_java]: https://github.com/jwtk/jjwt
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2l0d3htaW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/18/860da0a6225a4629957de7e108516215.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2l0d3htaW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/18/30fa204b05f24b78b3435c0cee3719c7.png