一、简介:
HTTP协议是无状态的,也就是说,如果我们已经认证了一个用户,那么他下一次请求的时候,服务器不知道我是谁,我们必须再次认证。互联网服务离不开用户认证。一般流程是下面这样:
1、用户向服务器发送用户名和密码。 2、服务器验证通过后,在当前对话(session)里面保存相关数据,比如用户角色、登录时间等等。 3、服务器向用户返回一个 session_id,写入用户的 Cookie。 4、用户随后的每一次请求,都会通过 Cookie,将session_id 传回服务器。 5、服务器收到 session_id,找到前期保存的数据,由此得知用户的身份。
这种模式的问题在于,扩展性(scaling)不好。单机当然没有问题,如果是服务器集群,或者是跨域的服务导向架构,就要求 session 数据共享,每台服务器都能够读取 session。
举例来说,A 网站和 B 网站是同一家公司的关联服务。现在要求,用户只要在其中一个网站登录,再访问另一个网站就会自动登录,请问怎么实现?
一种解决方案是 session 数据持久化,写入数据库或别的持久层。各种服务收到请求后,都向持久层请求数据。这种方案的优点是架构清晰,缺点是工程量比较大。另外,持久层万一挂了,就会单点失败。
另一种方案是服务器索性不保存 session 数据了,所有数据都保存在客户端,每次请求都发回服务器。JWT 就是这种方案的一个代表。
JWT 的原理是,服务器认证以后,生成一个 JSON 对象,发回给用户,就像下面这样。
{
“姓名”: “张三”,
“角色”: “管理员”,
“到期时间”: “2018年7月1日0点0分”
}
以后,用户与服务端通信的时候,都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。为了防止用户篡改数据,服务器在生成这个对象的时候,会加上签名。服务器就不保存任何 session 数据了,也就是说,服务器变成无状态了,从而比较容易实现扩展。
1、实际的 JWT 大概就像下面这样: eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpc3MiOiJuaW5naGFvLm5ldCIsImV4cCI6IjE0Mzg5NTU0NDUiLCJuYW1lIjoid2FuZ2hhbyIsImFkbWluIjp0cnVlfQ.SwyHTEx_RQppr97g4J5lKXtabJec 2、它是一个很长的字符串,中间用点(.)分隔成三个部分。JWT 的三个部分依次如下: Header(头部) Payload(负载) Signature(签名) 3、写成一行,就是下面的样子 Header.Payload.Signature
五、JWT 的三个部分
{
“alg”: “HS256”,
“typ”: “JWT”
}
上面代码中,alg属性表示签名的算法(algorithm),默认是 HMAC SHA256(写成HS256);typ属性表示这个令牌(token)的类型(type),JWT 令牌统一写为JWT,这个 JSON 对象使用Base64URL 算法转成字符串。
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,供选用。
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
注意,JWT 默认是不加密的,任何人都可以读到,所以不要把秘密信息放在这个部分。这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。
3、Signature(签名)
Signature 部分是对前两部分的签名,防止数据篡改。首先,需要指定一个密钥(secret)。这个密钥只有服务器才知道,不能泄露给用户。然后,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)
算出签名以后,把 Header、Payload、Signature 三个部分拼成一个字符串,每个部分之间用"点"(.)分隔,就可以返回给用户。
1、在认证的时候,当用户用他们的凭证成功登录以后,一个JSON Web Token将会被返回。此后,token就是用户凭证了,你必须非常小心以防止出现安全问题。一般而言,你保存令牌的时候不应该超过你所需要它的时间。
2、客户端收到服务器返回的 JWT,可以储存在 Cookie 里面,也可以储存在 localStorage
3、此后,客户端每次与服务器通信,都要带上这个 JWT。你可以把它放在 Cookie 里面自动发送,但是这样不能跨域,所以更好的做法是放在 HTTP 请求的头信息Authorization字段里面,因为它不使用cookie。
七、JWT 的几个特点:
1、JWT 默认是不加密,但也是可以加密的。生成原始 Token 以后,可以用密钥再加密一次。
2、JWT 不加密的情况下,不能将私密数据写入 JWT。
3、JWT 不仅可以用于认证,也可以用于交换信息。有效使用 JWT,可以降低服务器查询数据库的次数。
4、JWT 的最大缺点是,由于服务器不保存 session 状态,因此无法在使用过程中废止某个 token,或者更改 token 的权限。也就是说,一旦 JWT 签发了,在到期之前就会始终有效,除非服务器部署额外的逻辑。
5、JWT 本身包含了认证信息,一旦泄露,任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用,JWT 的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限,使用时应该再次对用户进行认证。
6、为了减少盗用,JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输,要使用 HTTPS 协议传输。
八、JWT与Session的差异:
1、相同点是,它们都是存储用户信息;然而,Session是在服务器端的,而JWT是在客户端的。
2、Session方式存储用户信息的最大问题在于要占用大量服务器内存,增加服务器的开销。
3、而JWT方式将用户状态分散到了客户端中,可以明显减轻服务端的内存压力。
4、Session的信息是存储在服务器端,客户端只有session id;而Token的信息是存储在客户端。
九、基于Token的身份认证流程:
基于Token的身份认证是无状态的,服务器或者Session中不会存储任何用户信息。没有会话信息意味着应用程序可以根据需要扩展和添加更多的机器,而不必担心用户登录的位置。虽然这一实现可能会有所不同,但其主要流程如下:
1、用户携带用户名和密码请求访问 2、服务器校验用户凭据 3、应用提供一个token给客户端 4、客户端存储token,并且在随后的每一次请求中都带着它 5、 服务器校验token并返回数据
注意:每一次请求都需要token。Token应该放在请求header中。
十、使用Token的优点:
1、无状态和可扩展性:Tokens存储在客户端。完全无状态,可扩展。我们的负载均衡器可以将用户传递到任意服务器,因为在任何地方都没有状态或会话信息。
2、安全:Token不是Cookie。(The token, not a cookie.)每次请求的时候Token都会被发送。而且,由于没有Cookie被发送,还有助于防止CSRF攻击。即使在你的实现中将token存储到客户端的Cookie中,这个Cookie也只是一种存储机制,而非身份认证机制。没有基于会话的信息可以操作,因为我们没有会话。
3、token在一段时间以后会过期,这个时候用户需要重新登录。这有助于我们保持安全。还有一个概念叫token撤销,它允许我们根据相同的授权许可使特定的token甚至一组token无效。