Java安全验证之JWT实践

摘要：有效载荷的第二部分是有效载荷，其中包含声明。这些是自定义声明，用于在同意使用这些声明的各方之间共享信息，这些信息既没有注册也没有公开声明。由于令牌是凭证，因此必须非常小心以防止出现安全问题。授予授权后，授权服务器会向应用程序返回。

先给出JWT的官方文档

JSON Web Token（JWT）是一个开放标准（RFC 7519），它定义了一种紧凑且独立的方式，用于在各方之间作为JSON对象安全地传输信息。

授权：这是使用JWT的最常见方式。一旦用户登录，每个后续请求将包括JWT，允许用户访问该令牌允许的路由，服务和资源。Single Sign On是一种现在广泛使用JWT的功能，因为它的开销很小，并且能够在不同的域中轻松使用。

信息交换：JSON Web令牌是在各方之间安全传输信息的好方法。因为JWT可以通过签名（使用公钥/私钥对 ）核实发送人的身份。此外，由于使用标头和有效负载计算签名，您还可以验证内容是否未被篡改。

JWT令牌由Header、Payload、Signature三部分组成，每部分之间用点号分隔，通常的形式为xxxxx.yyyyy.zzzzz，下面分别对每部分做详细介绍。

Header通常由两部分组成：令牌的类型，即JWT，以及使用的签名算法，例如HMAC SHA256或RSA。

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

这个JSON被编码为Base64Url，形成JWT的第一部分。

JWT的第二部分是有效载荷，其中包含声明（ claims）。声明包含实体（通常是用户）和其他自定义信息。声明有三种类型：registered, public和private claims 。

registered claims ：这是一组预定义声明，不是强制性的，但建议使用，以提供一组有用的，可互操作的声明。其中包括： iss（发行人）， exp（到期时间），sub（主题）， aud（受众）。

请注意：声明名称只有三个字符，因为JWT需要保持简洁。

public claims：这些可以由使用JWT的人随意定义。但为避免冲突，应在 IANA JSON Web Token Register中定义它们，或者将其定义为包含防冲突命名空间的URI。

private claims：这些是自定义声明，用于在同意使用这些声明的各方之间共享信息，这些信息既没有注册也没有公开声明。

Payload经过Base64Url编码，形成JWT的第二部分。

请注意：对于JWT令牌，虽然可以防止被篡改，但任何人都可以读取。除非加密，否则不要将秘密信息放在JWT的有效载荷或头元素中。

Signature由Base64Url加密的Header、Payload再使用Header中指定的算法加密之后再和secret组成。

如果要使用HMACSHA256算法，将按以下方式创建签名：

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

Signature用于验证消息在此过程中未被更改，并且，在使用私钥签名的令牌的情况下，它还可以验证JWT的发件人的身份。

最后将JWT的三部分由点号分隔作为一个字符串，其可以在HTML和HTTP环境中轻松传递，并且比基于XML的标准的Token（如SAML）更加简洁。

在身份验证中，当用户使用其凭据成功登录时，将返回JSON Web Token。由于令牌是凭证，因此必须非常小心以防止出现安全问题。一般情况下，您不应该将令牌保留的时间超过要求。

每当用户想要访问受保护的路由或资源时，用户发送JWT到相应的地址，通常在Authorization标头中。请求头的的内容应如下所示：

Authorization: Bearer 

在某些情况下，这可以是无状态授权机制。服务器的受保护路由将检查Authorization标头中的有效JWT ，如果存在，则允许用户访问受保护资源。如果JWT包含必要的数据，则可以减少查询数据库以进行某些操作的需要，尽管可能并非总是如此。

如果在标Authorization头中发送Token，则跨域资源共享（CORS）将不会成为问题，因为它不使用cookie。

下图显示了如何获取JWT并用于访问API或资源：

应用程序或客户端向授权服务器发送授权请求。

授予授权后，授权服务器会向应用程序返回JWT。

应用程序使用JWT来访问受保护资源（如API）。

请注意：使用JWT时，Token中包含的所有信息都会向用户或其他方公开，即使他们无法更改。所以您不应该在令牌中放置秘密信息。

JWT的java实现非常多，详细何以查看官方文档。

其中常用的有com.auth0.java-jwt和io.jsonwebtoken.jjwt

这里我采用 jjwt 作为演示，因为他的Github中的Star比较多。

    io.jsonwebtoken
    jjwt-api
    0.10.5


    io.jsonwebtoken
    jjwt-impl
    0.10.5
    runtime


    io.jsonwebtoken
    jjwt-jackson
    0.10.5
    runtime

    //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();

    }

     //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_ID和APP_SECRET可以自定义为你想要的任何值，但是不能过于简单。

你会发现我们再使用的时候没有设置Header的值，因为jjwt为了我们使用方便会根据使用的签名算法或压缩算法自动设置它们。

@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更复杂的功能或者其他的Java实现可以去他们相应的Github上学习。