浅谈TOKEN认证机制

什么是token？

token的意思是“令牌”，是服务端生成的一串字符串，作为客户端进行请求的一个标识。当用户第一次登录后，服务器生成一个token并将此token返回给客户端，以后客户端只需带上这个token前来请求数据即可，无需再次带上用户名和密码。

简单token的组成；uid(用户唯一的身份标识)、time(当前时间的时间戳)、sign（签名，token的前几位以哈希算法压缩成的一定长度的十六进制字符串。为防止token泄露）

Token机制相对于Cookie机制又有什么好处呢？

·支持跨域访问: Cookie是不允许垮域访问的，这一点对Token机制是不存在的，前提是传输的用户认证信息通过HTTP头传输.

·无状态(也称：服务端可扩展行):Token机制在服务端不需要存储session信息，因为Token 自身包含了所有登录用户的信息，只需要在客户端的cookie或本地介质存储状态信息.

·更适用CDN: 可以通过内容分发网络请求你服务端的所有资料（如：javascript，HTML,图片等），而你的服务端只要提供API即可.

·去耦: 不需要绑定到一个特定的身份验证方案。Token可以在任何地方生成，只要在你的API被调用的时候，你可以进行Token生成调用即可.

·更适用于移动应用: 当你的客户端是一个原生平台（iOS, Android，Windows 8等）时，Cookie是不被支持的（你需要通过Cookie容器进行处理），这时采用Token认证机制就会简单得多。

·CSRF:因为不再依赖于Cookie，所以你就不需要考虑对CSRF（跨站请求伪造）的防范。

·性能: 一次网络往返时间（通过数据库查询session信息）总比做一次HMACSHA256计算 的Token验证和解析要费时得多.

·不需要为登录页面做特殊处理: 如果你使用Protractor 做功能测试的时候，不再需要为登录页面做特殊处理.

·基于标准化:你的API可以采用标准化的 JSON Web Token (JWT). 这个标准已经存在多个后端库（.NET, Ruby, Java,Python, PHP）和多家公司的支持（如：Firebase,Google, Microsoft

使用token机制的身份验证流程？

使用token机制的身份验证方法，在服务器端不需要存储用户的登录记录。大概的流程：

客户端使用用户名和密码请求登录。服务端收到请求，验证用户名和密码。验证成功后，服务端会生成一个token，然后把这个token发送给客户端。客户端收到token后把它存储起来，可以放在cookie或者Local Storage（本地存储）里。客户端每次向服务端发送请求的时候都需要带上服务端发给的token。服务端收到请求，然后去验证客户端请求里面带着token，如果验证成功，就向客户端返回请求的数据。

 

基于JWT的Token认证机制实现

JSON Web Token（JWT）是一个非常轻巧的规范。这个规范允许我们使用JWT在用户和服务器之间传递安全可靠的信息。其

JWT的组成

一个JWT实际上就是一个字符串，它由三部分组成，头部、载荷与签名。
载荷（Payload）

1. { "iss": "Online JWT Builder",   
2.   "iat": 1416797419,   
3.   "exp": 1448333419,   
4.   "aud": "www.example.com",   
5.   "sub": "jrocket@example.com",   
6.   "GivenName": "Johnny",   
7.   "Surname": "Rocket",   
8.   "Email": "jrocket@example.com",   
9.   "Role": [ "Manager", "Project Administrator" ]   
10. }  

• iss: 该JWT的签发者，是否使用是可选的；
• sub: 该JWT所面向的用户，是否使用是可选的；
• aud: 接收该JWT的一方，是否使用是可选的；
• exp(expires): 什么时候过期，这里是一个Unix时间戳，是否使用是可选的；
• iat(issued at): 在什么时候签发的(UNIX时间)，是否使用是可选的；
  其他还有：
• nbf (Not Before)：如果当前时间在nbf里的时间之前，则Token不被接受；一般都会留一些余地，比如几分钟；，是否使用是可选的；

eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9  

 

小知识：Base64是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的表示方法。由于2的6次方等于64，所以每6个比特为一个单元，对应某个可打印字符。三个字节有24个比特，对应于4个Base64单元，即3个字节需要用4个可打印字符来表示。JDK 中提供了非常方便的 BASE64Encoder 和 BASE64Decoder，用它们可以非常方便的完成基于 BASE64 的编码和解码

头部（Header）
JWT还需要一个头部，头部用于描述关于该JWT的最基本的信息，例如其类型以及签名所用的算法等。这也可以被表示成一个JSON对象。

1. {  
2. "typ": "JWT",  
3. "alg": "HS256"  
4. }  

 

在头部指明了签名算法是HS256算法。
当然头部也要进行BASE64编码，编码后的字符串如下：

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0  

签名（Signature）
将上面的两个编码后的字符串都用句号.连接在一起（头部在前），就形成了:

最后，我们将上面拼接完的字符串用HS256算法进行加密。在加密的时候，我们还需要提供一个密钥（secret）。如果我们用mystar作为密钥的话，那么就可以得到我们加密后的内容:

rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

最后将这一部分签名也拼接在被签名的字符串后面，我们就得到了完整的JWT:

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM  

 

在我们的请求URL中会带上这串JWT字符串：

https://your.awesome-app.com/make-friend/?jwt=eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

认证过程

下面我们从一个实例来看如何运用JWT机制实现认证：

登录

• 第一次认证：第一次登录，用户从浏览器输入用户名/密码，提交后到服务器的登录处理的Action层（Login Action）；
• Login Action调用认证服务进行用户名密码认证，如果认证通过，Login Action中可以调用第三方的JWT Lib生成签名后的JWT数据；
• 完成JWT数据签名后，将其设置到COOKIE对象中，并重定向到首页，完成登录过程；

请求认证

基于Token的认证机制会在每一次请求中都带上完成签名的Token信息，这个Token信息可能在COOKIE
中，也可能在HTTP的Authorization头中；

 

• 客户端（APP客户端或浏览器）通过GET或POST请求访问资源（页面或调用API）；
• 认证服务作为一个Middleware HOOK 对请求进行拦截，首先在cookie中查找Token信息，如果没有找到，则在HTTP Authorization Head中查找；
• 如果找到Token信息，则根据配置文件中的签名加密秘钥，调用JWT Lib对Token信息进行解密和解码；
• 完成解码并验证签名通过后，对Token中的exp、nbf、aud等信息进行验证；
• 全部通过后，根据获取的用户的角色权限信息，进行对请求的资源的权限逻辑判断；
• 如果权限逻辑判断通过则通过Response对象返回；否则则返回HTTP 401；

对Token认证的五点认识

对Token认证机制有5点直接注意的地方：

• 一个Token就是一些信息的集合；
• 在Token中包含足够多的信息，以便在后续请求中减少查询数据库的几率；
• 服务端需要对cookie和HTTP Authrorization Header进行Token信息的检查；
• 基于上一点，你可以用一套token认证代码来面对浏览器类客户端和非浏览器类客户端；
• 因为token是被签名的，所以我们可以认为一个可以解码认证通过的token是由我们系统发放的，其中带的信息是合法有效的；

JWT的JAVA实现

Java中对JWT的支持可以考虑使用JJWT开源库；JJWT实现了JWT, JWS, JWE 和 JWA RFC规范；下面将简单举例说明其使用：
生成Token码

1. import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;import javax.xml.bind.DatatypeConverter;import java.security.Key;import io.jsonwebtoken.*;import java.util.Date;      
2.  //Sample method to construct a JWT  
3.  private String createJWT(String id, String issuer, String subject, long ttlMillis) {  
4.  //The JWT signature algorithm we will be using to sign the token  
5. SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;  
6.    
7. long nowMillis = System.currentTimeMillis();Date now = new Date(nowMillis);  
8.  //We will sign our JWT with our ApiKey secret  
9. byte[] apiKeySecretBytes = DatatypeConverter.parseBase64Binary(apiKey.getSecret());  
10. Key signingKey = new SecretKeySpec(apiKeySecretBytes, signatureAlgorithm.getJcaName());  
11.    
12.   //Let's set the JWT Claims  
13. JwtBuilder builder = Jwts.builder().setId(id)  
14.                                 .setIssuedAt(now)  
15.                                 .setSubject(subject)  
16.                                 .setIssuer(issuer)  
17.                                 .signWith(signatureAlgorithm, signingKey);  
18.  //if it has been specified, let's add the expirationif (ttlMillis >= 0) {  
19.     long expMillis = nowMillis + ttlMillis;  
20.     Date exp = new Date(expMillis);  
21.     builder.setExpiration(exp);  
22. }  
23.  //Builds the JWT and serializes it to a compact, URL-safe stringreturn builder.compact();  
24. }  

 

解码和验证Token码

1. import javax.xml.bind.DatatypeConverter;import io.jsonwebtoken.Jwts;import io.jsonwebtoken.Claims;  
2.  //Sample method to validate and read the JWTprivate void parseJWT(String jwt) {//This line will throw an exception if it is not a signed JWS (as expected)Claims claims = Jwts.parser()          
3.    .setSigningKey(DatatypeConverter.parseBase64Binary(apiKey.getSecret()))  
4.    .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());  
5. }