jwt原理与实现

JWT

JSON Web Tokens，是一种开发的行业标准 RFC 7519 ，用于安全的表示双方之间的声明。目前，jwt广泛应用在系统的用户认证方面，特别是现在前后端分离项目。

JWT认证流程

在项目开发中，一般会按照上图所示的过程进行认证，即：用户登录成功之后，服务端给用户浏览器返回一个token，以后用户浏览器要携带token再去向服务端发送请求，服务端校验token的合法性，合法则给用户看数据，否则，返回一些错误信息。

传统token方式和jwt在认证方面的差异化？

• 传统token方式

  用户登录成功后，服务端生成一个随机token给用户，并且在服务端(数据库或缓存)中保存一份token，以后用户再来访问时需携带token，服务端接收到token之后，去数据库或缓存中进行校验token的是否超时、是否合法。

• jwt方式

  用户登录成功后，服务端通过jwt生成一个随机token给用户（服务端无需保留token），以后用户再来访问时需携带token，服务端接收到token之后，通过jwt对token进行校验是否超时、是否合法。

JWT创建token

原理

jwt的生成token格式如下，即：由.连接的三段字符串组成。

例如：
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

生成规则如下：

第一段 - HEADER部分：固定包含算法和token类型，对此json进行base64url加密，得到token的第一段

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

第二段 - PAYLOAD部分：，包含一些数据，对此json进行base64url加密，得到token的第二段。

# 非敏感信息
{
  "sub": "1",# 用户的唯一标识
  "name": "hui", # 用户名
  "iat": 1516239022,  # 可以自定义
  "exp": datetime.datetime(2019, 12, 9, 12, 10, 10, 414935)  # token过期时间
}

第三段 - SIGNATURE部分：把前两段的base密文通过.拼接起来，然后对其进行HS256加密，再然后对hs256密文进行base64url加密，最终得到token的第三段。

base64url(
    HMACSHA256(
      base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload),
      your-256-bit-secret (秘钥加盐)
    )
)

最后将三段字符串通过 .拼接起来就生成了jwt的token。

注意：

1. base64url加密是先做base64加密，然后再将 - 替代 + 及 _ 替代 /
2. base64url加密可以反解密。

代码实现

基于Python的pyjwt模块

# 安装 pip install pyjwt

import jwt
import datetime
from jwt import exceptions
 
SALT = 'iv%x6xo7l7_u9bf_u!9#g#m*)*[e-mail])(@u3kh*72+unjv='
 
def generate_token():
    # 构造header
    headers = {
        'typ': 'jwt',
        'alg': 'HS256'
    }
    # 构造payload
    payload = {
        'user_id': 1, # 自定义用户ID
        'username': 'hui', # 自定义用户名
        'exp': datetime.datetime.utcnow() + datetime.timedelta(minutes=1) # 超时时间
    }
 
    result = jwt.encode(payload=payload, key=SALT, algorithm="HS256", headers=headers).decode('utf-8')
    return result


if __name__ == '__main__':
    token = generate_token()
    print(token)

JWT校验token

一般在认证成功后，把jwt生成的token返回给用户，以后用户再次访问时候需要携带token，此时jwt需要对token进行超时及合法性校验。

获取token之后，会按照以下步骤进行校验：

• 将token分割成 header_segment、payload_segment、crypto_segment 三部分

  jwt_token =
  "eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6
  IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_
  adQssw5c"
  
  signing_input, crypto_segment = jwt_token.rsplit(b'.', 1)
  header_segment, payload_segment = signing_input.split(b'.', 1)
  

• 对第一部分header_segment进行base64url解密，得到header

• 对第二部分payload_segment进行base64url解密，得到payload

• 对第三部分crypto_segment进行base64url解密，得到signature

• 对第三部分signature部分数据进行合法性校验
  1、拼接前两段密文，即：signing_input
  2、从第一段明文中获取加密算法，默认：HS256
  3、使用 算法+盐 对signing_input 进行加密，将得到的结果和signature密文进行比较。

# pip install pyjwt
import jwt
import datetime
from jwt import exceptions
 
def decode_token(token):
    """
    根据token获取payload
    :param token:
    :return:
    """
    try:
        # 从token中获取payload【不校验合法性】
        # unverified_payload = jwt.decode(token, None, False)
        # print(unverified_payload)
 
        # 从token中获取payload【校验合法性】
        verified_payload = jwt.decode(token, SALT, True)
        return verified_payload
    except exceptions.ExpiredSignatureError:
        print('token已失效')
    except jwt.DecodeError:
        print('token认证失败')
    except jwt.InvalidTokenError:
        print('非法的token')
         
if __name__ == '__main__':
    token = "eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJleHAiOjE1NzM1NTU1NzksInVzZXJuYW1lIjoid3VwZWlxaSIsInVzZXJfaWQiOjF9.xj-7qSts6Yg5Ui55-aUOHJS4KSaeLq5weXMui2IIEJU"
    payload = decode_token(token)

参考博客：https://www.cnblogs.com/wupeiqi/p/11854573.html