全栈之路-小程序API-JWT令牌详细剖析与使用
JSON Web Token（JWT）是目前最流行的跨域身份验证解决方案。通过客户端保存数据，而服务器根本不保存会话数据，每个请求都被发送回服务器。 JWT是这种解决方案的代表。
一、跨域身份验证
1、Internet服务无法与用户身份验证分开。一般过程如下：
（1）用户向服务器发送用户名和密码。
（2）验证服务器后，相关数据（如用户角色，登录时间等）将保存在当前会话中。
（3）服务器向用户返回session_id，session信息都会写入到用户的Cookie。
（4）用户的每个后续请求都将通过在Cookie中取出session_id传给服务器。
（5）服务器收到session_id并对比之前保存的数据，确认用户的身份。
2、此模式存在的问题
这种模式最大的问题是，没有分布式架构，无法支持横向扩展。如果使用一个服务器，该模式完全没有问题。
但是，如果它是服务器群集或面向服务的跨域体系结构的话，则需要一个统一的session数据库库来保存会话数据实现共享，这样负载均衡下的每个服务器才可以正确的验证用户身份。
在分布式的情况下，jwt令牌的这种解决方案是比较优雅的，只是通过客户端保存数据，而服务器根本不保存会话数据，每个请求都被发送回服务器，jwt验证模式流程图如下：
注意：图片来源网络
二、jwt详解
（注意：jwt详解的内容来自 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1608021814182894637&wfr=spider&for=pc 什么鬼，我怎么会引用百家号的内容！！！）
1、jwt的原则
JWT的原则是在服务器身份验证之后，将生成一个JSON对象并将其发送回用户，之后，当用户与服务器通信时，客户在请求中发回JSON对象。服务器仅依赖于这个JSON对象来标识用户。为了防止用户篡改数据，服务器将在生成对象时添加签名（有关详细信息，请参阅下文）。服务器不保存任何会话数据，即服务器变为无状态，使其更容易扩展
2、jwt的数据结构
一个jwt的由三部分构成，此对象为一个很长的字符串，字符之间通过”.”分隔符分为三个子串。注意JWT对象为一个长字串，各字串之间也没有换行符，此处为了演示需要，我们特意分行并用不同颜色表示了。每一个子串表示了一个功能块，总共有以下三个部分：
jwt的三个部分如下。jwt头、有效载荷和签名，将它们写成一行，如下：
注意：图片来源于网络
（1）jwt头
JWT头部分是一个描述JWT元数据的JSON对象，通常如下所示：
{“alg”: “HS256”,“typ”: “JWT”}
在上面的代码中，alg属性表示签名使用的算法，默认为HMAC SHA256（写为HS256）；typ属性表示令牌的类型，JWT令牌统一写为JWT。
最后，使用Base64 URL算法将上述JSON对象转换为字符串保存。
（2）有效载荷
有效载荷部分，是JWT的主体内容部分，也是一个JSON对象，包含需要传递的数据。 JWT指定七个默认字段供选择。
iss：发行人
exp：到期时间
sub：主题
aud：用户
nbf：在此之前不可用
iat：发布时间
jti：JWT ID用于标识该JWT
除以上默认字段外，我们还可以自定义私有字段，如下例：
{“sub”: “1234567890”,“name”: “chongchong”,“admin”: true}
请注意，默认情况下JWT是未加密的，任何人都可以解读其内容，因此不要构建隐私信息字段，存放保密信息，以防止信息泄露。
JSON对象也使用Base64 URL算法转换为字符串保存。
（3）签名哈希
签名哈希部分是对上面两部分数据签名，通过指定的算法生成哈希，以确保数据不会被篡改。
首先，需要指定一个密码（secret）。该密码仅仅为保存在服务器中，并且不能向用户公开。然后，使用标头中指定的签名算法（默认情况下为HMAC SHA256）根据以下公式生成签名。
HMACSHA256( base64UrlEncode(header) + “.” + base64UrlEncode(payload), secret)
在计算出签名哈希后，JWT头，有效载荷和签名哈希的三个部分组合成一个字符串，每个部分用”.”分隔，就构成整个JWT对象。
（4）Base64URL算法
如前所述，JWT头和有效载荷序列化的算法都用到了Base64URL。该算法和常见Base64算法类似，稍有差别。
作为令牌的JWT可以放在URL中（例如api.example/?token=xxx）。 Base64中用的三个字符是”+”，”/”和”=”，由于在URL中有特殊含义，因此Base64URL中对他们做了替换：”=”去掉，”+”用”-“替换，”/”用”_”替换，这就是Base64URL算法，很简单把。
三、jwt在小程序API中使用
1、整体流程梳理
（1）我们用code码（用户的account账户）通过调用微信开放的接口，获取到一个唯一的openid
（2）分为两种情况：（首先是通过openid查询user表）
用户第一次使用（相当于注册）：我们将openid写入到user表中
用户第二次或者多次使用之后（相当于登录）：得到userId
（3）userId写入到jwt令牌中
（4）将jwt令牌返回给小程序
2、令牌的生成
注意：生成jwt的时候，可供选择的库有多个，例如：jjwt，auth0 （详情见：https://jwt.io/）
（1）安装auth0的依赖（版本随意，bug自处理）
1 <dependency> 2 <groupId>com.auth0</groupId> 3 <artifactId>java-jwt</artifactId> 4 <version>3.8.3</version> 5 </dependency>
（2）生成令牌（这里只看一下生成jwt令牌的方法）
1 @Component 2 public class JwtToken { 3 4 private static String jwtKey; 5 6 private static Integer expiredTimeIn; 7 8 private static Integer defaultScope = 8; 9 10 @Value("${missyou.security.jwt-key}") 11 public void setJwtKey(String jwtKey) { 12 JwtToken.jwtKey = jwtKey; 13 } 14 15 @Value("${missyou.security.token-expired-in}") 16 public void setExpiredTimeIn(Integer expiredTimeIn) { 17 JwtToken.expiredTimeIn = expiredTimeIn; 18 } 19 20 /** 21 * 生成token 主方法(适用于有分级权限的) 22 * 23 * @param uid 用户id 24 * @param scope 权限分级的数字 25 * @return 26 */ 27 public static String makenToken(Long uid, Integer scope) { 28 return JwtToken.getToken(uid, scope); 29 } 30 31 /** 32 * 生成token方法 (适用于没有分级权限的) 33 * 34 * @param uid 用户id 35 * @return 36 */ 37 public static String makeToken(Long uid) { 38 return JwtToken.getToken(uid, JwtToken.defaultScope); 39 } 40 41 /** 42 * 真正生成token的方法 43 * 44 * @param uid 45 * @param scope 46 * @return 47 */ 48 private static String getToken(Long uid, Integer scope) { 49 50 // 需要传入一个secret 随机字符串 这个写到配置文件中，从配置文件中读取，方便更改 51 Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256(JwtToken.jwtKey); 52 53 // 计算过期时间以及令牌签发的当前时间 54 Map<String, Date> map = JwtToken.calculateExpiredIssues(); 55 56 // 过期时间是传入Date类型，需要我们自己来转换成一个过期时间 57 // 例如 12:00 10s后过期，我们需要得到 12:00:10 这个过期时间 58 String token = JWT.create() 59 .withClaim("uid", uid) 60 .withClaim("scope", scope) 61 .withExpiresAt(map.get("expiredTime")) 62 .withIssuedAt(map.get("now")) //令牌的签发时间 63 .sign(algorithm); 64 return token; 65 } 66 67 /** 68 * 计算过期时间以及当前的时间 69 * 70 * @return 71 */ 72 private static Map<String, Date> calculateExpiredIssues() { 73 Map<String, Date> map = new HashMap<>(); 74 Calendar calendar = Calendar.getInstance(); 75 Date now = calendar.getTime(); 76 calendar.add(Calendar.SECOND, JwtToken.expiredTimeIn); 77 map.put("now", now); 78 map.put("expiredTime", calendar.getTime()); 79 return map; 80 } 81 }
注意：方法基本上就是这样子，jwt令牌的create()方法可以加入多个参数的，你自己自定义的！还有那个setter方法注入的是可以值得思考学习一下的！
（3）后续
至于如何和微信小程序进行交互，接口如何设计，就不贴出来了，自己思考一下吧！
3、令牌的校验与全局处理
思考：令牌如果在每一个请求中进行校验的话，在每个controller中的方法进行校验的话，会导致大量重复的代码，我们需要做的是做一个全局处理，进行令牌的验证
（1）令牌的校验
主要就是在token工具类中继续追加验证token的方法，其实是验证并且获取令牌中的数据，这里用的是Optional来进行处理的，具体方法如下：
1 /** 2 * 验证令牌token并获取令牌中的数据(Optional的使用) 3 * 4 * @param token 加密令牌token 5 * @return 6 */ 7 public Optional<Map<String, Claim>> verifyAndGetClaims(String token) { 8 DecodedJWT decodedJWT; 9 Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256(JwtToken.jwtKey); 10 JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(algorithm).build(); 11 12 try{ 13 decodedJWT = jwtVerifier.verify(token); 14 }catch (JWTVerificationException e){ 15 return Optional.empty(); 16 } 17 return Optional.of(decodedJWT.getClaims()); 18 }
（2）全局处理
在springboot中，有三种方式实现拦截HTTP请求的方式，分别是filter，interceptor以及AOP
三者主要的区别：
## filter是基于servlet（servlet其实是一种为web开发制定的规范，是一种标准接口，Tomcat是一种servlet的容器）
## interceptor和AOP是基于spring框架的（interceptor相对来说实现起来简单一些）
注意：
当一个http请求向服务器发送的时候，如果项目中同时配置了这三种拦截机制，那么他是有一个顺序的，就是
filter –> interceptor –> aop （请求经过的顺序）
–> controller –> （controller处理层）
aop –> interceptor –> filter （处理结果返回顺序）
当然，在这里我们使用的是interceptor，开始搞起！
interceptor相关代码：
1 public class PermissionInterceptor extends HandlerInterceptorAdapter { 2 3 @Override 4 public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception { 5 Optional<ScopeLevel> scopeLevel = this.getScopeLevel(handler); 6 // 没有加上@ScopeLevel注解，说明没有访问权限的设定 7 if (!scopeLevel.isPresent()) { 8 return true; 9 } 10 String bearerToken = request.getHeader("Authorization"); 11 // token为空 12 if (StringUtils.isEmpty(bearerToken)) { 13 throw new UnAuthenticatedException(10004); 14 } 15 // token是默认的Bearer <token>格式，以Bearer开头，需要进行判断一下 16 if (bearerToken.startsWith("Bearer")) { 17 throw new UnAuthenticatedException(10004); 18 } 19 String[] tokens = bearerToken.split(" "); 20 if(tokens.length != 2){ 21 throw new UnAuthenticatedException(10004); 22 } 23 String token = tokens[1]; 24 Optional<Map<String, Claim>> stringClaimMap = JwtToken.verifyAndGetClaims(token); 25 Map<String, Claim> map = stringClaimMap.orElseThrow( 26 () -> new UnAuthenticatedException(40001)); 27 return this.hasPermission(scopeLevel.get(), map); 28 } 29 30 @Override 31 public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception { 32 super.postHandle(request, response, handler, modelAndView); 33 } 34 35 @Override 36 public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) throws Exception { 37 super.afterCompletion(request, response, handler, ex); 38 } 39 40 @Override 41 public void afterConcurrentHandlingStarted(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception { 42 super.afterConcurrentHandlingStarted(request, response, handler); 43 } 44 45 /** 46 * 获取请求方法上的scope权限 47 * 48 * @param handler 49 * @return 50 */ 51 private Optional<ScopeLevel> getScopeLevel(Object handler) { 52 if (handler instanceof HandlerMethod) { 53 HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) handler; 54 ScopeLevel scopeLevel = handlerMethod.getMethod().getAnnotation(ScopeLevel.class); 55 if(scopeLevel == null){ 56 return Optional.empty(); 57 } 58 return Optional.of(scopeLevel); 59 } 60 return Optional.empty(); 61 } 62 63 /** 64 * token中的权限与注解中的权限进行比较 判断是否有权限进行访问 65 * 66 * @param scopeLevel 权限注解 67 * @param map token中传递的参数 68 * @return 69 */ 70 private boolean hasPermission(ScopeLevel scopeLevel, Map<String, Claim> map) { 71 Integer level = scopeLevel.value(); 72 Integer scope = map.get("scope").asInt(); 73 if(level > scope){ 74 throw new ForbiddenException(10005); 75 } 76 return true; 77 } 78 }
将interceptor注册到spring容器的启动项中：
1 @Component 2 public class InterceptorConfiguration implements WebMvcConfigurer { 3 4 @Override 5 public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) { 6 // 将权限拦截器注册到spring启动项中 7 registry.addInterceptor(new PermissionInterceptor()); 8 } 9 }
内容出处：七月老师《从Java后端到全栈》视频课程