JSON Web Tokens的實現原理，jsontokens

JSON Web Tokens的實現原理，jsontokens

前言

最近在做一個Python項目的改造，將python項目重構為Java項目，過程中遇到了這個知識點，覺得這個蠻實用的，所以下班後回來趁熱打鐵寫下這篇總結，希望後面的人能夠有所借鑒，少走彎路。

一、優勢簡介

JSON Web Tokens簡稱jwt，是rest介面的一種安全性原則。本身有很多的優勢：

解決跨域問題：這種基於Token的存取原則可以克服cookies的跨域問題。

服務端無狀態可以橫向擴充，Token可完成認證，無需儲存Session。

系統解耦，Token攜帶所有的使用者資訊，無需綁定一個特定的認證方案，只需要知道加密的方法和密鑰就可以進行加密解密，有利於解耦。

防止跨網站指令碼攻擊，沒有cookie技術，無需考慮跨站請求的安全問題。

二、原理簡介

JSON Web Tokens的格式組成，jwt是一段被base64編碼過的字元序列，用點號分隔，一共由三部分組成，頭部header，訊息體playload和簽名sign。

1.jwt的頭部Header是json格式：

{  "typ":"JWT",  "alg":"HS256",  "exp":1491066992916}

其中typ是type的簡寫，代表該類型是JWT類型，加密方式聲明是HS256，exp代表目前時間.

2.jwt的訊息體Playload

{  "userid":"123456",  "iss":"companyName"}

訊息體的具體欄位可根據業務需要自行定義和添加，只需在解密的時候注意拿欄位的key值擷取value。

3.簽名sign的產生

最後是簽名，簽名的產生是把header和playload分別使用base64url編碼,接著用'.‘把兩個編碼後的字串串連起來，再把這拼接起來的字串配合密鑰進行HMAC SHA-256演算法加密，最後再次base64編碼下，這就拿到了簽名sign. 最後把header和playload和sign用'.‘ 串連起來就產生了整個JWT。

三、校正簡介

整個jwt的結構是由header.playload.sign串連組成，只有sign是用祕密金鑰加密的，而所有的資訊都在header和playload中可以直接擷取，sign的作用只是校正header和playload的資訊是否被篡改過，所以jwt不能保護資料，但以上的特性可以很好的應用在許可權認證上。

1.加密

比如要加密驗證的是userid欄位，首先按前面的格式組裝json訊息頭header和訊息體playload，按header.playload組成字串，再根據密鑰和HS256加密header.playload得到sign簽名，最後得到jwtToken為header.playload.sign，在http請求中的url帶上參數想後端服務要求認證。

2. 解密

後端服務校正jwtToken是否有權提供者服務，進行解密認證，如校正訪問者的userid，首先

用將字串按.號切分三段字串，分別得到header和playload和sign。然後將header.playload拼裝用密鑰和HAMC SHA-256演算法進行加密然後得到新的字串和sign進行比對，如果一樣就代表資料沒有被篡改，然後從頭部取出exp對存活期進行判斷，如果超過了存活期就返回Null 字元串，如果在存活期內返回userid的值。

四、程式碼範例

1.python代碼的加密解密

#!/usr/bin/env python# coding: utf-8from itsdangerous import BadTimeSignature, SignatureExpiredfrom itsdangerous import TimedJSONWebSignatureSerializer as SerializerAPP_SECRET_KEY="secret"MAX_TOKEN_AGE=1800token_generator = Serializer(APP_SECRET_KEY, expires_in=MAX_TOKEN_AGE)def generate_auth_token(userid):  access_token = token_generator.dumps({"userid":userid})  return access_tokendef verify_token(token):  try:    user_auth = token_generator.loads(token)    print type(token_generator)  except SignatureExpired as e:    raise e  except BadTimeSignature as e:    raise e  return user_auth

2. java代碼的加密解密

package api.test.util;import java.io.UnsupportedEncodingException;import java.security.InvalidKeyException;import java.security.NoSuchAlgorithmException;import javax.crypto.Mac;import javax.crypto.SecretKey;import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;import org.apache.commons.codec.binary.Base64;import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;import org.springframework.stereotype.Component;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import net.sf.json.JSONObject;/** * jwt加解密實現 *  * @author zhengsc */@Slf4jpublic class TokenUtil {  private String ISSUER = "companyName"; // 機構  private String APP_SECRET_KEY = "secret"; // 密鑰  private long MAX_TOKEN_AGE = 1800; // 存活期  /**   * 產生userId的accessToken   *    * @param userid   * @return   */  public String generateAccessToken(String userid) {    JSONObject claims = new JSONObject();    claims.put("iss", ISSUER);    claims.put("userid", userid);    String accessToken = sign(claims, APP_SECRET_KEY);    return accessToken;  }  /**   * 解密程式返回userid   *    * @param token   * @return   */  public String verifyToken(String token) {    String userid = "";    try {      String[] splitStr = token.split("\\.");      String headerAndClaimsStr = splitStr[0] + "." +splitStr[1];      String veryStr = signHmac256(headerAndClaimsStr, APP_SECRET_KEY);      // 校正資料是否被篡改      if (veryStr.equals(splitStr[2])) {        String header = new String(Base64.decodeBase64(splitStr[0]),"UTF-8");        JSONObject head = JSONObject.fromObject(header);        long expire = head.getLong("exp") * 1000L;        long currentTime = System.currentTimeMillis();        if (currentTime <= expire){ // 驗證accessToken的有效期間          String claims = new String(Base64.decodeBase64(splitStr[1]),"UTF-8");          JSONObject claim = JSONObject.fromObject(claims);          userid = (String) claim.get("userid");        }      }    } catch (UnsupportedEncodingException e) {      log.error(e.getMessage(), e);    }    return userid;  }  /**   * 組裝加密結果jwt返回   *    * @param claims   * @param appSecretKey   * @return   */  private String sign(JSONObject claims, String appSecretKey) {    String headerAndClaimsStr = getHeaderAndClaimsStr(claims);    String signed256 = signHmac256(headerAndClaimsStr, appSecretKey);    return headerAndClaimsStr + "." + signed256;  }  /**   * 拼接要求標頭和聲明   *    * @param claims   * @return   */  private String getHeaderAndClaimsStr(JSONObject claims) {    JSONObject header = new JSONObject();    header.put("alg", "HS256");    header.put("typ", "JWT");    header.put("exp", System.currentTimeMillis() + MAX_TOKEN_AGE * 1000L);    String headerStr = header.toString();    String claimsStr = claims.toString();    String headerAndClaimsStr = Base64.encodeBase64URLSafeString(headerStr.getBytes()) + "."        + Base64.encodeBase64URLSafeString(claimsStr.getBytes());    return headerAndClaimsStr;  }  /**   * 將headerAndClaimsStr用SHA1加密擷取sign   *    * @param headerAndClaimsStr   * @param appSecretKey   * @return   */  private String signHmac256(String headerAndClaimsStr, String appSecretKey) {    SecretKey key = new SecretKeySpec(appSecretKey.getBytes(), "HmacSHA256");    String result = null;    try {      Mac mac;      mac = Mac.getInstance(key.getAlgorithm());      mac.init(key);      result = Base64.encodeBase64URLSafeString(mac.doFinal(headerAndClaimsStr.getBytes()));    } catch (NoSuchAlgorithmException | InvalidKeyException e) {      log.error(e.getMessage(), e);    }    return result;  }}

以上就是本文的全部內容，希望本文的內容對大家的學習或者工作能帶來一定的協助，同時也希望多多支援幫客之家！