JWT

一、常规认证的问题

2. 常规认证方式

另一种方案是服务器索性不保存 session 数据了，所有数据都保存在客户端，每次请求都发回服务器。JWT 就是这种方案的一个代表。

二、JWT 的原理

JWT 的原理是，服务器认证以后，生成一个 JSON 对象，发回给用户，就像下面这样。

{
  "姓名": "张三",
  "角色": "管理员",
  "到期时间": "2018 年 7 月 1 日 0 点 0 分"
}

以后，用户与服务端通信的时候，都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。为了防止用户篡改数据，服务器在生成这个对象的时候，会加上签名（详见后文）。

服务器就不保存任何 session 数据了，也就是说，服务器变成无状态了，从而比较容易实现扩展。

JWT 的认证流程：

浏览器发起请求登陆，携带用户名和密码；

服务端根据用户名和明码到数据库验证身份，根据算法，将用户标识符打包生成 token,

服务器返回JWT信息给浏览器，JWT不应该包含敏感信息，这是很重要的一点

浏览器发起请求获取用户资料，把刚刚拿到的 token一起发送给服务器，一般放在header里面，字段为authorization

服务器发现数据中有 token，decode token的信息，然后再次签名，验明正身；

服务器返回该用户的用户资料；

服务器可以在payload设置过期时间，如果过期了，可以让客户端重新发起验证。

三、JWT 的数据结构

实际的 JWT 大概就像下面这样。

它是一个很长的字符串，中间用点（.）分隔成三个部分。注意，JWT 内部是没有换行的，这里只是为了便于展示，将它写成了几行。

JWT 的三个部分依次如下。

Header（头部）

Payload（负载）

Signature（签名）

写成一行，就是下面的样子。

 
Header.Payload.Signature

下面依次介绍这三个部分。

3.1 Header

Header 部分是一个 JSON 对象，描述 JWT 的元数据，通常是下面的样子。

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

上面代码中，alg 属性表示签名的算法（algorithm），默认是 HMAC SHA256（写成 HS256）；typ 属性表示这个令牌（token）的类型（type），JWT 令牌统一写为 JWT。

最后，将上面的 JSON 对象使用 Base64URL 算法（详见后文）转成字符串。

3.2 Payload

Payload 部分也是一个 JSON 对象，用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段，供选用。

iss (issuer)：签发人

exp (expiration time)：过期时间

sub (subject)：主题

aud (audience)：受众

nbf (Not Before)：生效时间

iat (Issued At)：签发时间

jti (JWT ID)：编号

除了官方字段，你还可以在这个部分定义私有字段，下面就是一个例子。

 
{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true
}

注意，JWT 默认是不加密的，任何人都可以读到，所以不要把秘密信息放在这个部分。

这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。

3.3 Signature

Signature 部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。

首先，需要指定一个密钥（secret）。这个密钥只有服务器才知道，不能泄露给用户。然后，使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256），按照下面的公式产生签名。

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

算出签名以后，把 Header、Payload、Signature 三个部分拼成一个字符串，每个部分之间用”点”（.）分隔，就可以返回给用户。

3.4 Base64URL

前面提到，Header 和 Payload 串型化的算法是 Base64URL。这个算法跟 Base64 算法基本类似，但有一些小的不同。

JWT 作为一个令牌（token），有些场合可能会放到 URL（比如 api.example.com/?token=xxx）。Base64 有三个字符 +、/ 和 = ，在 URL 里面有特殊含义，所以要被替换掉：= 被省略、+ 替换成 -，/ 替换成 _ 。这就是 Base64URL 算法。

四、JWT 的使用方式

客户端收到服务器返回的 JWT，可以储存在 Cookie 里面，也可以储存在 localStorage。

此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT。你可以把它放在 Cookie 里面自动发送，但是这样不能跨域，所以更好的做法是放在 HTTP 请求的头信息Authorization字段里面。

Authorization: Bearer <token>

通过 url 传输（不推荐）

http://www.xxx.com/pwa?token=xxxxx

如果是post请求也可以放在请求体中

另一种做法是，跨域的时候，JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

五、JWT 的几个特点

（1）JWT 默认是不加密，但也是可以加密的。生成原始 Token 以后，可以用密钥再加密一次。

（2）JWT 不加密的情况下，不能将秘密数据写入 JWT。

（3）JWT 不仅可以用于认证，也可以用于交换信息。有效使用 JWT，可以降低服务器查询数据库的次数。

（4）JWT 的最大缺点是，由于服务器不保存 session 状态，因此无法在使用过程中废止某个 token，或者更改 token 的权限。 也就是说，一旦 JWT 签发了，在到期之前就会始终有效，除非服务器部署额外的逻辑。

（5）JWT 本身包含了认证信息，一旦泄露，任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT 的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限，使用时应该再次对用户进行认证。

（6）为了减少盗用，JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输，要使用 HTTPS 协议传输。

六、在 koa 项目中使用

可以使用现成库，jwt-simple 或者 jsonwebtoken

let Koa = require('koa');
let Router = require('koa-router');
let bodyparser = require('koa-bodyparser');
let jwt = require('jwt-simple');
let router = new Router()
let app = new Koa();
app.use(bodyparser());
// 可以自己自定义
let secret = 'zhenglei';
// 验证是否登陆
router.post('/login',async(ctx)=>{ 
    let {username,password} = ctx.request.body;
    if(username === 'admin' && password === 'admin'){
       // 通常会查数据库，这里简单的演示
       let token =  jwt.encode(username, secret);
       ctx.body = {
            code:200,
            username,
            token,
       }
    }
});
// 验证是否有权限
router.get('/validate',async(ctx)=>{ 
    let Authorization = ctx.get('authorization')
    let [,token] = Authorization.split(' ');
    if(token){
        try{
            let r = jwt.decode(token,secret);
            ctx.body = {
                code:200,
                username:r,
                token
            }
        }catch(e){
            ctx.body = {
                code:401,
                data:'没有登陆'
            }
        }
    }else{
        ctx.body = {
            code:401,
            data:'没有登陆'
        }
    }
  
});
app.use(router.routes());
app.listen(4000);

实现两个接口一个是 /login 验证是否登录，一个是 validate,验证是否有权限
请求login接口的时候，客户端带username和password, 后端一般会查数据库，验证是否存在当前用户，如果存在则为username进行签名，千万不要给password这些敏感信息也带进来签名
客户端接收后端给的token令牌，再请求其他接口，比如这个例子的/validate的时候，ajax请求的时候，可以在header指定authorization字段，后端拿到token进行decode，然后将header和payload进行再一次的签名，如果前后的签名一致，说明没有被篡改过，则权限验证通过。因为是同步的过程，所以可以用try catch来捕捉错误

七、原理的实现

sha256哈希算法，可以用 nodejs 的内置加密模块 crypto, 生成 base64字符串，要注意的是生成 base64需要为+ - = 做一下替换，=被省略、+替换成-，/替换成_ 。这就是 Base64URL 算法。
token令牌的组成是header, payload和sigin的通过.来组成
base64urlUnescape的解码是固定写法，decode出base64的内容

let myJwt = {
    sign(content,secret){
        let r = crypto.createHmac('sha256',secret).update(content).digest('base64');
        return this.base64urlEscape(r)
    },
    base64urlEscape(str){
        return str.replace(/\+/g, '-').replace(/\//g, '_').replace(/=/g, '');
    },
    toBase64(content){
        return this.base64urlEscape(Buffer.from(JSON.stringify(content)).toString('base64'))
    },
    encode(username,secret){
        let header = this.toBase64({ typ: 'JWT', alg: 'HS256' });
        let content = this.toBase64(username);
        let sign = this.sign([header,content].join('.'),secret);
        return  [header,content,sign].join('.')
    },
    base64urlUnescape(str) {
        str += new Array(5 - str.length % 4).join('=');
        return str.replace(/\-/g, '+').replace(/_/g, '/');
    },
    decode(token,secret){
        let [header,content,sign] = token.split('.');
        let newSign = this.sign([header,content].join('.'),secret);
        if(sign === newSign){
            return Buffer.from(this.base64urlUnescape(content),'base64').toString();
        }else{
            throw new Error('被篡改')
        }
    }
}

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