jwt的了解和使用以及大致代码分析

jwt简介

以下介绍来自官网（https://jwt.io/）
SON Web 令牌 （JWT） 是一种开放标准 （RFC 7519），它定义了一种紧凑且独立的方式，用于在各方之间以 JSON 对象的形式安全地传输信息。此信息可以验证和信任，因为它是经过数字签名的。JWT 可以使用密钥（使用 HMAC 算法）或使用 RSA 或 ECDSA 的公钥/私钥对进行签名**（来自官网）**。

尽管 JWT 可以加密以提供各方之间的保密性，但我们将专注于签名令牌。签名令牌可以验证其中包含的声明的完整性，而加密令牌则向其他方隐藏这些声明。当使用公钥/私钥对对令牌进行签名时，签名还证明只有持有私钥的一方才是签名的一方**（来自官网）**。

使用场景

• 授权：这是使用 JWT 的最常见方案。用户登录后，每个后续请求都将包含 JWT，允许用户访问使用该令牌允许的路由、服务和资源。单点登录是当今广泛使用 JWT 的一项功能，因为它的开销很小，并且能够跨不同域轻松使用**（来自官网）**。

• 信息交换：JSON Web 令牌是在各方之间安全传输信息的好方法。由于 JWT 可以签名（例如，使用公钥/私钥对），因此您可以确定发件人是他们所说的人。此外，由于签名是使用标头和有效负载计算的，因此您还可以验证内容是否未被篡改**（来自官网）**）。

jwt的组成结构

• Header
• Payload
• Signature
  因此，JWT 通常如下所示。

xxxxx.yyyyy.zzzzz

Header

通常由两部分组成：令牌的类型（即 JWT）和正在使用的签名算法，例如 HMAC SHA256 或 RSA。
例如：

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

然后，此JSON被Base64Url编码以形成JWT的第一部

Payload（有效载荷）

令牌的第二部分是有效负载，其中包含声明。声明是有关实体（通常是用户）和其他数据的语句。
有三种类型的声明：已注册、公共和私人声明。
已注册声明：这些是一组预定义的声明，这些声明不是必需的，但建议使用，以提供一组有用的、可互操作的声明。其中一些是：iss（发行人），exp（到期时间），sub（主题），aud（受众）等。

请注意，声明名称只有三个字符长，因为 JWT 应该是紧凑的。

公共声明：这些可以由使用 JWT 的人随意定义。但为了避免冲突，它们应该在 IANA JSON Web 令牌注册表中定义，或者定义为包含抗冲突命名空间的 URI。

专用声明：这些是创建的自定义声明，用于在同意使用它们的各方之间共享信息，既不是注册声明也不是公共声明。

示例有效负载可以是：

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

sub是预定义的声明，name,admin则是自己随便添加的一些定义
然后对有效负载进行 Base64Url 编码以形成 JSON Web 令牌的第二部分。

请注意，对于签名令牌，此信息虽然受到篡改保护，但任何人都可以读取。不要将机密信息放在 JWT 的有效负载或标头元素中，除非它已加密。

签名

要创建签名部分，您必须获取编码的标头、编码的有效负载、机密、标头中指定的算法并对其进行签名。

例如，如果要使用 HMAC SHA256 算法，将按以下方式创建签名：

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

签名用于验证消息在此过程中未被更改，并且在使用私钥签名的令牌的情况下，它还可以验证 JWT 的发件人是否是它所说的人。

把所有东西放在一起
输出是三个由点分隔的 Base64-URL 字符串，可以在 HTML 和 HTTP 环境中轻松传递，同时与基于 XML 的标准（如 SAML）相比更加紧凑。

使用java-jwt来生成和解析token

导入maven依赖

<dependency><groupId>com.auth0</groupId><artifactId>java-jwt</artifactId><version>3.4.0</version></dependency>

这附上一段我之前写的代码

    public String getToken(Users user) {String token="";// 2*24*3600 * 1000token= JWT.create().withExpiresAt(new Date(System.currentTimeMillis() + (2*24*3600*1000))).withAudience(user.getEmployeeId())// 将 login_user 保存到 token 里面.sign(Algorithm.HMAC256(DigestUtils.md5Hex(user.getEmployeePassword()+ Constants.MD5PRIVATEKEY)));// 以 password 作为 token 的密钥return token;}

这是上面引入的依赖提供的方法
首先是 JWT.create()，create方法去调用了JWTCreator的init方法

public static JWTCreator.Builder create() {return JWTCreator.init();}

然后init方法又new了一个自己的内部类，内部类给头部(headerClaims)和载荷(payloadClaims)声明了引用地址

    /*** Initialize a JWTCreator instance.** @return a JWTCreator.Builder instance to configure.*/static JWTCreator.Builder init() {return new Builder();}/*** The Builder class holds the Claims that defines the JWT to be created.*/public static class Builder {private final Map<String, Object> payloadClaims;private Map<String, Object> headerClaims;Builder() {this.payloadClaims = new HashMap<>();this.headerClaims = new HashMap<>();}

紧接着withExpiresAt()和withAudience()实际上就是给载荷里预定义的声明赋值，withExpiresAt()就是给exp赋值,withAudience()就是给aud赋值

     /*** Add a specific Audience ("aud") claim to the Payload.** @param audience the Audience value.* @return this same Builder instance.*/public Builder withAudience(String... audience) {addClaim(PublicClaims.AUDIENCE, audience);return this;}/*** Add a specific Expires At ("exp") claim to the Payload.** @param expiresAt the Expires At value.* @return this same Builder instance.*/public Builder withExpiresAt(Date expiresAt) {addClaim(PublicClaims.EXPIRES_AT, expiresAt);return this;}

它们都调用了addClaim方法，可以看到就是在载荷的那个map中添加key和value

 private void addClaim(String name, Object value) {if (value == null) {payloadClaims.remove(name);return;}payloadClaims.put(name, value);}

前面说过也可以自定义声明添加到载荷这部分，这里也提供了多个方法，这里展示两个

   /*** Add a custom Claim value.** @param name  the Claim's name.* @param value the Claim's value.* @return this same Builder instance.* @throws IllegalArgumentException if the name is null.*/public Builder withClaim(String name, Boolean value) throws IllegalArgumentException {assertNonNull(name);addClaim(name, value);return this;}/*** Add a custom Claim value.** @param name  the Claim's name.* @param value the Claim's value.* @return this same Builder instance.* @throws IllegalArgumentException if the name is null.*/public Builder withClaim(String name, Integer value) throws IllegalArgumentException {assertNonNull(name);addClaim(name, value);return this;}

然后是sign()方法，这里这里传入了一个我们指明秘钥的算法，headerClaims.put方法给头部添加了令牌的类型（即 JWT）和正在使用的签名算法

/*** Creates a new JWT and signs is with the given algorithm** @param algorithm used to sign the JWT* @return a new JWT token* @throws IllegalArgumentException if the provided algorithm is null.* @throws JWTCreationException     if the claims could not be converted to a valid JSON or there was a problem with the signing key.*/public String sign(Algorithm algorithm) throws IllegalArgumentException, JWTCreationException {if (algorithm == null) {throw new IllegalArgumentException("The Algorithm cannot be null.");}headerClaims.put(PublicClaims.ALGORITHM, algorithm.getName());headerClaims.put(PublicClaims.TYPE, "JWT");String signingKeyId = algorithm.getSigningKeyId();if (signingKeyId != null) {withKeyId(signingKeyId);}return new JWTCreator(algorithm, headerClaims, payloadClaims).sign();}

然后new 了一个JWTCreator对象

 private JWTCreator(Algorithm algorithm, Map<String, Object> headerClaims, Map<String, Object> payloadClaims) throws JWTCreationException {this.algorithm = algorithm;try {ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();SimpleModule module = new SimpleModule();module.addSerializer(ClaimsHolder.class, new PayloadSerializer());mapper.registerModule(module);mapper.configure(MapperFeature.SORT_PROPERTIES_ALPHABETICALLY, true);headerJson = mapper.writeValueAsString(headerClaims);payloadJson = mapper.writeValueAsString(new ClaimsHolder(payloadClaims));} catch (JsonProcessingException e) {throw new JWTCreationException("Some of the Claims couldn't be converted to a valid JSON format.", e);}}

这里可以看到这两句代码，把头部这个map和载荷这个map都转换成了json串

  headerJson = mapper.writeValueAsString(headerClaims);payloadJson = mapper.writeValueAsString(new ClaimsHolder(payloadClaims));

然后返回，在new一个JWTCreator对象后又调用了这个对象的sign()方法

 private String sign() throws SignatureGenerationException {String header = Base64.encodeBase64URLSafeString(headerJson.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));String payload = Base64.encodeBase64URLSafeString(payloadJson.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));String content = String.format("%s.%s", header, payload);byte[] signatureBytes = algorithm.sign(content.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));String signature = Base64.encodeBase64URLSafeString((signatureBytes));return String.format("%s.%s", content, signature);}

可以看到首先对header也就是头部做了base64编码,然后对载荷 payload也做了base64编码

String header = Base64.encodeBase64URLSafeString(headerJson.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
String payload = Base64.encodeBase64URLSafeString(payloadJson.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

然后使用小数点连接

String content = String.format("%s.%s", header, payload);

然后使用算法对连接后的头部和载荷进行签名，最后形成签名

byte[] signatureBytes = algorithm.sign(content.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

然后用base64对签名进行编码，再把编码后的签名和前面的头部，载荷连接起来

String signature = Base64.encodeBase64URLSafeString((signatureBytes));return String.format("%s.%s", content, signature);