Java中JWT技术解析与实践：安全高效的身份认证 |
您所在的位置：网站首页 › jwt安全性如何 › Java中JWT技术解析与实践：安全高效的身份认证 |
Java中JWT技术解析与实践：安全高效的身份认证
|
jwt常见问题回复&简介
什么是JWT（JSON Web Token）？ JWT是一种用于身份验证和授权的开放标准（RFC 7519），它是基于JSON格式的轻量级安全令牌。JWT由三部分组成：头部（Header）、载荷（Payload）和签名（Signature）。通常，JWT被用于在不同的系统之间传递安全性的声明信息，以便用户在跨域应用中进行身份验证。 JWT有什么好处，能干啥？ JWT的主要优点包括： 轻量级：JWT是基于JSON格式的，相比于传统的XML格式，它更加轻巧且易于解析。自包含：JWT中包含了用户的一些声明信息，因此无需查询数据库来验证用户身份，有效降低了服务器的负担。无状态性：JWT本身是无状态的，所有的信息都被包含在令牌中，服务器端无需保存任何状态信息，使得系统易于扩展和维护。安全性：JWT中使用签名进行验证，防止数据被篡改，确保了数据的完整性和安全性。JWT能够实现的功能包括： 用户认证：JWT可以用于用户身份验证，客户端通过携带有效的JWT令牌来请求受限资源。单点登录（SSO）：用户在一个应用登录后，可以获取JWT令牌，然后在其他相互信任的应用中使用该令牌来免登录。授权信息传递：JWT中的载荷可以包含用户的角色、权限等信息，服务器可以根据这些信息做出授权决策（私密信息不要使用JWT 可以被人解析）。 JWT的组成： JWT由三部分组成：头部（Header）、载荷（Payload）和签名（Signature）。 头部（Header）：通常由两部分组成，令牌类型（typ）和使用的签名算法（alg）。示例：{"alg": "HS256", "typ": "JWT"}载荷（Payload）：包含用户的声明信息，例如过期时间用户ID、角色、权限等。可以自定义其他声明信息。示例：{"sub": "1234567890", "name": "John Doe", "admin": true}签名（Signature）：通过对头部和载荷进行签名，保证数据的完整性和安全性。签名的生成通常使用密钥进行加密，只有持有密钥的服务器才能验证签名的有效性。 如何使用JWT？ 使用JWT通常包括以下步骤： 用户登录：用户提供用户名和密码进行登录验证。服务器验证：服务器验证用户提供的信息是否正确，并生成JWT令牌。令牌传递：服务器将JWT令牌发送回客户端。客户端使用：客户端在后续请求中携带JWT令牌，发送给服务器进行身份验证和授权。 系统中的JWT是如何使用的，在什么时候使用的？ 在一个系统中，JWT通常用于实现用户身份验证和授权。当用户登录成功后，服务器会生成一个JWT令牌并发送给客户端，客户端保存该令牌，并在后续的请求中将令牌添加到请求头或请求参数中。服务器在收到请求时，会解析JWT令牌并验证其合法性和有效性，从而判断用户是否已经登录以及是否有权限访问请求的资源。JWT的使用可以简化系统的身份验证和授权流程，提高系统的安全性和性能。同时，由于JWT本身是无状态的，不需要在服务器端保存会话信息，使得系统更易于扩展和维护。引入jwt，并使用生成token 使用步骤当使用JWT进行用户身份验证和授权时，通常包含以下步骤： 用户登录认证： 用户提供用户名和密码进行登录。服务器接收用户提交的用户名和密码，通过UserService类中的authenticateUser方法验证用户名和密码是否正确。如果用户名和密码验证通过，认为用户登录成功，可以继续下一步生成JWT令牌。生成JWT令牌： 在登录成功后，服务器使用JwtUtils工具类中的generateJwtToken方法生成JWT令牌。generateJwtToken方法接收三个参数： subject：即载荷（Payload）中的"sub"字段，通常用于标识用户的唯一标识，例如用户ID、用户名等。expirationMillis：令牌的有效期，以毫秒为单位。令牌过期后将无效，需要重新登录获取新的令牌。SECRET_KEY：用于签名的密钥，确保密钥保密，不要泄露给他人。 generateJwtToken方法会使用Jwts类的builder方法构建JWT令牌，并设置令牌的头部（Header）、载荷（Payload）、过期时间（Expiration）等信息。最后，使用指定的签名算法（此处使用HS256）对令牌进行签名，生成签名（Signature）部分，得到最终的JWT令牌。返回JWT令牌： 服务器将生成的JWT令牌返回给客户端，通常通过将令牌添加到响应的Header或Body中。客户端携带JWT令牌： 在后续的请求中，客户端需要在请求头或请求参数中携带JWT令牌，通常使用"Authorization"字段来传递令牌。例如，可以将JWT令牌添加到请求头的"Authorization"字段中，格式为"Bearer “，其中”"为生成的JWT令牌。解析和验证JWT令牌： 服务器接收到带有JWT令牌的请求后，需要对令牌进行解析和验证，以验证用户身份和授权信息。使用JwtUtils工具类中的parseJwtToken方法对JWT令牌进行解析和验证。parseJwtToken方法接收一个JWT令牌作为参数，并使用之前设置的密钥SECRET_KEY对令牌进行解析。如果解析和验证成功，parseJwtToken方法将返回载荷（Payload）中的"sub"字段的值，即之前设置的用户唯一标识。如果解析和验证失败，可能是令牌过期、签名验证不通过等，服务器将拒绝请求，要求客户端重新登录获取新的令牌。用户访问控制： 在服务器端验证JWT令牌成功后，可以根据令牌中携带的用户信息（例如用户角色、权限等）进行访问控制和授权决策。服务器可以根据令牌中的信息判断用户是否有权限访问请求的资源，并执行相应的业务逻辑。 精简版案例： 客户端生成令牌： public void generateJWT() { JwtBuilder builder = Jwts.builder(); String token = builder // 头部 .setHeaderParam("typ", "JWT") .setHeaderParam("alg", "HS256") // 载荷数据/过期时间 .claim("id", 10001) .claim("nickName", "老王") // 设置过期时间，这里设置为当前时间加上一小时 .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + 1000 * 60 * 60)) // 设置JWT的唯一标识（ID），这里使用UUID生成唯一ID .setId(UUID.randomUUID().toString()) // 签名，使用HS256算法和指定的密钥（key）进行签名 .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, key) // 构造JWT令牌 .compact(); System.out.println(token); } /** * 服务器解析JWT */ @Test public void verifyJWT() { // 要解析的JWT令牌 String jwt = "eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpZCI6MTAwMDEsIm5pY2tOYW1lIjoi6ICB546LIiwiZXhwIjoxNjkwMjc0NTg3LCJqdGkiOiIxZTY0MWExMS0yMjJkLTQ4YjMtODQ1OS05ZTlmNDUxZjIyZGQifQ.nby2Lp7nx4BLuk3SFAk0ZLPbhliLQ0l3eWOADnX5Kfc"; // 创建JwtParser对象，用于解析JWT令牌 JwtParser parser = Jwts.parser(); // 解析JWT令牌并验证签名 Jws claimsJws = null; try { claimsJws = parser .setSigningKey(key) // 设置验证签名所使用的密钥（与生成JWT时使用的密钥相同） .parseClaimsJws(jwt); // 解析JWT令牌 Claims body = claimsJws.getBody(); // 获取解析后的JWT令牌的载荷（Payload） System.out.println(body); // 输出解析后的JWT令牌的载荷内容 } catch (Exception e) { // 验证失败，抛出异常 throw new RuntimeException(e); } } 常用案例借助jjwt库来生成和解析JWT令牌。 首先，确保在项目中导入jjwt库的依赖： io.jsonwebtoken jjwt-api 0.11.2 io.jsonwebtoken jjwt-impl 0.11.2 runtime io.jsonwebtoken jjwt-jackson 0.11.2 runtime接下来，我们定义一个简单的JWT工具类来生成和解析JWT令牌： import io.jsonwebtoken.Claims; import io.jsonwebtoken.Jwts; import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm; import java.util.Date; public class JwtUtils { private static final String SECRET_KEY = "your-secret-key"; // 替换为自己的密钥 public static String generateJwtToken(String subject, long expirationMillis) { Date now = new Date(); Date expirationDate = new Date(now.getTime() + expirationMillis); return Jwts.builder() .setSubject(subject) .setIssuedAt(now) .setExpiration(expirationDate) .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, SECRET_KEY) .compact(); } public static String parseJwtToken(String jwtToken) { Claims claims = Jwts.parser() .setSigningKey(SECRET_KEY) .parseClaimsJws(jwtToken) .getBody(); return claims.getSubject(); } }在上面的代码中，我们定义了generateJwtToken方法用于生成JWT令牌，parseJwtToken方法用于解析JWT令牌。需要注意的是，我们在生成和解析JWT令牌时都使用了同一个密钥SECRET_KEY，确保密钥保密，不要泄露给他人。 这里的密钥可以使用算法生成 public static String generateRandomKey() { // 生成256位的随机字节数组 byte[] keyBytes = new byte[32]; SecureRandom secureRandom = new SecureRandom(); secureRandom.nextBytes(keyBytes); // 将字节数组转换为Base64编码的字符串 String key = Base64.getEncoder().encodeToString(keyBytes); System.out.println(key + "=============="); return key; }在这段代码中，我们使用Jwts.builder()来创建JWT令牌（JSON Web Token）。Jwts是jjwt库中的一个类，用于构建JWT令牌。 接下来，我们可以使用这个JWT工具类来实现用户登录和认证的功能： public class UserService { // 模拟用户数据库 private Map userDatabase = new HashMap(); { userDatabase.put("user1", "password1"); userDatabase.put("user2", "password2"); } public boolean authenticateUser(String username, String password) { String storedPassword = userDatabase.get(username); return storedPassword != null && storedPassword.equals(password); } }在上面的示例中，我们假设有一个UserService类，其中authenticateUser方法用于验证用户的用户名和密码是否正确。请注意，这里只是一个简化的模拟用户数据库，实际应用中应该使用更安全和可靠的方式来存储和验证用户信息。 接下来，我们可以在主类中使用这些组件来演示JWT的使用： public class Main { public static void main(String[] args) { UserService userService = new UserService(); // 用户登录，验证用户名和密码是否正确 String username = "user1"; String password = "password1"; boolean isAuthenticated = userService.authenticateUser(username, password); if (isAuthenticated) { // 用户登录成功，生成JWT令牌并返回给客户端 String jwtToken = JwtUtils.generateJwtToken(username, 3600000); // 令牌有效期1小时 System.out.println("JWT Token: " + jwtToken); // 客户端在后续请求中携带JWT令牌，服务器端解析令牌并验证用户身份 String parsedUsername = JwtUtils.parseJwtToken(jwtToken); System.out.println("Parsed Username: " + parsedUsername); } else { System.out.println("Authentication failed. Invalid username or password."); } } }在这个示例中，我们首先进行用户登录认证，如果用户名和密码验证通过，我们就生成JWT令牌并返回给客户端。在后续的请求中，客户端需要在请求头或请求参数中携带这个JWT令牌，服务器端解析令牌并验证用户身份，从而实现了用户的身份验证和授权功能。 请注意，实际应用中，我们应该更加完善和安全地管理JWT令牌，例如设置更短的过期时间、使用HTTPS等。此外，建议使用第三方库来处理JWT令牌的生成和解析，以确保安全性和正确性。 关于代码的解释 下面逐个方法来解释这段代码的含义： setSubject(subject)：设置JWT令牌的主题（Subject）。在JWT中，主题是令牌所针对的用户，通常用于标识用户的唯一标识，例如用户ID或用户名。这个方法用于将用户的唯一标识作为主题设置到JWT令牌中。setIssuedAt(now)：设置JWT令牌的签发时间（Issued At）。在JWT中，签发时间表示令牌的创建时间。这个方法用于将当前时间设置为令牌的签发时间。setExpiration(expirationDate)：设置JWT令牌的过期时间（Expiration）。在JWT中，过期时间表示令牌的有效期截止时间。在过期时间之后，令牌将失效，需要重新登录获取新的令牌。这个方法用于将指定的过期时间设置到JWT令牌中。signWith(SignatureAlgorithm.HS256, SECRET_KEY)：对JWT令牌进行签名。在JWT中，签名是为了保证令牌的完整性和安全性。签名需要一个密钥来进行加密，确保只有服务器持有密钥才能验证令牌的有效性。这个方法使用指定的签名算法（此处使用HS256）和密钥（SECRET_KEY）对令牌进行签名。compact()：将JWT令牌压缩成一个字符串形式。在上面的代码中，Jwts.builder()用于构建JWT令牌的各个部分，compact()方法将JWT令牌压缩成最终的字符串形式，以便返回给客户端。综合起来，这段代码的作用是创建一个包含指定主题、签发时间和过期时间的JWT令牌，并使用指定的签名算法和密钥对令牌进行签名，最后将JWT令牌压缩成字符串形式并返回给客户端。生成的JWT令牌将包含在响应中，客户端可以在后续的请求中携带该令牌进行身份验证和授权。服务器在接收到带有JWT令牌的请求后，可以使用相同的密钥对令牌进行解析和验证，以确认令牌的合法性和有效性。 在这段代码中，我们定义了一个静态方法parseJwtToken，用于解析JWT令牌并获取其中的主题（Subject）信息。parseJwtToken方法接收一个JWT令牌（字符串形式）作为参数，并返回解析后的主题信息。 下面逐个方法来解释这段代码的含义： Jwts.parser()：创建一个JWT解析器。在jjwt库中，Jwts类的parser()方法用于创建一个JWT解析器，用于解析JWT令牌的内容。setSigningKey(SECRET_KEY)：设置JWT解析器的验证密钥。在解析JWT令牌时，需要使用相同的密钥来验证令牌的签名。这个方法使用之前生成JWT令牌时使用的密钥SECRET_KEY来设置JWT解析器的验证密钥。parseClaimsJws(jwtToken)：解析JWT令牌并获取Claims对象。在jjwt库中，parseClaimsJws方法用于解析JWT令牌，并返回一个Jws对象，其中包含了JWT令牌的头部、载荷和签名等信息。getBody()：从Jws对象中获取JWT令牌的载荷（Payload）。在JWT中，载荷部分是一个JSON对象，包含了令牌的各种信息，例如主题（Subject）、签发时间（Issued At）、过期时间（Expiration）等。这个方法获取JWT令牌的载荷，并返回一个Claims对象，其中包含了令牌的所有信息。claims.getSubject()：从Claims对象中获取主题信息。在JWT令牌的载荷中，通常使用"sub"字段来标识主题，即令牌所针对的用户唯一标识，例如用户ID或用户名。这个方法获取JWT令牌的主题信息，并返回给调用方。综合起来，这段代码的作用是解析传入的JWT令牌，并从令牌的载荷中获取主题信息。这个主题信息通常用于标识令牌所针对的用户，服务器可以根据主题信息来验证用户身份和进行访问控制。如果JWT令牌的签名验证通过且令牌没有过期，parseJwtToken方法将返回令牌的主题信息，否则可能会抛出异常或返回null，取决于解析过程中是否出现异常。 总结： JWT的使用过程包括用户登录认证、生成JWT令牌、返回令牌给客户端、客户端携带令牌访问资源、服务器解析和验证令牌、根据令牌中的信息进行用户访问控制。JWT的无状态特性使得服务器无需保存会话信息，提高了系统的性能和可伸缩性。同时，使用合适的签名算法和保密的密钥，JWT令牌能够提供一定程度的安全性，确保令牌的完整性和安全性。 网络安全工程师(白帽子)企业级学习路线 第一阶段：安全基础（入门）
如果你对网络安全入门感兴趣，那么你需要的话可以点击这里👉网络安全重磅福利：入门&进阶全套282G学习资源包免费分享！ 学习资源分享
|
【本文地址】
今日新闻 |
推荐新闻 |