JWT身份认证(附带源码讲解)

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JWT（Json Web Token）验证(附带源码讲解)

JWT（Json Web Token）验证(附带源码讲解)

一天，正是午休时段

兵长路过胖sir座位，大吃一惊，今天胖sir居然没有打呼噜，而是在低着头聚精会神盯着一本书

兵长凑近一看，胖sir居然在看史书…

兵长：（轻声道），你在看~~ 什 ~~ 么 ~~

胖sir：我在想我要是穿越到清朝，我会是啥身份？

what？？~~~ ，能是啥身份，肯定是重量级人物呗

胖sir：我呸，今天我倒要给你讲讲啥叫身份

讲到身份，不得不说一下cookie、session、Token的区别，come on

1 cookie、session、Token的区别

Cookie

Cookie总是保存在客户端中，按在客户端中的存储位置，可分为 内存Cookie 和 硬盘Cookie。

内存Cookie由浏览器维护，保存在内存中，浏览器关闭后就消失了，其存在时间是短暂的。

硬盘Cookie保存在硬盘⾥，有⼀个过期时间，除⾮⽤户⼿⼯清理或到了过期时间，硬盘Cookie不会被删除，其存在时间是⻓期的。

所以，按存在时间，可分为 ⾮持久Cookie和持久Cookie。

那么cookies到底是什么呢？

cookie 是⼀个⾮常具体的东⻄，指的就是浏览器⾥⾯能永久存储的⼀种数据，仅仅是浏览器实现的⼀种数

据存储功能。

cookie由服务器⽣成，发送给浏览器，浏览器把cookie以key-value形式保存到某个⽬录下的⽂本⽂件

内，下⼀次请求同⼀⽹站时会把该cookie发送给服务器。由于cookie是存在客户端上的，所以浏览器加⼊

了⼀些限制确保cookie不会被恶意使⽤，同时不会占据太多磁盘空间，所以每个域的cookie数量是有限的。

Session

Session字⾯意思是会话，主要⽤来标识⾃⼰的身份。

⽐如在⽆状态的api服务在多次请求数据库时，如何知道是同⼀个⽤户，这个就可以通过session的机制，服务器要知道当前发请求给⾃⼰的是谁，为了区分客户端请求，服务端会给具体的客户端⽣成身份标识session ，然后客户端每次向服务器发请求的时候，都带上这个“身份标识”，服务器就知道这个请求来⾃于谁了。

⾄于客户端如何保存该标识，可以有很多⽅式，对于浏览器⽽⾔，⼀般都是使⽤ cookie 的⽅式，服务器使⽤session把⽤户信息临时保存了服务器上，⽤户离开⽹站就会销毁，这种凭证存储⽅式相对于，cookie来说更加安全。

但是session会有⼀个缺陷: 如果web服务器做了负载均衡，那么下⼀个操作请求到了另⼀台服务器的时候session会丢失。

因此，通常企业⾥会使⽤ redis,memcached 缓存中间件来实现session的共享，此时web服务器就是⼀个完全⽆状态的存在，所有的⽤户凭证可以通过共享session的⽅式存取，当前session的过期和销毁机制需要⽤户做控制。

Token

token的意思是“令牌”，是⽤户身份的验证⽅式，最简单的token组成: uid(⽤户唯⼀标识) + time(当前时间戳) + sign(签名,由token的前⼏位+盐以哈希算法压缩成⼀定⻓度的⼗六进制字符串) ，同时还可以将不变的参数也放进token

这里说的token只的是 JWT（Json Web Token）

2 JWT是个啥？

⼀般⽽⾔，⽤户注册登陆后会⽣成⼀个jwt token返回给浏览器，浏览器向服务端请求数据时携带 token ，服务器端使⽤ signature 中定义的⽅式进⾏解码，进⽽对token进⾏解析和验证。

jwt token 的组成部分

header: ⽤来指定使⽤的算法(HMAC SHA256 RSA)和token类型(如JWT)

官网上可以找到各种语言的jwt库，例如我们下面使用这个库进行编码，因为这个库使用的人是最多的，值得信赖
```
go get github.com/dgrijalva/jwt-go
```
payload: 包含声明(要求)，声明通常是⽤户信息或其他数据的声明，⽐如⽤户id，名称，邮箱等. 声明。可分为三种: registered,public,private
signature: ⽤来保证JWT的真实性，可以使⽤不同的算法

header

token的第一部分，如

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

对上⾯的json进⾏base64编码即可得到JWT的第⼀个部分

payload

token第二部分如

registered claims: 预定义的声明，通常会放置⼀些预定义字段，⽐如过期时间，主题等(iss:issuer,exp:expiration time,sub:subject,aud:audience)
public claims: 可以设置公开定义的字段
private claims: ⽤于统⼀使⽤他们的各⽅之间的共享信息

不要在header和payload中放置敏感信息，除⾮信息本身已经做过脱敏处理，因为payload部分的具体数据是可以通过token来获取到的

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

Signature

token的第三部分

为了得到签名部分，必须有编码过的header和payload，以及⼀个秘钥，签名算法使⽤header中指定的那个，然后对其进⾏签名即可

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

签名是⽤于验证消息在传递过程中有没有被更改，并且，对于使⽤私钥签名的token，它还可以验证JWT

的发送⽅是否为它所称的发送⽅。

签名的⽬的

最后⼀步签名的过程，实际上是对头部以及载荷内容进⾏签名。

⼀般⽽⾔，加密算法对于不同的输⼊产⽣的输出总是不⼀样的。对于两个不同的输⼊，产⽣同样的输出的概率极其地⼩。所以，我们就把“不⼀样的输⼊产⽣不⼀样的输出”当做必然事件来看待。

所以，如果有⼈对头部以及载荷的内容解码之后进⾏修改，再进⾏编码的话，那么新的头部和载荷的签名和之前的签名就将是不⼀样的。⽽且，如果不知道服务器加密的时候⽤的密钥的话，得出来的签名也⼀定会是不⼀样的。

服务器应⽤在接受到JWT后，会⾸先对头部和载荷的内容⽤同⼀算法再次签名。那么服务器应⽤是怎么知道我们⽤的是哪⼀种算法呢？

在JWT的头部中已经⽤alg字段指明了我们的加密算法了。

如果服务器应⽤对头部和载荷再次以同样⽅法签名之后发现，⾃⼰计算出来的签名和接受到的签名不⼀样，那么就说明这个Token的内容被别⼈动过的，我们应该拒绝这个Token，

注意：在JWT中，不应该在载荷⾥⾯加⼊任何敏感的数据，⽐如⽤户的密码。具体原因上文已经给过答案了

jwt.io⽹站

在jwt.io(https://jwt.io/#debugger-io)⽹站中，提供了⼀些JWT token的编码，验证以及⽣成jwt的⼯具。

下图就是⼀个典型的jwt-token的组成部分。

啥时候使用JWT呢？

我们要明白的时候，JWT是用作认证的，而不是用来做授权的。明白他的功能，那么对应JWT的应用场景就不言而喻了

Authorization(授权): 典型场景，⽤户请求的token中包含了该令牌允许的路由，服务和资源。单点登录其实就是现在⼴泛使⽤JWT的⼀个特性
Information Exchange(信息交换): 对于安全的在各⽅之间传输信息⽽⾔，JSON Web Tokens⽆疑是⼀种很好的⽅式.因为JWTs可以被签名

例如，⽤公钥/私钥对，你可以确定发送⼈就是它们所说的那个⼈。另外，由于签名是使⽤头和有效负载计算的，您还可以验证内容没有被篡改

JWT工作方式是怎样的？

JWT认证过程基本上整个过程分为两个阶段

第⼀个阶段，客户端向服务端获取token
第⼆阶段，客户端带着该token去请求相关的资源

通常⽐较重要的是，服务端如何根据指定的规则进⾏token的⽣成。

在认证的时候，当⽤户⽤他们的凭证成功登录以后，⼀个JSON Web Token将会被返回。此后，token就是⽤户凭证了，你必须⾮常⼩⼼以防⽌出现安全问题。⼀般⽽⾔，你保存令牌的时间不应该超过你所需要它的时间。

⽆论何时⽤户想要访问受保护的路由或者资源的时候，⽤户代理（通常是浏览器）都应该带上JWT，典型的，通常放在Authorization header中，⽤Bearer schema: Authorization: Bearer 服务器上的受保护的路由将会检查Authorization header中的JWT是否有效，如果有效，则⽤户可以访问受保护的资源。

如果JWT包含⾜够多的必需的数据，那么就可以减少对某些操作的数据库查询的需要，尽管可能并不总是如此。如果token是在授权头（Authorization header）中发送的，那么跨源资源共享(CORS)将不会成为问题，因为它不使⽤cookie。

来感受一张官方的图

获取JWT以及访问APIs以及资源

客户端向授权接⼝请求授权
服务端授权后返回⼀个access token给客户端
客户端使⽤access token访问受保护的资源

3 基于Token的身份认证和基于服务器的身份认证

1、给予服务器的身份认证，通常是基于服务器上的session来做用户认证，使用session会有如下几个问题

Sessions：认证通过后需要将⽤户的session数据保存在内存中，随着认证⽤户的增加，内存开销会⼤
扩展性问题：由于session存储在内存中，扩展性会受限，虽然后期可以使⽤redis,memcached来缓存数据
CORS: 当多个终端访问同⼀份数据时，可能会遇到禁⽌请求的问题
CSRF: ⽤户容易受到CSRF攻击（Cross Site Request Forgery, 跨站域请求伪造）

2、基于Token的身份认证证是⽆状态的，服务器或者session中不会存储任何⽤户信息.(很好的解决了共享 session的问题)

⽤户携带⽤户名和密码请求获取token(接⼝数据中可使⽤appId,appKey，或是自己协商好的某类数据)
服务端校验⽤户凭证，并返回⽤户或客户端⼀个Token
客户端存储token,并在请求头中携带Token
服务端校验token并返回相应数据

需要注意几点：

客户端请求服务器的时候，必须将token放到header中
客户端请求服务器每一次都需要带上token
服务器需要设置为接收所有域的请求: Access-Control-Allow-Origin: *

3、Session和JWT Token的有啥不一样的？

他俩都可以存储用户相关的信息
session 存储在服务器， JWT存储在客户端

4 ⽤Token有什么好处呢？

他是无状态的且 可扩展性好
他相对安全：防⽌CSRF攻击，token过期重新认证

上文有说说，JWT是用于做身份认证的而不是做授权的，那么在这里列举一下做认证和做授权分别用在哪里呢？

例如OAuth2是⼀种授权框架，是用于授权，主要用在使⽤第三⽅账号登录的情况 (⽐如使⽤weibo, qq, github登录某个app)
JWT是⼀种认证协议，⽤在前后端分离 , 需要简单的对后台API进⾏保护时使⽤
无论是授权还是认证，都需要记住使用HTTPS来保护数据的安全性

5 实际看看JWT如何做身份验证

jwt做身份验证，这里主要讲如何根据header，payload，signature生成token
客户端带着token来服务器做请求，如何校验？

下面实例代码，主要做了2个接口

用到的技术点：

gin
- 路由分组
- 中间件的使用
gorm
- 简单操作mysql数据库，插入，查询
jwt
- 生成token
- 解析token

登录接口

访问url ： http://127.0.0.1:9999/v1/login

功能：

用户登录
生成jwt，并返回给到客户端
gorm对数据库的操作

认证后Hello接口

访问url ： http://127.0.0.1:9999/v1/auth/hello

功能：

校验客户端请求服务器携带token
返回客户端所请求的数据

代码结构如下图

main.go

package main

import (
   "github.com/gin-gonic/gin"
   "my/controller"
   "my/myauth"
)

func main() { 
   
   //连接数据库
   conErr := controller.InitMySQLCon()
   if conErr != nil { 
   
      panic(conErr)
   }

   //需要使用到gorm，因此需要先做一个初始化
   controller.InitModel()
   defer controller.DB.Close()


   route := gin.Default()

   //路由分组
   v1 := route.Group("/v1/")
   { 
   
      //登录（为了方便，将注册和登录功能写在了一起）
      v1.POST("/login", controller.Login)
   }


   v2 := route.Group("/v1/auth/")
   //一个身份验证的中间件
   v2.Use(myauth.JWTAuth())
   { 
   
      //带着token请求服务器
      v2.POST("/hello", controller.Hello)
   }

   //监听9999端口
   route.Run(":9999")

}

controller.go

文件中基本的数据结构定义为：

文件中涉及的处理函数：

实际源码：

package controller

import (
   "errors"
   "fmt"
   jwtgo "github.com/dgrijalva/jwt-go"
   "github.com/gin-gonic/gin"
   "github.com/jinzhu/gorm"
   "log"
   "net/http"
   "time"
   _ "github.com/jinzhu/gorm/dialects/mysql"
)

//登录请求信息
type ReqInfo struct { 
   
   Name   string `json:"name"`
   Passwd string `json:"passwd"`
}

// 构造用户表
type MyInfo struct { 
   
   Id        int32  `gorm:"AUTO_INCREMENT"`
   Name      string `json:"name"`
   Passwd    string `json:"passwd"`
   CreatedAt *time.Time
   UpdateTAt *time.Time
}

//Myclaims
// 定义载荷
type Myclaims struct { 
   
   Name string `json:"userName"`
   // StandardClaims结构体实现了Claims接口(Valid()函数)
   jwtgo.StandardClaims
}
//密钥
type JWT struct { 
   
   SigningKey []byte
}
//hello 接口
func Hello(c *gin.Context) { 
   
   claims, _ := c.MustGet("claims").(*Myclaims)
   if claims != nil { 
   
      c.JSON(http.StatusOK, gin.H{ 
   
         "status": 0,
         "msg":    "Hello wrold",
         "data":   claims,
      })
   }
}

var (
   DB               *gorm.DB
   secret                 = "iamsecret"
   TokenExpired     error = errors.New("Token is expired")
   TokenNotValidYet error = errors.New("Token not active yet")
   TokenMalformed   error = errors.New("That's not even a token")
   TokenInvalid     error = errors.New("Couldn't handle this token:")
)
//数据库连接
func InitMySQLCon() (err error) { 
   
   // 可以在api包里设置成init函数
   connStr := fmt.Sprintf("%s:%s@tcp(%s:%d)/%s?charset=utf8mb4&parseTime=True&loc=Local", "root", "123456", "127.0.0.1", 3306, "mygorm")
   fmt.Println(connStr)
   DB, err = gorm.Open("mysql", connStr)

   if err != nil { 
   
      return err
   }

   return DB.DB().Ping()
}
//初始化gorm对象映射
func InitModel() { 
   
   DB.AutoMigrate(&MyInfo{ 
   })
}
func NewJWT() *JWT { 
   
   return &JWT{ 
   
      []byte(secret),
   }
}
// 登陆结果
type LoginResult struct { 
   
   Token string `json:"token"`
   Name string `json:"name"`
}
// 创建Token(基于用户的基本信息claims)
// 使用HS256算法进行token生成
// 使用用户基本信息claims以及签名key(signkey)生成token
func (j *JWT) CreateToken(claims Myclaims) (string, error) { 
   
   // 返回一个token的结构体指针
   token := jwtgo.NewWithClaims(jwtgo.SigningMethodHS256, claims)
   return token.SignedString(j.SigningKey)
}
//生成token
func generateToken(c *gin.Context, info ReqInfo) { 
   
   // 构造SignKey: 签名和解签名需要使用一个值
   j := NewJWT()

   // 构造用户claims信息(负荷)
   claims := Myclaims{ 
   
      info.Name,
      jwtgo.StandardClaims{ 
   
         NotBefore: int64(time.Now().Unix() - 1000), // 签名生效时间
         ExpiresAt: int64(time.Now().Unix() + 3600), // 签名过期时间
         Issuer:    "pangsir",                       // 签名颁发者
      },
   }

   // 根据claims生成token对象
   token, err := j.CreateToken(claims)
   if err != nil { 
   
      c.JSON(http.StatusOK, gin.H{ 
   
         "status": -1,
         "msg":    err.Error(),
         "data":   nil,
      })
   }

   log.Println(token)
   // 返回用户相关数据
   data := LoginResult{ 
   
      Name:  info.Name,
      Token: token,
   }

   c.JSON(http.StatusOK, gin.H{ 
   
      "status": 0,
      "msg":    "登陆成功",
      "data":   data,
   })

   return
}
//解析token
func (j *JWT) ParserToken(tokenstr string) (*Myclaims, error) { 
   
   // 输入token
   // 输出自定义函数来解析token字符串为jwt的Token结构体指针
   // Keyfunc是匿名函数类型: type Keyfunc func(*Token) (interface{}, error)
   // func ParseWithClaims(tokenString string, claims Claims, keyFunc Keyfunc) (*Token, error) {}
   token, err := jwtgo.ParseWithClaims(tokenstr, &Myclaims{ 
   }, func(token *jwtgo.Token) (interface{ 
   }, error) { 
   
      return j.SigningKey, nil
   })

   fmt.Println(token, err)
   if err != nil { 
   
      // jwt.ValidationError 是一个无效token的错误结构
      if ve, ok := err.(*jwtgo.ValidationError); ok { 
   
         // ValidationErrorMalformed是一个uint常量，表示token不可用
         if ve.Errors&jwtgo.ValidationErrorMalformed != 0 { 
   
            return nil, TokenMalformed
            // ValidationErrorExpired表示Token过期
         } else if ve.Errors&jwtgo.ValidationErrorExpired != 0 { 
   
            return nil, TokenExpired
            // ValidationErrorNotValidYet表示无效token
         } else if ve.Errors&jwtgo.ValidationErrorNotValidYet != 0 { 
   
            return nil, TokenNotValidYet
         } else { 
   
            return nil, TokenInvalid
         }

      }
   }

   // 将token中的claims信息解析出来和用户原始数据进行校验
   // 做以下类型断言，将token.Claims转换成具体用户自定义的Claims结构体
   if claims, ok := token.Claims.(*Myclaims); ok && token.Valid { 
   
      return claims, nil
   }

   return nil, errors.New("token NotValid")
}
//登录
func Login(c *gin.Context) { 
   
   var reqinfo ReqInfo
   var userInfo MyInfo

   err := c.BindJSON(&reqinfo)

   if err == nil { 
   
      fmt.Println(reqinfo)

      if reqinfo.Name == "" || reqinfo.Passwd == ""{ 
   
         c.JSON(http.StatusOK, gin.H{ 
   
            "status": -1,
            "msg":    "账号密码不能为空",
            "data":   nil,
         })
         c.Abort()
         return
      }
      //校验数据库中是否有该用户
      err := DB.Where("name = ?", reqinfo.Name).Find(&userInfo)
      if err != nil { 
   
         fmt.Println("数据库中没有该用户 ，可以进行添加用户数据")
         //添加用户到数据库中
         info := MyInfo{ 
   
            Name:   reqinfo.Name,
            Passwd: reqinfo.Passwd,
         }
         dberr := DB.Model(&MyInfo{ 
   }).Create(&info).Error
         if dberr != nil { 
   
            c.JSON(http.StatusOK, gin.H{ 
   
               "status": -1,
               "msg":    "登录失败，数据库操作错误",
               "data":   nil,
            })
            c.Abort()
            return
         }
      }else{ 
   
         if userInfo.Name != reqinfo.Name || userInfo.Passwd != reqinfo.Passwd{ 
   
            c.JSON(http.StatusOK, gin.H{ 
   
               "status": -1,
               "msg":    "账号密码错误",
               "data":   nil,
            })
            c.Abort()
            return
         }
      }
      //创建token
      generateToken(c, reqinfo)
   } else { 
   
      c.JSON(http.StatusOK, gin.H{ 
   
         "status": -1,
         "msg":    "登录失败，数据请求错误",
         "data":   nil,
      })
   }
}

myauth.go

package myauth

import (
   "fmt"
   "github.com/gin-gonic/gin"
   "my/controller"
   "net/http"
)

//身份认证
func JWTAuth() gin.HandlerFunc { 
   
   return func(c *gin.Context) { 
   
      //拿到token
      token := c.Request.Header.Get("token")
      if token == "" { 
   
         c.JSON(http.StatusOK, gin.H{ 
   
            "status": -1,
            "msg":    "token为空，请携带token",
            "data":   nil,
         })
         c.Abort()
         return
      }

      fmt.Println("token = ", token)

      //解析出实际的载荷
      j := controller.NewJWT()

      claims, err := j.ParserToken(token)
      if err != nil { 
   
         // token过期
         if err == controller.TokenExpired { 
   
            c.JSON(http.StatusOK, gin.H{ 
   
               "status": -1,
               "msg":    "token授权已过期，请重新申请授权",
               "data":   nil,
            })
            c.Abort()
            return
         }
         // 其他错误
         c.JSON(http.StatusOK, gin.H{ 
   
            "status": -1,
            "msg":    err.Error(),
            "data":   nil,
         })
         c.Abort()
         return
      }

      // 解析到具体的claims相关信息
      c.Set("claims", claims)
   }
}

myauth.go

package myauth

import (
   "fmt"
   "github.com/gin-gonic/gin"
   "my/controller"
   "net/http"
)

//身份认证
func JWTAuth() gin.HandlerFunc { 
   
   return func(c *gin.Context) { 
   
      //拿到token
      token := c.Request.Header.Get("token")
      if token == "" { 
   
         c.JSON(http.StatusOK, gin.H{ 
   
            "status": -1,
            "msg":    "token为空，请携带token",
            "data":   nil,
         })
         c.Abort()
         return
      }

      fmt.Println("token = ", token)

      //解析出实际的载荷
      j := controller.NewJWT()

      claims, err := j.ParserToken(token)
      if err != nil { 
   
         // token过期
         if err == controller.TokenExpired { 
   
            c.JSON(http.StatusOK, gin.H{ 
   
               "status": -1,
               "msg":    "token授权已过期，请重新申请授权",
               "data":   nil,
            })
            c.Abort()
            return
         }
         // 其他错误
         c.JSON(http.StatusOK, gin.H{ 
   
            "status": -1,
            "msg":    err.Error(),
            "data":   nil,
         })
         c.Abort()
         return
      }

      // 解析到具体的claims相关信息
      c.Set("claims", claims)
   }
}

6 jwt是如何将header,paylaod,signature组装在一起的？

1> 我们从创建token的函数开始看起

CreateToken用JWT对象绑定，对象中包含密钥，函数的参数是载荷

2> NewWithClaims 函数参数是加密算法，载荷

NewWithClaims的具体作用是是初始化一个Token对象

3> SignedString函数，参数为密钥

主要是得到一个完整的token

SigningString 将header 与载荷处理后拼接在一起

Sign 将密钥计算一个hash值，与header，载荷拼接在一起，进而制作成token

此处的Sign 方法具体是调用哪一个实现，请继续往下看

4> SigningString

将header通过json序列化之后使用base64加密

同样的也将载荷通过json序列化之后使用base64加密

将这俩加密后的字符串拼接在一起

5> 回到创建token函数的位置

func (j *JWT) CreateToken(claims Myclaims) (string, error) { 
   
   // 返回一个token的结构体指针
   token := jwtgo.NewWithClaims(jwtgo.SigningMethodHS256, claims)
   return token.SignedString(j.SigningKey)
}

SigningMethodHS256 对应这一个结构SigningMethodHMAC，如下

看到这里，便解开了上述第4点 Sign方法具体在哪里实现的问题

7> 效果查看

登录&注册接口

数据库展示（若对编码中的gorm有疑问，可以看小魔童哪吒的上一期gorm的整理）

Hello接口

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技术是开放的，我们的心态，更应是开放的。拥抱变化，向阳而生，努力向前行。

作者：小魔童哪吒

今天的文章JWT身份认证(附带源码讲解)分享到此就结束了，感谢您的阅读。

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