使用Json Web Token设计Passport系统

一、Token Auth机制

基于Token的身份验证是无状态的，我们不将用户信息存在服务器或Session中。

相比原始的Cookie+Session方式，更适合分布式系统的用户认证，绕开了传统的分布式Session一致性等问题。

基于Token的身份验证的主流程如下:

用户通过用户名和密码发送请求；
程序验证；
程序返回一个签名的token 给客户端；
客户端储存token,并且每次用于每次发送请求。

二、相比Cookie认证的优势

支持跨域跨站点访问:

Cookie是不允许垮域访问的，可以通过设置顶级域名的方式实现部分跨域，但是跨站点的访问仍然不支持，
如果使用Token机制，就可以通过HTTP头传输用户认证信息，从而更好的实现跨域跨站点。

无状态:

Token机制在服务端不需要存储session信息，Token自身包含了登录用户的信息，只需要在客户端的cookie或本地介质存储状态信息；

去耦:不需要绑定到一个特定的身份验证方案。Token可以在任何地方生成，只要在你的API被调用的时候，你可以进行Token生成调用即可；

更适用于移动应用:

当客户端是原生应用时，Cookie是不被支持的，虽然目前Webview的方式可以解决Cookie问题，

但是显然采用Token认证机制会简单得多；

安全性更强:

因为不再依赖于Cookie，所以你就不需要考虑对CSRF（跨站请求伪造）的防范；

标准化易扩展:

可以采用标准化的 JSON Web Token (JWT)，对以后系统接入Node等纯前端开发更便捷；

相比Session一致性提高性能:

相比服务端保存Session一致性信息，并查询用户登录状态，一般来说Token的验证过程（包含加密和解密），性能开销会更小。

三、JSON Web Token标准的设计

JWT 标准的 Token 有三个部分：

header.payload.signature

三个部分中间用点分隔开，并且都使用 Base64 编码，所以生成的 Token 类似这样：

ewogICJ0eXAiOiAiSldUIiwKICAiYWxnIjogIkhTMjU2Igp9.ewogImlzcyI6ICJjaGJsb2dzLmNvbSIsCiAiZXhwIjogIjE0NzA3MzAxODIiLAogInVpZCI6ICIxMjM0NWFiY2RlIiwKfQ.9q2eq8sa374ao2uq9607r6qu6

（1）Header报头

header 部分主要包括两部分，一个是 Token 的类型，另一个是使用的算法，
比如下面类型就是 JWT，使用的算法是 HS256。

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

Header内容要用 Base64 的形式编码，所以就变成这样：
ewogICJ0eXAiOiAiSldUIiwKICAiYWxnIjogIkhTMjU2Igp9

（2）Payload载荷部分

Payload 里面是 Token 的具体内容，这部分内容可以自定义，JWT有标准字段，也可以添加其它需要的内容。
标准字段：
iss：Issuer，发行者
sub：Subject，主题
aud：Audience，观众
exp：Expiration time，过期时间
nbf：Not before
iat：Issued at，发行时间
jti：JWT ID

这是一个典型的payload信息，包含了发行者（网站）、过期时间和用户id：
{
"iss": "chblogs.com",
"exp": "1470730182",
"uid": "12345abcde",
}

这部分内容同样要用Base64 编码，生成编码类似如下格式：

ewogImlzcyI6ICJjaGJsb2dzLmNvbSIsCiAiZXhwIjogIjE0NzA3MzAxODIiLAogInVpZCI6ICIxMjM0NWFiY2RlIiwKfQ==

（3）Signature签名部分

签名部分主要和token的安全性有关，Signature的生成依赖前面两部分。
首先将Base64编码后的Header和Payload用.连接在一起，

ewogICJ0eXAiOiAiSldUIiwKICAiYWxnIjogIkhTMjU2Igp9.ewogImlzcyI6ICJjaGJsb2dzLmNvbSIsCiAiZXhwIjogIjE0NzA3MzAxODIiLAogInVpZCI6ICIxMjM0NWFiY2RlIiwKfQ

对这个字符串使用HmacSHA256算法进行加密，这个密钥secret存储在服务端，前端不可见，

String str="ewogICJ0eXAiOiAiSldUIiwKICAiYWxnIjogIkhTMjU2Igp9."

				+ "ewogImlzcyI6ICJjaGJsb2dzLmNvbSIsCiAiZXhwIjogIjE0NzA3MzAxODIiLAogInVpZCI6ICIxMjM0NWFiY2RlIiwKfQ";

    	byte[] inputData = str.getBytes();

		String key = Coder.initMacKey();

		BigInteger sha = new BigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData, key));

		System.out.println("HS256加密后——"+sha.toString(32));

下面使用密钥 THISSHA 进行加密：
9q2eq8sa374ao2uq9607r6qu6

然后将Signature和前面两部分拼接起来，得到最后的token：

ewogICJ0eXAiOiAiSldUIiwKICAiYWxnIjogIkhTMjU2Igp9.ewogImlzcyI6ICJjaGJsb2dzLmNvbSIsCiAiZXhwIjogIjE0NzA3MzAxODIiLAogInVpZCI6ICIxMjM0NWFiY2RlIiwKfQ.9q2eq8sa374ao2uq9607r6qu6

四、JWT认证的实现

常规的token保存在sessionStorage或者localStorage中，每次请求时将token加在http请求的Header中，

下面是典型的token认证方式：

1.客户端登录时通过账号和密码到服务端进行认证，认证通过后，服务端通过持有的密钥生成Token，Token中一般包含失效时长和用户唯一标识，如用户ID，服务端返回Token给客户端；
2.客户端保存服务端返回的Token；
3.客户端进行业务请求时在Head的Authorization字段里面放置Token，如：
Authorization: Bearer Token
4.服务端对请求的Token进行校验，如果Token不是存放在Cookie中，需要解决用户主动注销，但设置的过期时间并未过期问题。

用户注销时可以把还在失效内的Token储存在Redis等缓存中，验证时查找Token是否存在，如果Token在Redis中存在，则说明用户已注销；如果Token不存在，则校验通过。
5.服务端可以通过从Token取得的用户唯一标识进行相关权限的校验，并把此用户标识赋予到请求参数中，业务可通过此用户标识进行业务处理；

还有一种方式是把token保存在Cookie中，这时就不需要在服务端保存token的值，用户注销时直接清除Cookie就可以，

这种方式不需要在服务端储存token的值，认证过程如下：

五、JWT标准的安全性

（1）如何访问CSRF攻击

CSRF (Cross Site Request Forgery)，指在一个浏览器中打开了两个标签页，其中一个页面通过窃取另一个页面的 cookie 来发送伪造的请求，因为 cookie 是随着请求自动发送到服务端的。

（2）如何保证token的安全性

客户端不需要持有密钥，由服务端通过密钥生成Token；

在JWT中，不应该在Payload里面加入任何敏感的数据，如用户密码等信息，因为payload并没有做加密，只是一个Base64的编码，
攻击者拿到token以后就可以得到用户敏感信息；

参考资料：

基于 Token 的身份验证

JSON Web Token - 在Web应用间安全地传递信息