Django基于JWT实现微信小程序的登录和鉴权

什么是JWT?

JWT，全称Json Web Token，用于作为JSON对象在各方之间安全地传输信息。该信息可以被验证和信任，因为它是数字签名的。

与Session的区别

一、Session是在服务器端的，而JWT是在客户端的，这点很重要。

二、流程不同：

JWT使用场景

• 大量需要进行跨域的站点
• 服务器运算能力较差、存储空间较小

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数据的格式

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）

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。

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。

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。

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。

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>

另一种做法是，跨域的时候，JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

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。

内容说明

以上主要内容转载于廖雪峰的网络日志

实例：使用Django完成微信小程序的JWT登录及鉴权

网上目前已经有了一些文章来说明了，可是我在查阅的时候发现大多讲得不是很清楚。

基本了解

通过之前的内容铺垫，相信读者对于JWT都有了一定的了解，总的来说，便是JWT是保存在用户端的Token机制。

需要注意的是：JWT默认是无加密的，只是使用了一层Base64编码，所以我们不能将重要信息，如密码等放入header和payload字段中。

开始

对于Django来说，这里我们使用djangorestframework-jwt库

安装命令：

pip install djangorestframework-jwt

注意djangorestframework-jwt库默认将settings里的SECRET_KEY当中jwt加密秘钥。

首先我们先去我们的project下的settings文件内设置jwt库的一些参数

import datetime

# 在末尾添加上
REST_FRAMEWORK = {
'DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES': (
        'rest_framework_jwt.authentication.JSONWebTokenAuthentication',# JWT认证，在前面的认证方案优先
        'rest_framework.authentication.SessionAuthentication',
        'rest_framework.authentication.BasicAuthentication',
    ),
}
JWT_AUTH = {
    'JWT_EXPIRATION_DELTA': datetime.timedelta(days=1), #JWT_EXPIRATION_DELTA 指明token的有效期
}

登录函数的实现：

'''
登录函数：
'''
def get_user_info_func(user_code):
    api_url = 'https://api.weixin.qq.com/sns/jscode2session?appid={0}&secret={1}&js_code={2}&grant_type=authorization_code'
    get_url = api_url.format(App_id,App_secret,user_code)
    r = requests.get(get_url)
    return r.json()

@require_http_methods(['POST'])
def user_login_func(request):
    try:
        user_code = request.POST.get('user_code')
        print(user_code)
        if user_code == None:
            print(request.body)
            json_data =  json.loads(request.body)
            user_code = json_data['user_code']
            print(user_code)
    except:
        return JsonResponse({'status':500,'error':'请输入完整数据'})
    try:
        json_data = get_user_info_func(user_code)
        #json_data = {'errcode':0,'openid':'111','session_key':'test'}
        if 'errcode' in json_data:
            return JsonResponse({'status': 500, 'error': '验证错误：' + json_data['errmsg']})
        res = login_or_create_account(json_data)
        return JsonResponse(res)
    except:
        return JsonResponse({'status':500,'error':'无法与微信验证端连接'})

def login_or_create_account(json_data):
    openid = json_data['openid']
    session_key = json_data['session_key']

    try:
        user = User.objects.get(username=openid)
    except:
        user = User.objects.create(
            username=openid,
            password=openid,
        )
    user.session_key = session_key
    user.save()

    try:
        jwt_payload_handler = api_settings.JWT_PAYLOAD_HANDLER
        jwt_encode_handler = api_settings.JWT_ENCODE_HANDLER
        payload = jwt_payload_handler(user)
        token = jwt_encode_handler(payload)
        res = {
            'status': 200,
            'token': token
        }
    except:
        res = {
            'status': 500,
            'error': 'jwt验证失败'
        }
    return res

视图函数：

'''
视图样例：
'''
from django.http import JsonResponse
from account.models import *
from rest_framework_jwt.views import APIView
from rest_framework import authentication
from rest_framework.permissions import IsAuthenticated
from rest_framework_jwt.authentication import JSONWebTokenAuthentication
from rest_framework import permissions

class IsOwnerOrReadOnly(permissions.BasePermission):

    def has_object_permission(self, request, view, obj):
        if request.method in ['GET','POST']:
            return True
        return obj.user == request.user

class test_view(APIView):
    http_method_names = ['post']  #限制api的访问方式
    authentication_classes = (authentication.SessionAuthentication,JSONWebTokenAuthentication)
    permission_classes = (IsAuthenticated,IsOwnerOrReadOnly)       #权限管理

    def post(self,request):                                        #视图函数
        user = request.user.username
        U = User.objects.get(username=user)
        json_data = json.loads(request.body)
        try:
            test = json_data['']
        except:
            return JsonResponse({'status':500,'errmsg':'参数不全'})
        try:
            U.sex = sex
            U.weight = weight
            U.height = height
            U.save()
        except:
            return JsonResponse({'status': 500, 'errmsg': '数据库错误'})
        return JsonResponse({'status':200})

urls.py:

urlpatterns = [
    re_path('^$', index),
    re_path('^login$',login),                                 # 登录
    re_path('^test$',test_view.as_view())
]

从一道CTF引发的对JWT安全的简单思考

引例

题目：2019ISCC Web6

解题关键：

改题的加密方式为：RS256，是一种非对称加密，分有公钥和私钥。

其中：

• 私钥加密
• 公钥解密

当公钥泄露时，将JWT中的Header部分算法改为对称加密，攻击者本地使用泄露的公司进行Token伪造，将获取到的Token发送给验证端时，会使用公钥按照Header中的算法进行解密，而在原来的Header中算法为RS256，需要私钥加密生成Token，可是当我们修改为对称加密的HS256时，我们便可以成功伪造Token，且服务端也可以正常验证。

产生这一问题的主要原因便是，HWT的Header段是可控制的，通常只经过一层base64编码处理，也就是说解密算法可有用户控制。

防御：保护公钥不泄露，将Header段经RSA等方法加密。

其他问题

• 密钥可控
• 密钥爆破

特殊情况，不做深入，感兴趣的可见https://www.anquanke.com/post/id/145540#h3-9