Token作用及原理

本文转载自查看原文 2021-05-20 10:33 2619 Token

讲到Token的作用和原理，网上有很多相关的技术文章，通过搜集整理并加入自己的理解体会，做一个总结整理，希望可以帮助到更多有需要的人。

1、token作用及原理

Token，即令牌，是服务器产生的，具有随机性和不可预测性，它主要有两个作用：

（1）防止表单重复提交；

使用Token防表单重复提交步骤：

①在服务器端生成一个唯一的随机标识号，专业术语称为Token(令牌)，同时在当前用户的Session域中保存这个Token；

②将Token发送到客户端的Form表单中，在Form表单中使用隐藏域来存储这个Token，表单提交的时候连同这个Token一起提交到服务器端；

③在服务器端判断客户端提交上来的Token与服务器端生成的Token是否一致，如果不一致，那就是重复提交了，此时服务器端就可以不处理重复提交的表单。如果相同则处理表单提交，处理完后清除当前用户的Session域中存储的标识号。

FromServlet.java

 1 import java.io.IOException;
 2     import javax.servlet.ServletException;
 3     import javax.servlet.http.HttpServlet;
 4     import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
 5     import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
 6      
 7     public class FormServlet extends HttpServlet {
 8         public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
 9                 throws ServletException, IOException {
10             String token = TokenUtil.getInstance().makeToken();//创建令牌
11             System.out.println("在FormServlet中生成的token："+token);
12             request.getSession().setAttribute("token", token);  //在服务器使用session保存token(令牌)
13             request.getRequestDispatcher("/Form.jsp").forward(request, response);//跳转到form.jsp页面
14         }
15      
16         public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
17                 throws ServletException, IOException {
18             this.doGet(request, response);
19         }
20     }

TokenUtil.java

 1 import java.security.MessageDigest;
 2     import java.security.NoSuchAlgorithmException;
 3     import java.util.Random;
 4     import sun.misc.BASE64Encoder;
 5      
 6     public class TokenUtil {
 7      
 8         /*
 9          *单例设计模式（保证类的对象在内存中只有一个）
10          *1、把类的构造函数私有
11          *2、自己创建一个类的对象
12          *3、对外提供一个公共的方法，返回类的对象
13          */
14         private TokenUtil(){
15         }
16         
17         private static final TokenUtil instance = new TokenUtil();
18         
19         /**
20          * 返回类的对象
21          * @return
22          */
23         public static TokenUtil getInstance(){
24             return instance;
25         }
26         
27         /**
28          * 生成Token
29          * Token：Nv6RRuGEVvmGjB+jimI/gw==
30          * @return
31          */
32         public String makeToken(){
33             
34             String token = (System.currentTimeMillis() + new Random().nextInt(999999999)) + "";
35             //数据指纹   128位长   16个字节  md5
36             try {
37                 MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("md5");
38                 //对于给定数量的更新数据，digest 方法只能被调用一次。digest 方法被调用后，MessageDigest对象被重新设置成其初始状态。
39                 byte md5[] =  md.digest(token.getBytes());
40                 //base64编码--任意二进制编码明文字符   adfsdfsdfsf
41                 BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();
42                 return encoder.encode(md5);
43             } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
44                 throw new RuntimeException(e);
45             }
46         }
47     }

Form.jsp

 1  <%@ page language="java" import="java.util.*" pageEncoding="utf-8"%>
 2     <%
 3     String path = request.getContextPath();
 4     String basePath = request.getScheme()+"://"+request.getServerName()+":"+request.getServerPort()+path+"/";
 5     %>
 6     <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN">
 7     <html>
 8     <head>
 9     <base href="<%=basePath%>">
10     <title>Form.jsp</title>
11     <meta http-equiv="pragma" content="no-cache">
12     <meta http-equiv="cache-control" content="no-cache">
13     <meta http-equiv="expires" content="0">
14     <meta http-equiv="keywords" content="keyword1,keyword2,keyword3">
15     <meta http-equiv="description" content="This is my page">
16     <!--
17         <link rel="stylesheet" type="text/css" href="styles.css">
18         -->
19     </head>
20     <body>
21         <form action="DoFormServlet" method="post">
22             <%--使用隐藏域存储生成的token--%>
23             <%--
24                 <input type="hidden" name="token" value="<%=session.getAttribute("token") %>">
25             --%>
26             <%--使用EL表达式取出存储在session中的token--%>
27             <input type="hidden" name="token" value="${token}" /> 用户名：<input
28                 type="text" name="username"> <input type="submit" value="提交">
29         </form>
30     </body>
31     </html>

DoFormServlet.java

 1 import java.io.IOException;
 2     import javax.servlet.ServletException;
 3     import javax.servlet.http.HttpServlet;
 4     import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
 5     import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
 6      
 7     public class DoFormServlet extends HttpServlet {
 8         public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
 9                 throws ServletException, IOException {
10             boolean isRepeat = isRepeatSubmit(request);//判断用户是否是重复提交
11             if(isRepeat){
12                 request.setAttribute("MSG", "请不要重复提交");
13                 System.out.println("请不要重复提交");
14                 request.getRequestDispatcher("/Msg.jsp").forward(request, response);
15                 return;
16             }
17             request.getSession().removeAttribute("token");//移除session中的token
18             request.setAttribute("MSG","处理用户提交请求！！");
19             request.getRequestDispatcher("/Msg.jsp").forward(request, response);
20             System.out.println("处理用户提交请求！！");
21         }
22         
23         /**
24          * 判断客户端提交上来的令牌和服务器端生成的令牌是否一致
25          * @param request
26          * @return
27          * true 用户重复提交了表单
28          * false 用户没有重复提交表单
29          */
30         private boolean isRepeatSubmit(HttpServletRequest request) {
31             String client_token = request.getParameter("token");
32             //1、如果用户提交的表单数据中没有token，则用户是重复提交了表单
33             if(client_token==null){
34                 return true;
35             }
36             //取出存储在Session中的token
37             String server_token = (String) request.getSession().getAttribute("token");
38             //2、如果当前用户的Session中不存在Token(令牌)，则用户是重复提交了表单
39             if(server_token==null){
40                 return true;
41             }
42             //3、存储在Session中的Token(令牌)与表单提交的Token(令牌)不同，则用户是重复提交了表单
43             if(!client_token.equals(server_token)){
44                 return true;
45             }
46             return false;
47         }
48         
49         public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
50                 throws ServletException, IOException {
51             this.doGet(request, response);
52         }
53     }

Msg.jsp

 1 <%@ page language="java" import="java.util.*" pageEncoding="utf-8"%>
 2     <%
 3     String path = request.getContextPath();
 4     String basePath = request.getScheme()+"://"+request.getServerName()+":"+request.getServerPort()+path+"/";
 5     %>
 6      
 7     <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN">
 8     <html>
 9       <head>
10         <base href="<%=basePath%>">
11         <title>result show</title>
12         <meta http-equiv="pragma" content="no-cache">
13         <meta http-equiv="cache-control" content="no-cache">
14         <meta http-equiv="expires" content="0">    
15         <meta http-equiv="keywords" content="keyword1,keyword2,keyword3">
16         <meta http-equiv="description" content="This is my page">
17         <!--
18         <link rel="stylesheet" type="text/css" href="styles.css">
19         -->
20       </head>
21       <body>${MSG}</body>
22     </html>

（2）用来作身份验证

使用基于 Token 的身份验证流程如下：

①用户首次登录，将输入的账号和密码提交给服务器；

②服务器对输入内容进行校验，若账号和密码匹配则验证通过，登录成功，并生成一个token值，将其保存到数据库，并返回给客户端；

③客户端拿到返回的token值将其保存在本地（如cookie/localStorage），作为公共参数，以后每次请求服务器时都携带该token（放在响应头里），提交给服务器进行校验；

④服务器接收到请求后，首先验证是否携带token，若携带则取出请求头里的token值与数据库存储的token进行匹配校验，若token值相同则登录成功，且当前正处于登录状态，此时正常返回数据，让app显示数据；若不存在或两个值不一致，则说明原来的登录已经失效，此时返回错误状态码，提示用户跳转至登录界面重新登录；

⑤注意：用户每进行一次登录，登录成功后服务器都会更新一个token新值返回给客户端；

实现原理图：

引入java-jwt依赖

<dependency>
    <groupId>com.auth0</groupId>
    <artifactId>java-jwt</artifactId>
    <version>3.3.0</version>
</dependency>

签名工具JwtUtil.java

 1 import com.auth0.jwt.JWT;
 2     import com.auth0.jwt.JWTVerifier;
 3     import com.auth0.jwt.algorithms.Algorithm;
 4     import com.auth0.jwt.exceptions.JWTDecodeException;
 5     import com.auth0.jwt.interfaces.DecodedJWT;
 6     import com.fasterxml.jackson.annotation.ObjectIdGenerators;
 7      
 8     import java.io.UnsupportedEncodingException;
 9     import java.util.Date;
10     import java.util.HashMap;
11     import java.util.Map;
12      
13     public class JwtUtil {
14         /**
15          * 过期时间一天，
16          * TODO 正式运行时修改为15分钟
17          */
18         private static final long EXPIRE_TIME = 24 * 60 * 60 * 1000;
19         /**
20          * token私钥
21          */
22         private static final String TOKEN_SECRET = "f26e587c28064d0e855e72c0a6a0e618";
23      
24         /**
25          * 校验token是否正确
26          *
27          * @param token 密钥
28          * @return 是否正确
29          */
30         public static boolean verify(String token) {
31             try {
32                 Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256(TOKEN_SECRET);
33                 JWTVerifier verifier = JWT.require(algorithm)
34                         .build();
35                 DecodedJWT jwt = verifier.verify(token);
36                 return true;
37             } catch (Exception exception) {
38                 return false;
39             }
40         }
41         
42         /**
43          * 生成签名,15min后过期
44          *
45          * @param username 用户名
46          * @return 加密的token
47          */
48         public static String sign(String username,String userId) {
49             try {
50     //            过期时间
51                 Date date = new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRE_TIME);
52     //            私钥及加密算法
53                 Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256(TOKEN_SECRET);
54     //            设置头部信息
55                 Map<String, Object> header = new HashMap<>(2);
56                 header.put("typ", "JWT");
57                 header.put("alg", "HS256");
58                 // 附带username，userId信息，生成签名
59                 return JWT.create()
60                         .withHeader(header)
61                         .withClaim("loginName", username)
62                         .withClaim("userId",userId)
63                         .withExpiresAt(date)
64                         .sign(algorithm);
65             } catch (UnsupportedEncodingException e) {
66                 return null;
67             }
68         }
69     }

身份认证LoginController.java

import com.joe.entity.ApiResponse;
    import com.joe.entity.User;
    import com.joe.enums.ApiResponseEnum;
    import com.joe.service.IUserService;
    import com.joe.util.ApiResponseUtil;
    import com.joe.util.JwtUtil;
    import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
    import org.springframework.stereotype.Controller;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMethod;
    import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;
    import java.util.Map;
     
    @Controller
    @RequestMapping("/")
    public class LoginController {
     
        @Autowired
        private IUserService userService;
     
        /**
         * 登陆接口
         *
         * @return token
         */
        @RequestMapping(value = "/login", method = RequestMethod.POST)
        @ResponseBody
        public ApiResponse login(@RequestBody Map<String, String> map) {
            String loginName = map.get("loginName");
            String password = map.get("password");
            //身份验证是否成功
            boolean isSuccess = userService.checkUser(loginName, password);
            if (isSuccess) {
                User user = userService.getUserByLoginName(loginName);
                if (user != null) {
                    //返回token
                    String token = JwtUtil.sign(user.getName(), user.getId());
                    if (token != null) {
                        return ApiResponseUtil.getApiResponse(token);
                    }
                }
            }
            //返回登陆失败消息
            return ApiResponseUtil.getApiResponse(ApiResponseEnum.LOGIN_FAIL);
        }
    }

配置拦截器TokenInterceptor.java

 1 import com.alibaba.fastjson.JSONObject;
 2     import com.joe.entity.ApiResponse;
 3     import com.joe.enums.ApiResponseEnum;
 4     import com.joe.util.ApiResponseUtil;
 5     import com.joe.util.JwtUtil;
 6     import org.springframework.web.servlet.HandlerInterceptor;
 7     import org.springframework.web.servlet.ModelAndView;
 8     import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
 9     import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
10     import java.io.PrintWriter;
11      
12     public class TokenInterceptor implements HandlerInterceptor {
13      
14         @Override
15         public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
16             response.setCharacterEncoding("utf-8");
17             String token = request.getHeader("access_token");
18             //token不存在
19             if (null != token) {
20                 //验证token是否正确
21                 boolean result = JwtUtil.verify(token);
22                 if (result) {
23                     return true;
24                 }
25             }
26             ApiResponse apiResponse = ApiResponseUtil.getApiResponse(ApiResponseEnum.AUTH_ERROR);
27             responseMessage(response,response.getWriter(),apiResponse);
28             return false;
29         }
30      
31         @Override
32         public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception {
33      
34         }
35      
36         @Override
37     public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) throws Exception {
38      
39         }
40      
41         /**
42          * 返回信息给客户端
43          *
44          * @param response
45          * @param out
46          * @param apiResponse
47          */
48         private void responseMessage(HttpServletResponse response, PrintWriter out, ApiResponse apiResponse) {
49             response.setContentType("application/json; charset=utf-8");
50             out.print(JSONObject.toJSONString(apiResponse));
51             out.flush();
52             out.close();
53         }
54     }

spring-mvc.xml

 1 <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
 2     <beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
 3            xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
 4            xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
 5            xmlns:mvc="http://www.springframework.org/schema/mvc"
 6            xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans   http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
 7     http://www.springframework.org/schema/context
 8     http://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd
 9     http://www.springframework.org/schema/mvc
10     http://www.springframework.org/schema/mvc/spring-mvc.xsd">
11         <!--此文件负责整个mvc中的配置-->
12         <!--启用spring的一些annotation -->
13         <context:annotation-config/>
14      
15         <!-- 配置注解驱动 可以将request参数与绑定到controller参数上 -->
16         <mvc:annotation-driven/>
17      
18         <mvc:interceptors>
19             <mvc:interceptor>
20                 <mvc:mapping path="/**" />
21                 <mvc:exclude-mapping path="/login/"/>
22                 <bean class="com.joe.interceptor.TokenInterceptor"></bean>
23             </mvc:interceptor>
24         </mvc:interceptors>
25      
26         <!-- 自动扫描装配 -->
27         <context:component-scan base-package="com.joe"/>
28     </beans>

2、token优点

①支持跨域访问，将token置于请求头中，而cookie是不支持跨域访问的；

②无状态化，服务端无需存储token，只需要验证token信息是否正确即可，而session需要在服务端存储，一般是通过cookie中的sessionID在服务端查找对应的session；

③无需绑定到一个特殊的身份验证方案（传统的用户名密码登陆），只需要生成的token是符合我们预期设定的即可；

④适用于移动端（Android，iOS，小程序等等），若原生平台不支持cookie（比如说微信小程序），每一次请求都是一次会话，当然我们可以手动为他添加cookie；

⑤可避免CSRF跨站伪造攻击；

⑥适用于RESTful API，这样可以与各种后端（java，.net，python......）相结合。

3、token存储

（1）本地通过DB数据库或txt文本保存

①通过数据库保存

a.获取access_token时，把当前系统时间和access_token保存到数据表(t_access_token)中;

b.再次获取时，把上次获取时间(getTime)与当前系统时间作比较，看时间是否超过2小时;

c.超过2h时间限制，再获取一个access_token，然后更新数据表的accessToken和getTime;

②通过txt文本保存

a.创建 access_token.text文件;

b.读取get_time；

c.读取txt判断时间是否超过2个小时；

d.超过则重写access_token.text文件；

（2）Client通过Cookie或Form表单的隐藏域存储，Server可存储在Session（单机系统）或者其他缓存系统（分布式系统）中。

（3）本地通过cookie或 localStorage存储，作为公共参数，以后每次请求服务器时都携带该token（放在响应头里），提交给服务器进行校验。

参考文档：

https://blog.csdn.net/cuiyaoqiang/article/details/50960787

https://blog.csdn.net/kkkun_joe/article/details/81878231

https://www.runoob.com/jsref/prop-win-localstorage.html

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