使用Json Web Token設計Passport系統


一、Token Auth機制

基於Token的身份驗證是無狀態的,我們不將用戶信息存在服務器或Session中。

相比原始的Cookie+Session方式,更適合分布式系統的用戶認證,繞開了傳統的分布式Session一致性等問題。

基於Token的身份驗證的主流程如下:

用戶通過用戶名和密碼發送請求;
程序驗證;
程序返回一個簽名的token 給客戶端;
客戶端儲存token,並且每次用於每次發送請求。

二、相比Cookie認證的優勢

支持跨域跨站點訪問:

Cookie是不允許垮域訪問的,可以通過設置頂級域名的方式實現部分跨域,但是跨站點的訪問仍然不支持,
如果使用Token機制,就可以通過HTTP頭傳輸用戶認證信息,從而更好的實現跨域跨站點。

無狀態:

Token機制在服務端不需要存儲session信息,Token自身包含了登錄用戶的信息,只需要在客戶端的cookie或本地介質存儲狀態信息;

去耦:不需要綁定到一個特定的身份驗證方案。Token可以在任何地方生成,只要在你的API被調用的時候,你可以進行Token生成調用即可;

更適用於移動應用:

當客戶端是原生應用時,Cookie是不被支持的,雖然目前Webview的方式可以解決Cookie問題,

但是顯然采用Token認證機制會簡單得多;

安全性更強:

因為不再依賴於Cookie,所以你就不需要考慮對CSRF(跨站請求偽造)的防范;

標准化易擴展:

可以采用標准化的 JSON Web Token (JWT),對以后系統接入Node等純前端開發更便捷;

相比Session一致性提高性能:

相比服務端保存Session一致性信息,並查詢用戶登錄狀態,一般來說Token的驗證過程(包含加密和解密),性能開銷會更小。

三、JSON Web Token標准的設計

JWT 標准的 Token 有三個部分:

header.payload.signature

三個部分中間用點分隔開,並且都使用 Base64 編碼,所以生成的 Token 類似這樣:

ewogICJ0eXAiOiAiSldUIiwKICAiYWxnIjogIkhTMjU2Igp9.ewogImlzcyI6ICJjaGJsb2dzLmNvbSIsCiAiZXhwIjogIjE0NzA3MzAxODIiLAogInVpZCI6ICIxMjM0NWFiY2RlIiwKfQ.9q2eq8sa374ao2uq9607r6qu6

(1)Header報頭

header 部分主要包括兩部分,一個是 Token 的類型,另一個是使用的算法,
比如下面類型就是 JWT,使用的算法是 HS256。

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

Header內容要用 Base64 的形式編碼,所以就變成這樣:
ewogICJ0eXAiOiAiSldUIiwKICAiYWxnIjogIkhTMjU2Igp9

(2)Payload載荷部分

Payload 里面是 Token 的具體內容,這部分內容可以自定義,JWT有標准字段,也可以添加其它需要的內容。
標准字段:
iss:Issuer,發行者
sub:Subject,主題
aud:Audience,觀眾
exp:Expiration time,過期時間
nbf:Not before
iat:Issued at,發行時間
jti:JWT ID

這是一個典型的payload信息,包含了發行者(網站)、過期時間和用戶id:
{
"iss": "chblogs.com",
"exp": "1470730182",
"uid": "12345abcde",
}

這部分內容同樣要用Base64 編碼,生成編碼類似如下格式:

ewogImlzcyI6ICJjaGJsb2dzLmNvbSIsCiAiZXhwIjogIjE0NzA3MzAxODIiLAogInVpZCI6ICIxMjM0NWFiY2RlIiwKfQ==

(3)Signature簽名部分

簽名部分主要和token的安全性有關,Signature的生成依賴前面兩部分。
首先將Base64編碼后的Header和Payload用.連接在一起,

ewogICJ0eXAiOiAiSldUIiwKICAiYWxnIjogIkhTMjU2Igp9.ewogImlzcyI6ICJjaGJsb2dzLmNvbSIsCiAiZXhwIjogIjE0NzA3MzAxODIiLAogInVpZCI6ICIxMjM0NWFiY2RlIiwKfQ


對這個字符串使用HmacSHA256算法進行加密,這個密鑰secret存儲在服務端,前端不可見,

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));

  


下面使用密鑰 THISSHA 進行加密:
9q2eq8sa374ao2uq9607r6qu6

然后將Signature和前面兩部分拼接起來,得到最后的token:

ewogICJ0eXAiOiAiSldUIiwKICAiYWxnIjogIkhTMjU2Igp9.ewogImlzcyI6ICJjaGJsb2dzLmNvbSIsCiAiZXhwIjogIjE0NzA3MzAxODIiLAogInVpZCI6ICIxMjM0NWFiY2RlIiwKfQ.9q2eq8sa374ao2uq9607r6qu6

四、JWT認證的實現

常規的token保存在sessionStorage或者localStorage中,每次請求時將token加在http請求的Header中,

下面是典型的token認證方式:

1.客戶端登錄時通過賬號和密碼到服務端進行認證,認證通過后,服務端通過持有的密鑰生成Token,Token中一般包含失效時長和用戶唯一標識,如用戶ID,服務端返回Token給客戶端;
2.客戶端保存服務端返回的Token;
3.客戶端進行業務請求時在Head的Authorization字段里面放置Token,如: 
Authorization: Bearer Token 
4.服務端對請求的Token進行校驗,如果Token不是存放在Cookie中,需要解決用戶主動注銷,但設置的過期時間並未過期問題。

用戶注銷時可以把還在失效內的Token儲存在Redis等緩存中,驗證時查找Token是否存在,如果Token在Redis中存在,則說明用戶已注銷;如果Token不存在,則校驗通過。 
5.服務端可以通過從Token取得的用戶唯一標識進行相關權限的校驗,並把此用戶標識賦予到請求參數中,業務可通過此用戶標識進行業務處理; 

還有一種方式是把token保存在Cookie中,這時就不需要在服務端保存token的值,用戶注銷時直接清除Cookie就可以,

這種方式不需要在服務端儲存token的值,認證過程如下:


五、JWT標准的安全性

(1)如何訪問CSRF攻擊

CSRF (Cross Site Request Forgery),指在一個瀏覽器中打開了兩個標簽頁,其中一個頁面通過竊取另一個頁面的 cookie 來發送偽造的請求,因為 cookie 是隨着請求自動發送到服務端的。

(2)如何保證token的安全性

客戶端不需要持有密鑰,由服務端通過密鑰生成Token;

在JWT中,不應該在Payload里面加入任何敏感的數據,如用戶密碼等信息,因為payload並沒有做加密,只是一個Base64的編碼,
攻擊者拿到token以后就可以得到用戶敏感信息;

 

參考資料:

基於 Token 的身份驗證

JSON Web Token - 在Web應用間安全地傳遞信息

 


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