JWT 實現無狀態登錄
1.無狀態登錄原理
1.1.什么是有狀態？
有狀態服務，即服務端需要記錄每次會話的客戶端信息，從而識別客戶端身份，根據用戶身份進行請求的處理，典型的設計如tomcat中的session。
例如登錄：用戶登錄后，我們把登錄者的信息保存在服務端session中，並且給用戶一個cookie值，記錄對應的session。然后下次請求，用戶攜帶cookie值來，我們就能識別到對應session，從而找到用戶的信息。
缺點是什么？
- 服務端保存大量數據，增加服務端壓力
- 服務端保存用戶狀態，無法進行水平擴展
- 客戶端請求依賴服務端，多次請求必須訪問同一台服務器
1.2.什么是無狀態
微服務集群中的每個服務，對外提供的都是Rest風格的接口。而Rest風格的一個最重要的規范就是：服務的無狀態性，即：
- 服務端不保存任何客戶端請求者信息
- 客戶端的每次請求必須具備自描述信息，通過這些信息識別客戶端身份
帶來的好處是什么呢？
- 客戶端請求不依賴服務端的信息，任何多次請求不需要必須訪問到同一台服務
- 服務端的集群和狀態對客戶端透明
- 服務端可以任意的遷移和伸縮
- 減小服務端存儲壓力
1.3.如何實現無狀態
無狀態登錄的流程：
- 當客戶端第一次請求服務時，服務端對用戶進行信息認證（登錄）
- 認證通過，將用戶信息進行加密形成token，返回給客戶端，作為登錄憑證
- 以后每次請求，客戶端都攜帶認證的token
- 服務的對token進行解密，判斷是否有效。
流程圖：
整個登錄過程中，最關鍵的點是什么？
token的安全性
token是識別客戶端身份的唯一標示，如果加密不夠嚴密，被人偽造那就完蛋了。
采用何種方式加密才是安全可靠的呢？
我們將采用JWT + RSA非對稱加密
1.4.JWT
1.4.1.簡介
JWT，全稱是Json Web Token， 是JSON風格輕量級的授權和身份認證規范，可實現無狀態、分布式的Web應用授權；官網：https://jwt.io
GitHub上jwt的java客戶端：https://github.com/jwtk/jjwt
1.4.2.數據格式
JWT包含三部分數據：
-
Header：頭部，通常頭部有兩部分信息：
- 聲明類型，這里是JWT
我們會對頭部進行base64編碼，得到第一部分數據
-
Payload：載荷，就是有效數據，一般包含下面信息：
- 用戶身份信息（注意，這里因為采用base64編碼，可解碼，因此不要存放敏感信息）
- 注冊聲明：如token的簽發時間，過期時間，簽發人等
這部分也會采用base64編碼，得到第二部分數據
-
Signature：簽名，是整個數據的認證信息。一般根據前兩步的數據，再加上服務的的密鑰（secret）（不要泄漏，最好周期性更換），通過加密算法生成。用於驗證整個數據完整和可靠性
生成的數據格式：token==個人證件 jwt=個人身份證
可以看到分為3段，每段就是上面的一部分數據
1.4.3.JWT交互流程
流程圖：
步驟翻譯：
- 1、用戶登錄
- 2、服務的認證，通過后根據secret生成token
- 3、將生成的token返回給瀏覽器
- 4、用戶每次請求攜帶token
- 5、服務端利用公鑰解讀jwt簽名，判斷簽名有效后，從Payload中獲取用戶信息
- 6、處理請求，返回響應結果
因為JWT簽發的token中已經包含了用戶的身份信息，並且每次請求都會攜帶，這樣服務的就無需保存用戶信息，甚至無需去數據庫查詢，完全符合了Rest的無狀態規范。
1.4.4.非對稱加密
加密技術是對信息進行編碼和解碼的技術，編碼是把原來可讀信息（又稱明文）譯成代碼形式（又稱密文），其逆過程就是解碼（解密），加密技術的要點是加密算法，加密算法可以分為三類：
- 對稱加密，如AES
- 基本原理：將明文分成N個組，然后使用密鑰對各個組進行加密，形成各自的密文，最后把所有的分組密文進行合並，形成最終的密文。
- 優勢：算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高
- 缺陷：雙方都使用同樣密鑰，安全性得不到保證
- 非對稱加密，如RSA
- 基本原理：同時生成兩把密鑰：私鑰和公鑰，私鑰隱秘保存，公鑰可以下發給信任客戶端
- 私鑰加密，持有私鑰或公鑰才可以解密
- 公鑰加密，持有私鑰才可解密
- 優點：安全，難以破解
- 缺點：算法比較耗時
- 基本原理：同時生成兩把密鑰：私鑰和公鑰，私鑰隱秘保存，公鑰可以下發給信任客戶端
- 不可逆加密，如MD5，SHA
- 基本原理：加密過程中不需要使用密鑰，輸入明文后由系統直接經過加密算法處理成密文，這種加密后的數據是無法被解密的，無法根據密文推算出明文。
RSA算法歷史：
1977年，三位數學家Rivest、Shamir 和 Adleman 設計了一種算法，可以實現非對稱加密。這種算法用他們三個人的名字縮寫：RSA
1.5.結合Zuul的鑒權流程
我們逐步演進系統架構設計。需要注意的是：secret是簽名的關鍵，因此一定要保密，我們放到鑒權中心保存，其它任何服務中都不能獲取secret。
1.5.1.沒有RSA加密時
在微服務架構中，我們可以把服務的鑒權操作放到網關中，將未通過鑒權的請求直接攔截，如圖：
- 1、用戶請求登錄
- 2、Zuul將請求轉發到授權中心，請求授權
- 3、授權中心校驗完成，頒發JWT憑證
- 4、客戶端請求其它功能，攜帶JWT
- 5、Zuul將jwt交給授權中心校驗，通過后放行
- 6、用戶請求到達微服務
- 7、微服務將jwt交給鑒權中心，鑒權同時解析用戶信息
- 8、鑒權中心返回用戶數據給微服務
- 9、微服務處理請求，返回響應
發現什么問題了？
每次鑒權都需要訪問鑒權中心，系統間的網絡請求頻率過高，效率略差，鑒權中心的壓力較大。
1.5.2.結合RSA的鑒權
直接看圖：
- 我們首先利用RSA生成公鑰和私鑰。私鑰保存在授權中心，公鑰保存在Zuul和各個信任的微服務
- 用戶請求登錄
- 授權中心校驗，通過后用私鑰對JWT進行簽名加密
- 返回jwt給用戶
- 用戶攜帶JWT訪問
- Zuul直接通過公鑰解密JWT，進行驗證，驗證通過則放行
- 請求到達微服務，微服務直接用公鑰解析JWT，獲取用戶信息，無需訪問授權中心
測試案例
加入工具類
public class JwtTest {
private static final String pubKeyPath = "G:\\leyou\\rsa.pub";
private static final String priKeyPath = "G:\\leyou\\rsa.pri";
private PublicKey publicKey;
private PrivateKey privateKey;
/* @Test
public void testRsa() throws Exception {
RsaUtils.generateKey(pubKeyPath, priKeyPath, "ffasjfldsf%……kdaf（）");
}*/
@Before
public void testGetRsa() throws Exception {
this.publicKey = RsaUtils.getPublicKey(pubKeyPath);
this.privateKey = RsaUtils.getPrivateKey(priKeyPath);
}
@Test
public void testGetKey(){
System.out.println("公鑰"+'\t'+publicKey);
System.out.println("密鑰"+'\t'+privateKey);
}
@Test
public void testGenerateToken() throws Exception {
// 生成token
String token = JwtUtils.generateToken(new UserInfo(20L, "jack"), privateKey, 5);
System.out.println("token = " + token);
}
@Test
public void testParseToken() throws Exception {
String token = "eyJhbGciOiJSUzI1NiJ9.eyJpZCI6MjAsInVzZXJuYW1lIjoiamFjayIsImV4cCI6MTYwNTY4NTcwMH0.EcGuaw2YYD-sagSBsCmEdZJRmHJ-5hW67meqrZJ__gU0ejpfYJMvqAaNkQmqSpu3i0RfHKVCx0M_mKXwsZfJLlUy6uD39VKxIffVFIbYz0AomdWfH0i3EkXMQ5bR97ptOmtLP5wp6tSjFeQaPQY1GDttujrziqrQ4j1z9baPuJo";
// 解析token
UserInfo user = JwtUtils.getInfoFromToken(token, publicKey);
System.out.println("id: " + user.getId());
System.out.println("userName: " + user.getUsername());
}
}