Token作用及原理

本文轉載自查看原文 2021-05-20 10:33 2619 Token

講到Token的作用和原理，網上有很多相關的技術文章，通過搜集整理並加入自己的理解體會，做一個總結整理，希望可以幫助到更多有需要的人。

1、token作用及原理

Token，即令牌，是服務器產生的，具有隨機性和不可預測性，它主要有兩個作用：

（1）防止表單重復提交；

使用Token防表單重復提交步驟：

①在服務器端生成一個唯一的隨機標識號，專業術語稱為Token(令牌)，同時在當前用戶的Session域中保存這個Token；

②將Token發送到客戶端的Form表單中，在Form表單中使用隱藏域來存儲這個Token，表單提交的時候連同這個Token一起提交到服務器端；

③在服務器端判斷客戶端提交上來的Token與服務器端生成的Token是否一致，如果不一致，那就是重復提交了，此時服務器端就可以不處理重復提交的表單。如果相同則處理表單提交，處理完后清除當前用戶的Session域中存儲的標識號。

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();//創建令牌
11             System.out.println("在FormServlet中生成的token："+token);
12             request.getSession().setAttribute("token", token);  //在服務器使用session保存token(令牌)
13             request.getRequestDispatcher("/Form.jsp").forward(request, response);//跳轉到form.jsp頁面
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          *單例設計模式（保證類的對象在內存中只有一個）
10          *1、把類的構造函數私有
11          *2、自己創建一個類的對象
12          *3、對外提供一個公共的方法，返回類的對象
13          */
14         private TokenUtil(){
15         }
16         
17         private static final TokenUtil instance = new TokenUtil();
18         
19         /**
20          * 返回類的對象
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             //數據指紋   128位長   16個字節  md5
36             try {
37                 MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("md5");
38                 //對於給定數量的更新數據，digest 方法只能被調用一次。digest 方法被調用后，MessageDigest對象被重新設置成其初始狀態。
39                 byte md5[] =  md.digest(token.getBytes());
40                 //base64編碼--任意二進制編碼明文字符   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             <%--使用隱藏域存儲生成的token--%>
23             <%--
24                 <input type="hidden" name="token" value="<%=session.getAttribute("token") %>">
25             --%>
26             <%--使用EL表達式取出存儲在session中的token--%>
27             <input type="hidden" name="token" value="${token}" /> 用戶名：<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);//判斷用戶是否是重復提交
11             if(isRepeat){
12                 request.setAttribute("MSG", "請不要重復提交");
13                 System.out.println("請不要重復提交");
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","處理用戶提交請求！！");
19             request.getRequestDispatcher("/Msg.jsp").forward(request, response);
20             System.out.println("處理用戶提交請求！！");
21         }
22         
23         /**
24          * 判斷客戶端提交上來的令牌和服務器端生成的令牌是否一致
25          * @param request
26          * @return
27          * true 用戶重復提交了表單
28          * false 用戶沒有重復提交表單
29          */
30         private boolean isRepeatSubmit(HttpServletRequest request) {
31             String client_token = request.getParameter("token");
32             //1、如果用戶提交的表單數據中沒有token，則用戶是重復提交了表單
33             if(client_token==null){
34                 return true;
35             }
36             //取出存儲在Session中的token
37             String server_token = (String) request.getSession().getAttribute("token");
38             //2、如果當前用戶的Session中不存在Token(令牌)，則用戶是重復提交了表單
39             if(server_token==null){
40                 return true;
41             }
42             //3、存儲在Session中的Token(令牌)與表單提交的Token(令牌)不同，則用戶是重復提交了表單
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）用來作身份驗證

使用基於 Token 的身份驗證流程如下：

①用戶首次登錄，將輸入的賬號和密碼提交給服務器；

②服務器對輸入內容進行校驗，若賬號和密碼匹配則驗證通過，登錄成功，並生成一個token值，將其保存到數據庫，並返回給客戶端；

③客戶端拿到返回的token值將其保存在本地（如cookie/localStorage），作為公共參數，以后每次請求服務器時都攜帶該token（放在響應頭里），提交給服務器進行校驗；

④服務器接收到請求后，首先驗證是否攜帶token，若攜帶則取出請求頭里的token值與數據庫存儲的token進行匹配校驗，若token值相同則登錄成功，且當前正處於登錄狀態，此時正常返回數據，讓app顯示數據；若不存在或兩個值不一致，則說明原來的登錄已經失效，此時返回錯誤狀態碼，提示用戶跳轉至登錄界面重新登錄；

⑤注意：用戶每進行一次登錄，登錄成功后服務器都會更新一個token新值返回給客戶端；

實現原理圖：

引入java-jwt依賴

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

簽名工具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          * 過期時間一天，
16          * TODO 正式運行時修改為15分鍾
17          */
18         private static final long EXPIRE_TIME = 24 * 60 * 60 * 1000;
19         /**
20          * token私鑰
21          */
22         private static final String TOKEN_SECRET = "f26e587c28064d0e855e72c0a6a0e618";
23      
24         /**
25          * 校驗token是否正確
26          *
27          * @param token 密鑰
28          * @return 是否正確
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          * 生成簽名,15min后過期
44          *
45          * @param username 用戶名
46          * @return 加密的token
47          */
48         public static String sign(String username,String userId) {
49             try {
50     //            過期時間
51                 Date date = new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRE_TIME);
52     //            私鑰及加密算法
53                 Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256(TOKEN_SECRET);
54     //            設置頭部信息
55                 Map<String, Object> header = new HashMap<>(2);
56                 header.put("typ", "JWT");
57                 header.put("alg", "HS256");
58                 // 附帶username，userId信息，生成簽名
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     }

身份認證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;
     
        /**
         * 登陸接口
         *
         * @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");
            //身份驗證是否成功
            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);
                    }
                }
            }
            //返回登陸失敗消息
            return ApiResponseUtil.getApiResponse(ApiResponseEnum.LOGIN_FAIL);
        }
    }

配置攔截器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                 //驗證token是否正確
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          * 返回信息給客戶端
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         <!--此文件負責整個mvc中的配置-->
12         <!--啟用spring的一些annotation -->
13         <context:annotation-config/>
14      
15         <!-- 配置注解驅動 可以將request參數與綁定到controller參數上 -->
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         <!-- 自動掃描裝配 -->
27         <context:component-scan base-package="com.joe"/>
28     </beans>

2、token優點

①支持跨域訪問，將token置於請求頭中，而cookie是不支持跨域訪問的；

②無狀態化，服務端無需存儲token，只需要驗證token信息是否正確即可，而session需要在服務端存儲，一般是通過cookie中的sessionID在服務端查找對應的session；

③無需綁定到一個特殊的身份驗證方案（傳統的用戶名密碼登陸），只需要生成的token是符合我們預期設定的即可；

④適用於移動端（Android，iOS，小程序等等），若原生平台不支持cookie（比如說微信小程序），每一次請求都是一次會話，當然我們可以手動為他添加cookie；

⑤可避免CSRF跨站偽造攻擊；

⑥適用於RESTful API，這樣可以與各種后端（java，.net，python......）相結合。

3、token存儲

（1）本地通過DB數據庫或txt文本保存

①通過數據庫保存

a.獲取access_token時，把當前系統時間和access_token保存到數據表(t_access_token)中;

b.再次獲取時，把上次獲取時間(getTime)與當前系統時間作比較，看時間是否超過2小時;

c.超過2h時間限制，再獲取一個access_token，然后更新數據表的accessToken和getTime;

②通過txt文本保存

a.創建 access_token.text文件;

b.讀取get_time；

c.讀取txt判斷時間是否超過2個小時；

d.超過則重寫access_token.text文件；

（2）Client通過Cookie或Form表單的隱藏域存儲，Server可存儲在Session（單機系統）或者其他緩存系統（分布式系統）中。

（3）本地通過cookie或 localStorage存儲，作為公共參數，以后每次請求服務器時都攜帶該token（放在響應頭里），提交給服務器進行校驗。

參考文檔：

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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