JWT是什么?Node中怎么实现JWT鉴权机制(浅析)

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时间:2022-10-28
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一、为什么使用JWT

一种技术的出现,就是弥补另一种技术的的缺陷。在JWT出现之前,Session 认证机制需要配合 Cookie 才能实现。由于 Cookie 默认不支持跨域访问,所以,当涉及到前端跨域请求后端接口的时候,需要做很多额外的配置,才能实现跨域 Session 认证。

注意:

  • 当前端请求后端接口不存在跨域问题的时候,推荐使用 Session 身份认证机制。
  • 当前端需要跨域请求后端接口的时候,不推荐使用 Session 身份认证机制,推荐使用 JWT 认证机制

二、JWT是什么

JWT(英文全称:JSON Web Token)是目前最流行的跨域认证解决方案。本质就是一个字符串书写规范,如下图,作用是用来在用户和服务器之间传递安全可靠的信息

JWT是什么?Node中怎么实现JWT鉴权机制(浅析)

在目前前后端分离的开发过程中,使用token鉴权机制用于身份验证是最常见的方案,流程如下:

  • 服务器当验证用户账号和密码正确的时候,给用户颁发一个令牌,这个令牌作为后续用户访问一些接口的凭证
  • 后续访问会根据这个令牌判断用户是否有权限进行访问

三、JWT工作原理

JWT是什么?Node中怎么实现JWT鉴权机制(浅析)

总结:用户的信息通过 Token 字符串的形式,保存在客户端浏览器中。服务器通过还原 Token 字符串的形式来认证用户的身份。

四、token的组成部分

Token,分成了三部分,头部(Header)、载荷(Payload)、签名(Signature),并以.进行拼接。其中头部和载荷都是以JSON格式存放数据,只是进行了编码。格式如下:

Header.Payload.Signature

下面是 JWT 字符串的示例:

Bearer eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6ImFkbWluIiwiaWF0IjoxNjQ0ODI3NzI2LCJleHAiOjE2NDQ4Mjc3NTZ9.gdZKg9LkPiQZIgNAZ1Mn14GQd9kZZua-_unwHQoRsKE

注意:Bearer 是手动添加的头部信息,必须携带此信息才能解析token !

五、token的三个部分的含义

1. header

每个JWT都会带有头部信息,这里主要声明使用的算法。声明算法的字段名为alg,同时还有一个typ的字段,默认JWT即可。以下示例中算法为HS256:

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

因为JWT是字符串,所以我们还需要对以上内容进行Base64编码,编码后字符串如下:

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9

2. payload

载荷即消息体,这里会存放实际的内容,也就是Token的数据声明,例如用户的idname,默认情况下也会携带令牌的签发时间iat,通过还可以设置过期时间,如下:

{ 
   "sub": "1234567890", 
   "name": "CoderBin", 
   "iat": 1516239022
}

同样进行Base64编码后,字符串如下:

eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ

3. Signature

签名是对头部和载荷内容进行签名,一般情况,设置一个secretKey,对前两个的结果进行HMacSHA25算法,公式如下:

Signature = HMACSHA256(base64Url(header)+.+base64Url(payload),secretKey)

一旦前面两部分数据被篡改,只要服务器加密用的密钥没有泄露,得到的签名肯定和之前的签名不一致

六、JWT使用方式

客户端收到服务器返回的 JWT 之后,通常会将它储存在 localStorage 或 sessionStorage 中。

此后,客户端每次与服务器通信,都要带上这个 JWT 的字符串,从而进行身份认证。推荐的做法是把 JWT 放在 HTTP 请求头的 Authorization 字段中,格式如下:

Authorization: Bearer <token>

七、JWT实现

Token 的使用分成了两部分:

  • 生成token:登录成功的时候,颁发token
  • 验证token:访问某些资源或者接口时,验证token

接下来就在 node+express 环境下带大家实现jwt鉴权,最后有完整代码加注释,可以直接看最后的代码

1. 安装 JWT 相关的包

运行如下命令,安装如下两个 JWT 相关的包:

npm i jsonwebtoken express-jwt

其中:

  • jsonwebtoken 用于生成 JWT 字符串
  • express-jwt 用于验证token,将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象

2. 导入 JWT 相关的包

app.js

// 导入用于生成 JWT 字符串的包
const jwt = require('jsonwebtoken')

// 导入用户将客户端发送过来的 JWT 字符串,解析还原成 JSON 对象的包
const expressJWT = require('express-jwt')

3. 定义 secret 密钥 *

为了保证 JWT 字符串的安全性,防止 JWT 字符串在网络传输过程中被别人破解,我们需要专门定义一个用于加密解密的 secret 密钥:

  • 当生成 JWT 字符串的时候,需要使用 secret 密钥对用户的信息进行加密,最终得到加密好的 JWT 字符串

  • 当把 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的时候,需要使用 secret 密钥进行解密

// 这个 secretKey 的是可以是任意的字符串
const secretKey = 'CoderBin ^_^'

4. 在登录成功后生成 JWT 字符串 *

调用 jsonwebtoken 包提供的 sign() 方法,将用户的信息加密成 JWT 字符串,响应给客户端:

  • 参数 1:用户的信息对象
  • 参数 2:解密的秘钥
  • 参数 3:配置对象,可以配置 token 的有效期

注意:千万不要把密码加密到 token 字符串中!

// 登录接口
app.post('/api/login', function (req, res) {
  // 将 req.body 请求体中的数据,转存为 userinfo 常量
  const userinfo = req.body
  // 省略登录失败情况下的代码... 

  // 登录成功
  // 在登录成功之后,调用 jwt.sign() 方法生成 JWT 字符串。并通过 token 属性发送给客户端
  const tokenStr = jwt.sign(
    { username: userinfo.username }, 
    secretKey, 
    { expiresIn: '30s' }
  )
  
  // 向客户端响应成功的消息
  res.send({
    status: 200,
    message: '登录成功!',
    token: tokenStr // 要发送给客户端的 token 字符串
  })
})

5. 将 JWT 字符串还原为 JSON 对象 *

客户端每次在访问那些有权限接口的时候,都需要主动通过请求头中的 Authorization 字段,将 Token 字符串发送到服务器进行身份认证。

此时,服务器可以通过 express-jwt 这个中间件,自动将客户端发送过来的 Token 解析还原成 JSON 对象:

  • express.JWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }) 就是用来解析 Token 的中间件
  • express-jwt 模块,现在默认为 6版本以上,必须加上: algorithms: ['HS256']

注意:只要配置成功了 express-jwt 这个中间件,就会自动把解析出来的用户信息,挂载到 req.user 属性上

// 1. 使用 app.use() 来注册中间件
app.use(expressJWT({ 
  secret: secretKey, 
  algorithms: ['HS256'] 
}).unless({ path: [/^\/api\//] }))

注意

  • secret 必须和 sign 时候保持一致
  • 可以通过 unless 配置接口白名单,也就是哪些 URL 可以不用经过校验,像登陆/注册都可以不用校验
  • 校验的中间件需要放在需要校验的路由前面,无法对前面的 URL 进行校验

6. 使用 req.user 获取用户信息

当 express-jwt 这个中间件配置成功之后,即可在那些有权限的接口中,使用 req.user 对象,来访问从 JWT 字符串中解析出来的用户信息了,示例代码如下:

// 这是一个有权限的 API 接口,必须在 Header 中携带 Authorization 字段,值为 token,才允许访问
app.get('/admin/getinfo', function (req, res) {
  // TODO_05:使用 req.user 获取用户信息,并使用 data 属性将用户信息发送给客户端
  console.log(req.user);
  res.send({
    status: 200,
    message: '获取用户信息成功!',
    data: req.user // 要发送给客户端的用户信息
  })
})

7. 捕获解析 JWT 失败后产生的错误

当使用 express-jwt 解析 Token 字符串时,如果客户端发送过来的 Token 字符串过期或不合法,会产生一个解析失败的错误,影响项目的正常运行。我们可以通过 Express 的错误中间件,捕获这个错误并进行相关的处理,示例代码如下:

app.use((err, req, res, next) => {
  // 这次错误是由 token 解析失败导致的
  if (err.name === 'UnauthorizedError') {
    return res.send({
      status: 401,
      message: '无效的token'
    })
  }
  res.send({
    status: 500,
    message: '未知的错误'
  })
})

8. 完整代码

app.js

// 导入 express 模块
const express = require('express')
// 创建 express 的服务器实例
const app = express()

// TODO_01:安装并导入 JWT 相关的两个包,分别是 jsonwebtoken 和 express-jwt
const jwt = require('jsonwebtoken')
const expressJWT = require('express-jwt')


// 允许跨域资源共享
const cors = require('cors')
app.use(cors())

// 解析 post 表单数据的中间件
const bodyParser = require('body-parser')
// 这里用内置的中间件也行: app.use(express.urlencoded({ extended: false }))
app.use(bodyParser.urlencoded({ extended: false }))

// TODO_02:定义 secret 密钥,建议将密钥命名为 secretKey
// 这个 secretKey 的是可以是任意的字符串
const secretKey = 'smiling ^_^'

// TODO_04:注册将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的中间件
// 1. 使用 app.use() 来注册中间件
// 2. express.JWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }) 就是用来解析 Token 的中间件
// 2.1 express-jwt 模块,现在默认为 6版本以上,必须加上: algorithms: ['HS256']
// 3. .unless({ path: [/^\/api\//] }) 用来指定哪些接口不需要访问权限
// 4. 注意:只要配置成功了 express-jwt 这个中间件,就会自动把解析出来的用户信息,挂载到 req.user 属性上
app.use(expressJWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }).unless({ path: [/^\/api\//] }))

// 登录接口
app.post('/api/login', function (req, res) {
  // 将 req.body 请求体中的数据,转存为 userinfo 常量
  const userinfo = req.body
  // 登录失败
  if (userinfo.username !== 'admin' || userinfo.password !== '000000') {
    return res.send({
      status: 400,
      message: '登录失败!'
    })
  }
  // 登录成功
  // TODO_03:在登录成功之后,调用 jwt.sign() 方法生成 JWT 字符串。并通过 token 属性发送给客户端
  // 参数 1:用户的信息对象
  // 参数 2:解密的秘钥
  // 参数 3:配置对象,可以配置 token 的有效期
  // 记住:千万不要把密码加密到 token 字符串中!
  const tokenStr = jwt.sign({ username: userinfo.username }, secretKey, { expiresIn: '30s' })
  res.send({
    status: 200,
    message: '登录成功!',
    token: tokenStr // 要发送给客户端的 token 字符串
  })
})

// 这是一个有权限的 API 接口,必须在 Header 中携带 Authorization 字段,值为 token,才允许访问
app.get('/admin/getinfo', function (req, res) {
  // TODO_05:使用 req.user 获取用户信息,并使用 data 属性将用户信息发送给客户端
  console.log(req.user);
  res.send({
    status: 200,
    message: '获取用户信息成功!',
    data: req.user // 要发送给客户端的用户信息
  })
})

// TODO_06:使用全局错误处理中间件,捕获解析 JWT 失败后产生的错误
app.use((err, req, res, next) => {
  // 这次错误是由 token 解析失败导致的
  if (err.name === 'UnauthorizedError') {
    return res.send({
      status: 401,
      message: '无效的token'
    })
  }
  res.send({
    status: 500,
    message: '未知的错误'
  })
})

// 调用 app.listen 方法,指定端口号并启动web服务器
app.listen(8888, function () {
  console.log('Express server running at http://127.0.0.1:8888')
})

八. 测试结果

1 测试登录接口

借助 postman 工具测试接口

JWT是什么?Node中怎么实现JWT鉴权机制(浅析)

2. 测试登录需要权限的接口-失败

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3. 测试登录需要权限的接口-成功

JWT是什么?Node中怎么实现JWT鉴权机制(浅析)

九、最后总结

JWT鉴权机制有许多优点:

  • json具有通用性,所以可以跨语言
  • 组成简单,字节占用小,便于传输
  • 服务端无需保存会话信息,很容易进行水平扩展
  • 一处生成,多处使用,可以在分布式系统中,解决单点登录问题
  • 可防护CSRF攻击

当然,不可避免的也有一些缺点:

  • payload部分仅仅是进行简单编码,所以只能用于存储逻辑必需的非敏感信息
  • 需要保护好加密密钥,一旦泄露后果不堪设想
  • 为避免token被劫持,最好使用https协议

本次的浅析JWT鉴权机制就讲到这里,希望对大家有所帮助,谢谢!

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