Gin 框架之jwt 介绍与基本使用

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时间:2024-01-28
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一.JWT 介绍

  • Json web token (JWT), 是为了在网络应用环境间传递声明而执行的一种基于JSON的开放标准(RFC 7519)
  • 该token被设计为紧凑且安全的,特别适用于分布式站点的单点登录(SSO)场景
  • JWT的声明一般被用来在身份提供者和服务提供者间传递被认证的用户身份信息,以便于从资源服务器获取资源
  • 也可以增加一些额外的其它业务逻辑所必须的声明信息,该token也可直接被用于认证,也可被加密

二.JWT认证与session认证的区别

2.1 基于session认证流程图

Gin 框架之jwt 介绍与基本使用

服务器需要存储用户的token信息

2.2 基于jwt认证流程图

Gin 框架之jwt 介绍与基本使用

服务端不需要存储用户token, 都存在客户端

三. JWT 的构成

JWT就是一段字符串, 由三段信息构成, 三段信息文本使用.(点) 拼接就构成了JWT字符串 :

  • eyJhbGciOiJIUzI1sNiIsIn.eyJzdWIiOiIxMjRG9OnRydWV9.TJVArHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ
  • 第一部分我们称它为头部 : header
  • 第二部分我们称其为载荷 : payload (类似于飞机上承载的物品)
  • 第三部分是签证 : signature

3.1 header : 头部

头部,JWT 的元数据,也就是描述这个 token 本身的数据,一个 JSON 对象。由两部分组成 :

  1. 声明类型(当前令牌名称)
  2. 声明加密算法
// 定义头部信息
header := map[string]interface{}{
  "alg": "HS256", // 声明加密算法,可以根据需要修改
  "typ": "JWT",   // 声明类型
}

将头部使用base64编码构成第一部分 (base64编码方法, 该编码可以对称解码)

package main

import (
	"encoding/base64"
	"encoding/json"
	"fmt"
)

func main() {
	// 定义头部信息
	header := map[string]interface{}{
		"alg": "HS256", // 声明加密算法,可以根据需要修改
		"typ": "JWT",   // 声明类型
	}

	// 将头部信息序列化为JSON格式字符串
	headerBytes, err := json.Marshal(header)
	if err != nil {
		fmt.Println("JSON encoding error:", err)
		return
	}
	headerStr := base64.RawURLEncoding.EncodeToString(headerBytes)

	fmt.Println(headerStr)
	// eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
}

3.2 payload : 负载

存放用户有效信息的地方,一个 JSON 对象, 这些有效信息包含三个部分:

  • 标准中注册的声明
  • 公共的声明
  • 私有的声明

3.2.1 标准中注册的声明 (建议但不强制使用)

  • iss: JWT签发者
  • sub: JWT所面向的用户
  • aud: 接收JWT的一方
  • exp: JWT的过期时间,这个过期时间必须要大于签发时间
  • nbf: 定义在什么时间之前,该JWT都是不可用的
  • iat: JWT的签发时间
  • jti: JWT的唯一身份标识,主要用来作为一次性token,从而回避时序攻击

3.2.2 公共的声明

公共的声明可以添加任何的信息,一般添加用户的相关信息或其他业务需要的必要信息。但不建议添加敏感信息,因为该部分在客户端可解密。

3.2.3 私有的声明

私有声明是提供者和消费者所共同定义的声明,一般不建议存放敏感信息,因为base64是对称解密的,意味着该部分信息可以归类为明文信息。

3.2.4 定义一个payload

除了上面的字段, 你自己也可以添加自己想要的字段, 需要注意的是:这些信息是不加密的, 所以最好不要存敏感信息

package main

import (
	"encoding/base64"
	"encoding/json"
	"fmt"
)

func main() {
	// 定义Payload信息
	payload := map[string]interface{}{
		"sub":   "1234567890",              // 主题,表示该JWT的所有者
		"name":  "John Doe",                // 自定义声明,可以根据需要添加其他声明
		"iat":   1516239022,                // 签发时间,表示JWT的签发时间,一般为当前时间的时间戳
		"exp":   1516239022 + 3600,         // 过期时间,表示JWT的过期时间,一般为签发时间加上有效期,以秒为单位
		"roles": []string{"admin", "user"}, // 自定义声明,可以存储用户角色等信息
	}

	// 将Payload信息序列化为JSON格式字符串
	payloadBytes, err := json.Marshal(payload)
	if err != nil {
		fmt.Println("JSON encoding error:", err)
		return
	}
	payloadStr := base64.RawURLEncoding.EncodeToString(payloadBytes)

	fmt.Println(payloadStr) // eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
}

然后将其进行base64加密,得到JWT的第二部分。

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9

3.3 signatrue : 签名

signature 是根据 headertoken 生成, 由三部分构成 :

  • base64 编码后的 header
  • base64 编码后的 payload
  • secret : 秘钥 (只有服务端知道)

这个部分需要将base64加密后的header和base64加密后的payload使用.连接组成的字符串,然后通过header中声明的加密方式进行加盐secret组合加密,然后就构成了JWT的第三部分。

package main

import (
	"crypto/hmac"
	"crypto/sha256"
	"encoding/base64"
	"encoding/json"
	"fmt"
)

func main() {
	// 定义头部信息
	header := map[string]interface{}{
		"alg": "HS256",
		"typ": "JWT",
	}

	// 定义Payload信息
	payload := map[string]interface{}{
		"sub":   "1234567890",
		"name":  "John Doe",
		"iat":   1516239022,
		"exp":   1516239022 + 3600,
		"roles": []string{"admin", "user"},
	}

	// 将头部信息序列化为JSON格式字符串
	headerBytes, err := json.Marshal(header)
	if err != nil {
		fmt.Println("JSON encoding error:", err)
		return
	}
	headerStr := base64.RawURLEncoding.EncodeToString(headerBytes)

	// 将Payload信息序列化为JSON格式字符串
	payloadBytes, err := json.Marshal(payload)
	if err != nil {
		fmt.Println("JSON encoding error:", err)
		return
	}
	payloadStr := base64.RawURLEncoding.EncodeToString(payloadBytes)

	// 定义秘钥
	secret := "your-secret-key" // 替换为实际的秘钥

	// 生成签名
	signature := generateSignature(headerStr, payloadStr, secret)

	fmt.Println(signature) // C-94Wc6olGK6CEbkA9Xj0ogDQIFdPsEefZKCZrz_fvA
	// 生成的签名字符串
}

func generateSignature(headerStr, payloadStr, secret string) string {
	// 构造要签名的数据
	dataToSign := headerStr + "." + payloadStr

	// 使用HMAC-SHA256算法生成签名
	h := hmac.New(sha256.New, []byte(secret))
	h.Write([]byte(dataToSign))
	signatureBytes := h.Sum(nil)

	// 对签名进行base64编码
	signature := base64.RawURLEncoding.EncodeToString(signatureBytes)

	return signature
}

3.4 得到 token

算出签名之后, 把 header、payload、signatrue 三部分使用 .(点) 拼接成一个大字符串, 然后返回给客户端让其存储

package main

import (
	"crypto/hmac"
	"crypto/sha256"
	"encoding/base64"
	"encoding/json"
	"fmt"
)

func main() {
	// 定义头部信息
	header := map[string]interface{}{
		"alg": "HS256",
		"typ": "JWT",
	}

	// 定义Payload信息
	payload := map[string]interface{}{
		"sub":   "1234567890",
		"name":  "John Doe",
		"iat":   1516239022,
		"exp":   1516239022 + 3600,
		"roles": []string{"admin", "user"},
	}

	// 将头部信息序列化为JSON格式字符串
	headerBytes, err := json.Marshal(header)
	if err != nil {
		fmt.Println("JSON encoding error:", err)
		return
	}
	headerStr := base64.RawURLEncoding.EncodeToString(headerBytes)

	// 将Payload信息序列化为JSON格式字符串
	payloadBytes, err := json.Marshal(payload)
	if err != nil {
		fmt.Println("JSON encoding error:", err)
		return
	}
	payloadStr := base64.RawURLEncoding.EncodeToString(payloadBytes)

	// 将base64加密后的header和payload拼接起来
	dataToSign := headerStr + "." + payloadStr

	// 定义秘钥
	secret := "your-secret-key" // 替换为实际的秘钥

	// 生成签名
	signature := generateSignature(dataToSign, secret)

	// 最终的JWT字符串
	jwtToken := dataToSign + "." + signature

	fmt.Println(jwtToken)
	// 最终生成的JWT字符串
	// eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJleHAiOjE1MTYyNDI2MjIsImlhdCI6MTUxNjIzOTAyMiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwicm9sZXMiOlsiYWRtaW4iLCJ1c2VyIl0sInN1YiI6IjEyMzQ1Njc4OTAifQ.C-94Wc6olGK6CEbkA9Xj0ogDQIFdPsEefZKCZrz_fvA
}

func generateSignature(dataToSign, secret string) string {
	// 使用HMAC-SHA256算法生成签名
	h := hmac.New(sha256.New, []byte(secret))
	h.Write([]byte(dataToSign))
	signatureBytes := h.Sum(nil)

	// 对签名进行base64编码
	signature := base64.RawURLEncoding.EncodeToString(signatureBytes)

	return signature
}

注意:secret 是保存在服务器端的,JWT的签发生成也是在服务器端的,secret 就是用来进行JWT的签发和JWT的验证,所以,它就是你服务端的私钥,在任何场景都不应该流露出去。一旦客户端得知这个 secret,那就意味着客户端是可以自我签发JWT了。

四.base64 编码和解码的使用

首先 base64 是一种编码方式, 并非加密方式; 它跟语言无关, 任何语言都能使用 base64 编码&解码

4.1 base64 编码

	// 定义一个信息字段
	dic := map[string]interface{}{"id": 1, "name": "jarvis", "age": "male"}
	
	// 将其序列化成json格式字符串
	jsonBytes, err := json.Marshal(dic)
	if err != nil {
		fmt.Println("JSON encoding error:", err)
		return
	}
	jsonStr := string(jsonBytes)
	
	// 将json格式字符串encode再使用base64编码成一串Bytes格式编码
	base64Str := base64.StdEncoding.EncodeToString([]byte(jsonStr))
	
	fmt.Println([]byte(base64Str))
	// [101 121 74 112 90 67 73 54 73 68 69 115 73 67 50 70 109 90 121 66 67 74 112 73 106 111 103 73 109 70 48 105 71 108 112 77 97 86 120 73 106 111 103 73 109 116 65 87 120 108 73 106 111 103 73 109 116 65 87 120 108 73 106 111 103 73 109 116 65 87 120 108 73 106 111 103 73 61]
	fmt.Println(base64Str)
	// eyJhZ2UiOiJtYWxlIiwiaWQiOjEsIm5hbWUiOiJqYXJ2aXMifQ==

4.2 base64 解码

// 替换为你的 base64 编码字符串
	base64Str := "eyJhZ2UiOiJtYWxlIiwiaWQiOjEsIm5hbWUiOiJqYXJ2aXMifQ=="

	// base64 解码
	decodedBytes, err := base64.StdEncoding.DecodeString(base64Str)
	if err != nil {
		fmt.Println("Base64 decoding error:", err)
		return
	}

	// JSON 反序列化
	var dic map[string]interface{}
	err = json.Unmarshal(decodedBytes, &dic)
	if err != nil {
		fmt.Println("JSON decoding error:", err)
		return
	}

	fmt.Println(dic)
	// map[age:male id:1 name:jarvis]

五.JWT 的本质原理

/*
1)jwt分三段式:头.体.签名 (head.payload.sgin)
2)头和体是可逆加密,让服务器可以反解出user对象;签名是不可逆加密,保证整个token的安全性的
3)头体签名三部分,都是采用json格式的字符串,进行加密,可逆加密一般采用base64算法,不可逆加密一般采用hash(md5)算法
4)头中的内容是基本信息:公司信息、项目组信息、token采用的加密方式信息
{
	"company": "公司信息",
	...
}
5)体中的内容是关键信息:用户主键、用户名、签发时客户端信息(设备号、地址)、过期时间
{
	"user_id": 1,
	...
}
6)签名中的内容时安全信息:头的加密结果 + 体的加密结果 + 服务器不对外公开的安全码 进行md5加密
{
	"head": "头的加密字符串",
	"payload": "体的加密字符串",
	"secret_key": "安全码"
}
*/

5.1 签发

根据登录请求提交来的 账号 + 密码 + 设备信息 签发 token

  • 用基本信息存储 json 字典, 采用 base64 编码得到头字符串
  • 用关键信息存储 json 字典,采用 base64 编码得到体字符串
  • 用头、体编码的字符串再加安全码信息(secret)存储 json 字典, 采用 header 中指定的算法加密得到签名字符串
  • 最后形成的三段字符串用 . 拼接成token字符串返回给前台

5.2 校验

根据客户端带 token 的请求 反解出 user 对象

  • 将 token 按 .(点) 拆分为三段字符串, 第一段编码后的头字符串一般不需要做任何处理
  • 第二段编码后的体字符串, 要解码出用户主键, 通过主键从 User 表中就能得到登录用户, 过期时间和设备信息都是安全信息, 确保 token 没过期, 且是同一设备来的
  • 再将第一段 + 第二段 + 服务器安全码使用header中指定的不可逆算法加密, 与第三段 签名字符串进行对比校验, 通过后才能代表第二段校验得到的 user 对象就是合法的登录用户

5.3 jwt认证开发流程(重点)

  1. 用账号密码访问登录接口,登录接口逻辑中调用签发token算法,得到token,返回给客户端,客户端自己存到cookies中。

  2. 校验token的算法应该写在中间件中,所有请求都会进行认证校验,所以请求带了token,就会反解出用户信息。

六、Gin 框架中使用jwt

6.1 安装JWT库

使用Gin框架时,你可以选择一个适用于Go语言的JWT库。一个流行的选择是github.com/dgrijalva/jwt-go库。

go get -u github.com/golang-jwt/jwt/v5

6.2 导入库

在你的Go代码中导入github.com/golang-jwt/jwt/v5github.com/gin-gonic/gin

import (
    "github.com/golang-jwt/jwt/v5"
    "github.com/gin-gonic/gin"
)

6.3 使用JWT 鉴权认证

6.3.1 JWT中间件开发

JWT中间件: 创建一个JWT中间件,它将用于保护需要身份验证的路由。

package middleware

import (
	"github.com/gin-gonic/gin"
	"github.com/golang-jwt/jwt/v5"
	"net/http"
	"strings"
	"webook/internal/web"
)

// LoginJWTMiddlewareBuilder JWT 登录校验
type LoginJWTMiddlewareBuilder struct {
	paths []string
}

func NewLoginJWTMiddlewareBuilder() *LoginJWTMiddlewareBuilder {
	return &LoginJWTMiddlewareBuilder{}
}

// IgnorePaths 忽略的路径
func (l *LoginJWTMiddlewareBuilder) IgnorePaths(path string) *LoginJWTMiddlewareBuilder {
	l.paths = append(l.paths, path)
	return l
}

func (l *LoginJWTMiddlewareBuilder) Build() gin.HandlerFunc {
	// 用 Go 的方式编码解码
	return func(ctx *gin.Context) {
		// 不需要登录校验的
		for _, path := range l.paths {
			if ctx.Request.URL.Path == path {
				return
			}
		}
		// 用 JWT 来校验
		tokenHeader := ctx.GetHeader("Authorization")
		if tokenHeader == "" {
			// 没登录
			ctx.AbortWithStatus(http.StatusUnauthorized)
			return
		}
		segs := strings.Split(tokenHeader, " ")
		if len(segs) != 2 {
			// 没登录,有人瞎搞
			ctx.AbortWithStatus(http.StatusUnauthorized)
			return
		}
		tokenStr := segs[1]
		claims := &web.UserClaims{}
		// ParseWithClaims 里面,一定要传入指针
		// 这里的95osj3fUD7fo0mlYdDbncXz4VD2igvf0 代表的是签发的时候的key,并且key 要和签发的时候一样
		token, err := jwt.ParseWithClaims(tokenStr, claims, func(token *jwt.Token) (interface{}, error) {
			return []byte("95osj3fUD7fo0mlYdDbncXz4VD2igvf0"), nil
		})
		if err != nil {
			// 没登录
			ctx.AbortWithStatus(http.StatusUnauthorized)
			return
		}
		// token 验证不通过
		if token == nil || !token.Valid {
			// 没登录
			ctx.AbortWithStatus(http.StatusUnauthorized)
			return
		}
		// 将用户信息存储到上下文中
		ctx.Set("claims", claims)
	}
}

6.3.2 使用JWT中间件

使用JWT中间件: 在需要身份验证的路由上使用JWT中间件。

func initWebServer() *gin.Engine {
	ser := gin.Default()
	ser.Use(cors.New(cors.Config{
		//AllowOrigins: []string{"*"},
		//AllowMethods: []string{"POST", "GET"},
		AllowHeaders: []string{"Content-Type", "Authorization"},
		// 允许跨域访问的响应头,不加这个前端拿不到token响应头
		ExposeHeaders: []string{"x-jwt-token"},
		// 是否允许你带 cookie 之类的东西
		AllowCredentials: true,
		AllowOriginFunc: func(origin string) bool {
			if strings.HasPrefix(origin, "http://localhost") {
				// 你的开发环境
				return true
			}
			return strings.Contains(origin, "http://你的公司域名.com")
		},
		MaxAge: 12 * time.Hour,
	}))
  // 注册登录校验中间件以及不要登录校验的路径
	ser.Use(middleware.NewLoginJWTMiddlewareBuilder().
		IgnorePaths("/users/signup").
		IgnorePaths("/users/login").Build())
	return ser
}

6.3.3 生成JWT token

生成JWT token: 在用户登录成功后,你可以生成JWT并将其返回给客户端。

// UserClaims 自定义的声明结构体并内嵌 jwt.StandardClaims
type UserClaims struct {
	jwt.RegisteredClaims
	// 声明你自己的要放进去 token 里面的数据
	Uid int64
	// 后续需要什么字段,就在这里添加
}

func (u *UserHandler) LoginJWT(ctx *gin.Context) {
	type LoginReq struct {
		Email    string `json:"email"`
		Password string `json:"password"`
	}

	var req LoginReq
	if err := ctx.Bind(&req); err != nil {
		return
	}
	user, err := u.svc.Login(ctx, req.Email, req.Password)
	if err == service.ErrInvalidUserOrPassword {
		ctx.String(http.StatusOK, "用户名或密码不对")
		return
	}
	if err != nil {
		ctx.String(http.StatusOK, "系统错误")
		return
	}

	// 步骤2
	// 在这里用 JWT 设置登录态
	// 生成一个 JWT token
	// 将用户信息存储到token中
	claims := UserClaims{
		Uid: user.Id,
	}
	token := jwt.NewWithClaims(jwt.SigningMethodHS512, claims)
	tokenStr, err := token.SignedString([]byte("95osj3fUD7fo0mlYdDbncXz4VD2igvf0"))
	if err != nil {
		ctx.String(http.StatusInternalServerError, "系统错误")
		return
	}
	ctx.Header("x-jwt-token", tokenStr)
	fmt.Println(user)
	ctx.String(http.StatusOK, "登录成功")
	return
}

6.3.4 访问路由签发token

我们通过接口调试工具访问路由127.0.0.1:8080/users/login 签发用户tokenheader 中就会有X-Jwt-Token这个字段以及生成的token 对应值。

Gin 框架之jwt 介绍与基本使用

6.3.5 通过 token 鉴权获取用户信息

在平时开发中,我们一般不会直接传user_id 过来,一般是通过token来获取用户信息,比如我们需要查询用户信息,之前我们已经将用户ID放入到token中了,直接通过c, _ := ctx.Get("claims")来获取我们存放的用户信息,以下是具体代码;

func (u *UserHandler) ProfileJWT(ctx *gin.Context) {
	c, _ := ctx.Get("claims")
	// 你可以断定,必然有 claims
	//if !ok {
	//	// 你可以考虑监控住这里
	//	ctx.String(http.StatusOK, "系统错误")
	//	return
	//}
	// ok 代表是不是 *UserClaims
	claims, ok := c.(*UserClaims)
	if !ok {
		// 你可以考虑监控住这里
		ctx.String(http.StatusOK, "系统错误")
		return
	}
	fmt.Println("当前用户ID为:", claims.Uid)
	ctx.String(http.StatusOK, "查询成功")
}

最后我们只需要访问路由:127.0.0.1:8080/users/profile,在header中加入token 即可。

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