Java- JWT详解

1.什么是JWT

JSON Web令牌（JWT）是一个开放标准（RFC 7519），它定义了一种紧凑和自成一体的方式，用于在各方之间作为JSON对象安全地传输信息。这些信息可以被验证和信任，因为它是数字签名的。JWT可以使用秘密（使用HMAC算法）或使用RSA或ECDSA进行公钥/私钥对进行签名。

以下是JSON Web令牌有用的一些场景：

授权：这是使用JWT的最常见场景。一旦用户登录，每个后续请求都将包括JWT，允许用户访问该令牌允许的路由、服务和资源。单点登录是当今广泛使用JWT的功能，因为它开销小，并且可以轻松地跨不同域使用。
信息交换：JSON Web令牌是在各方之间安全传输信息的好方法。因为JWT可以签名——例如，使用公钥/私钥对——您可以确定发件人就是他们说的那个人。此外，由于签名是使用标头和有效负载计算的，您还可以验证内容是否未被篡改。

2.JWT结构

JWT由3部分组成：标头(Header)、有效载荷(Payload)和签名(Signature)。在传输的时候，会将JWT的3部分分别进行Base64编码后用.进行连接形成最终传输的字符串

JWTString=Base64(Header).Base64(Payload).HMACSHA256(base64UrlEncode(header)+"."+base64UrlEncode(payload),secret)

1.Header

JWT头是一个描述JWT元数据的JSON对象，alg属性表示签名使用的算法，默认为HMAC SHA256（写为HS256）；typ属性表示令牌的类型，JWT令牌统一写为JWT。最后，使用Base64 URL算法将上述JSON对象转换为字符串保存

{
 "alg":"HS256",
 "typ":"JWT"
}

2.Payload

有效载荷部分，是JWT的主体内容部分，也是一个JSON对象，包含需要传递的数据。JWT指定七个默认字段供选择:

iss：发行人；exp：到期时间；sub：主题；aud：用户；nbf：在此之前不可用；iat：发布时间；jti：JWT ID用于标识该JWT

这些预定义的字段并不要求强制使用。除以上默认字段外，我们还可以自定义私有字段，一般会把包含用户信息的数据放到payload中，如：userid、username

请注意，默认情况下JWT是未加密的，因为只是采用base64算法，拿到JWT字符串后可以转换回原本的JSON数据，任何人都可以解读其内容，因此不要构建隐私信息字段，比如用户的密码一定不能保存到JWT中，以防止信息泄露。JWT只是适合在网络中传输一些非敏感的信息

3.Signature

签名哈希部分是对上面两部分数据签名，需要使用base64编码后的header和payload数据，通过指定的算法生成哈希，以确保数据不会被篡改。首先，需要指定一个密钥（secret）。该密码仅仅为保存在服务器中，并且不能向用户公开。然后，使用header中指定的签名算法（默认情况下为HMAC SHA256）根据以下公式生成签名

HMACSHA256(base64UrlEncode(header)+"."+base64UrlEncode(payload),secret)

在计算出签名哈希后，JWT头，有效载荷和签名哈希的三个部分组合成一个字符串，每个部分用.分隔，就构成整个JWT对象

3、JAVA中使用JWT

JAVA项目中使用JWT，需要去JWT官网（https://jwt.io）查找JWT为JAVA提供的类库，在library页面选择JAVA，Auth0点击进入git页面，这里可以找到依赖坐标。

1、引入依赖

创建maven项目，在pom 中添加依赖

<dependency>
   <groupId>com.auth0</groupId>
   <artifactId>java-jwt</artifactId>
   <version>3.19.1</version>
</dependency>

2、token生成

/**
    * 生成Token
    * @param userId
    * @param username
    * @return
    */
   public static String createToken(String userId,String username){
       Map<String,Object> headerMap = new HashMap<>();
       Calendar cr = Calendar.getInstance();
       cr.add(Calendar.SECOND,100);
       String token = JWT.create().withHeader(headerMap) // 标头（可以省略）
              .withClaim("userId",userId)           //有效负荷（可以根据约定配置多个）
              .withClaim("username",username)
              .withExpiresAt(cr.getTime())        // 设置有效时间
              .sign(Algorithm.HMAC256(SIGN));      // 加签（配置私钥）
       System.out.println("生成的token为："+token);
       return token;
  }

3、验签方法、解码获取信息、常见异常

/**
    * token 验签
    * token 有效负荷读取
    * @param token
    */
   public static void verifyToken(String token){
       JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.HMAC256(SIGN)).build();/
       try{
           DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify(token);//验签
           String userId = decodedJWT.getClaim("userId").asString();//读取有效负荷
           String username = decodedJWT.getClaim("username").asString();//读取有效负荷
           Date expiresAt = decodedJWT.getExpiresAt();//获取token有效期
           System.out.println(userId);
           System.out.println(username);
           System.out.println(expiresAt);
      }catch(TokenExpiredException tokenExpiredException){
           System.out.println("超过有效期");
      }catch(AlgorithmMismatchException algorithmMismatchException){
           System.out.println("算法异常");
      }catch(SignatureVerificationException signatureVerificationException){
           System.out.println("签名错误");
      }
  }

4、整合工具类

public class JWTUtils {
   public  static  String SIGN = "ASDFse@#w";
   /**
    * 生成Token
    * @param map 用户信息（非敏感信息）
    * @return
    */
   public static String createToken(Map<String,String> map){
       JWTCreator.Builder builder = JWT.create();
       //遍历map 存放到payload
       map.forEach((k,v)->{
           builder.withClaim(k,v);
      });
       Calendar cr = Calendar.getInstance();
       cr.add(Calendar.SECOND,100);
       builder.withExpiresAt(cr.getTime());                // 设置有效时间（根据业务需求这是有效时间）
       return builder.sign(Algorithm.HMAC256(SIGN));     // 加签（配置私钥，防止字符串被篡改）
  }

   /**
    * token 验签
    * token 有效负荷读取
    * @param token
    */
   public static DecodedJWT verifyToken(String token){
       return JWT.require(Algorithm.HMAC256(SIGN)).build().verify(token);//创建验证对象
  }
}