whale系统实战,聊聊用户认证

写在前面

上次老猫和大家说过想要开发一个系统,从简单的权限开始做起,有的网友表示还是挺支持的,但是有的网友嗤之以鼻,认为太简单了,不过也没事,简单归简单,主要的还是个人技术的一个整合和实战。

没错,系统的名称老猫也已经定义好了叫做whale,whale是鲸鱼的意思。其实没有别的意思,也是老猫拍脑袋想出来的,可能是受到docker图标的影响。另外的真要说有点啥么,那就是老猫希望这个系统是成长的,是演变的,能从简单的小鱼系统成长为遨游海洋的鲸鱼,当然猫也喜欢吃鱼,扯远了……本篇起,老猫正式开始养鱼。

用户认证

开篇我们当然从用户的登录认证开始说起,关于用户认证,老猫不晓得大家对此是否熟悉,有些同学可能有所研究,这里老猫还是得详细和大家聊聊。说起用户认证,大家比较有所耳闻的应该就是session认证以及token认证。

传统的Session认证

我们说http请求是无状态的。这句话什么意思?所谓无状态,就是指用户向服务器端发起多个请求,服务器并不会知道多次请求都是来源于同一个用户,这就是无状态。

那么如何让服务器知道我们来自是哪一个用户的请求呢?所以我们只能在服务器中存储一份用户的登录信息,这份登录信息会在响应的时候传给浏览器,并且告诉其保存为cookie,以便下次请求的时候发送给我们的应用,这样我们的应用就识别了请求来源于哪个用户,这也就是传统的session认证。简单地画了一下原理图,大概就长下面这样。

session存储

当然,传统的单体架构中的存储是session内存的存储,随着用户的增多,服务器开销增加,为了扩展,逐渐将session信息可以存入到redis中间件中。这也是扩展的一种方式。

聊聊这种方式的短板。

  • 每次认证用户发起请求时,服务器需要去创建一个记录来存储信息。当越来越多的用户发请求时,内存的开销也会不断增加。 虽然说中间件可以缓解这个问题。
  • 在服务端的内存中使用Seesion存储登录信息,可扩展性会比较差。
  • 开放平台的商业理念开始走向主流,显然cookie以及session都无法很好的处理授权管理。
  • 跨域资源共享问题,当我们需要让数据跨多台移动设备上使用时,跨域资源的共享会是一个让人头疼的问题。在使用Ajax抓取另一个域的资源,就可以会出现禁止请求的情况。

相对的,我们再来看看相关的token认证。

Token认证

我们直接说个大白话,什么叫做token认证,说白了其实就是暗号。 在一些数据传输之前,要先进行暗号的核对,不同的暗号被授权不同的数据操作。

说得稍微专业一些应该是这样, Token是服务端生成的一串字符串,以作客户端进行请求的一个令牌,当第一次登录后,服务器生成一个Token便将此Token返回给客户端,以后客户端只需带上这个Token前来请求数据即可,无需再次带上用户名和密码。 大致的流程如下,

session存储

聊聊这种方式相对于传统session的优势。

  • 无状态、可扩展:在客户端存储的 token 是无状态的,并且能够被扩展。基于这种无状态和不存储Session信息,负载均衡服务器 能够将用户的请求传递到任何一台服务器上,因为服务器与用户信息没有关联。相反在传统方式中,我们必须将请求发送到一台存储了该用户 session 的服务器上(称为Session亲和性),因此当用户量大时,可能会造成 一些拥堵。使用 token 完美解决了此问题。

  • 关于安全性:请求中发送 token 而不是 cookie,这能够防止 CSRF(跨站请求伪造) 攻击。即使在客户端使用 cookie 存储 token,cookie 也仅仅是一个存储机制而不是用于认证。另外,由于没有 session,让我们少我们不必再进行基于 session 的操作。 Token 是有时效的,一段时间之后用户需要重新验证。我们也不一定需要等到token自动失效,token有撤回的操作,通过 token revocataion可以使一个特定的 token 或是一组有相同认证的 token 无效。

  • 可扩展性:使用 Tokens 能够与其它应用共享权限。例如,能将一个博客帐号和自己的QQ号关联起来。当通过一个 第三方平台登录QQ时,我们可以将一个博客发到QQ平台中。

    使用 token,可以给第三方应用程序提供自定义的权限限制。当用户想让一个第三方应用程序访问它们的数据时,我们可以通过建立自己的API,给出具有特殊权限的tokens。

  • 多平台与跨域:当我们的应用和服务不断扩大的时候,我们可能需要通过多种不同平台或其他应用来接入我们的服务。可以让我们的API只提供数据,我们也可以从CDN提供服务(Having our API just serve data, we can also make the design choice to serve assets from a CDN.)。 在为我们的应用程序做了如下简单的配置之后,就可以消除 CORS 带来的问题。只要用户有一个通过了验证的token,数据和资源就能够在任何域上被请求到。

    Access-Control-Allow-Origin: *       
  • 基于标准:有几种不同方式来创建 token。最常用的标准就是 JSON Web Tokens。很多语言都支持它。

所以综合对比了一下,token认证的优势也就相当明显了,所以老猫后面的认证也将会基于token来实现。

关于JWT

其实jwt就是 Json web token 的简写,一般组成的形式是这样xxx.yyy.zzz。很明显,其实是分为三部分。第一部分称它为头部(header),第二部分称其为载荷(payload, 类似于飞机上承载的物品),第三部分是签证(signature).

  • 头部(header):头部一般会有两部分信息,第一部分声明类型,这里一般类型就是jwt,第二部分就是加密算法,一般直接使用 HMAC SHA256,那么构造基本就是如下所示。

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

    然后将头部进行base64加密(该加密是可以对称解密的),构成了第一部分xxx

  • 载荷(payload):主要是对实体(一般可以是用户信息)和其他数据进行声明,关于声明主要有三种类型:registered,public和private。

    1. Registered claims: 这里有一组预定义的声明,它们不是强制的,但是推荐。比如:iss (issuer), exp (expiration time), sub (subject), aud (audience)等。
    2. Public claims : 可以随意定义。
    3. Private claims : 用于在同意使用它们的各方之间共享信息,并且不是注册的或公开的声明。

    举个官网的例子如下:

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    {
    "sub": "1234567890",
    "name": "John Doe",
    "admin": true
    }

    对payload进行Base64编码就得到JWT的第二部分,但是要注意的是,不要在JWT的payload或header中放置敏感信息,除非它们是加密的。

  • 签名(Signature):为了得到签名部分,你必须有编码过的header、编码过的payload、一个秘钥,签名算法是header中指定的那个,然后对它们签名即可。

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

    签名是用于验证消息在传递过程中有没有被更改,并且,对于使用私钥签名的token,它还可以验证JWT的发送方是否为它所称的发送方。

    放在一起进行加密之后即为如下:

    jwt加密后

    jwt.io Debugger 去decode操作之后我想大家就一目了然了,当然这个图来自官网。

    解密

    以上关于JWT的相关介绍,说明:关于以下介绍均来自于官网,大家如果觉得老猫翻译的有问题的话,可以自行去官网看一下,官网地址:https://jwt.io/introduction/

JWTUtil的封装实战

如果上述大家觉得还是比较模糊,老猫封装了一个JWTUtil的工具类,大家可以参考着去理解,具体代码如下:

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/**
* @author kdaddy@163.com
* @date 2021/4/13 23:06
*/
public class JwtUtil {
// 生成签名是所使用的秘钥
private final String base64EncodedSecretKey;

// 生成签名的时候所使用的加密算法
private final SignatureAlgorithm signatureAlgorithm;

public JwtUtil(String secretKey, SignatureAlgorithm signatureAlgorithm) {
this.base64EncodedSecretKey = Base64.encodeBase64String(secretKey.getBytes());
this.signatureAlgorithm = signatureAlgorithm;
}
/**
* 生成 JWT Token 字符串
* @param iss 签发人名称
* @param ttlMillis jwt 过期时间
* @param claims 额外添加到荷部分的信息。
* 例如可以添加用户名、用户ID、用户(加密前的)密码等信息
*/
public String encode(String iss, long ttlMillis, Map claims) {
if (claims == null) {
claims = new HashMap<>();
}

// 签发时间(iat):荷载部分的标准字段之一
long nowMillis = System.currentTimeMillis();
Date now = new Date(nowMillis);

// 下面就是在为payload添加各种标准声明和私有声明了
JwtBuilder builder = Jwts.builder()
// 荷载部分的非标准字段/附加字段,一般写在标准的字段之前。
.setClaims(claims)
// JWT ID(jti):荷载部分的标准字段之一,JWT 的唯一性标识,虽不强求,但尽量确保其唯一性。
.setId(UUID.randomUUID().toString())
// 签发时间(iat):荷载部分的标准字段之一,代表这个 JWT 的生成时间。
.setIssuedAt(now)
// 签发人(iss):荷载部分的标准字段之一,代表这个 JWT 的所有者。通常是 username、userid 这样具有用户代表性的内容。
.setSubject(iss)
// 设置生成签名的算法和秘钥
.signWith(signatureAlgorithm, base64EncodedSecretKey);

if (ttlMillis >= 0) {
long expMillis = nowMillis + ttlMillis;
Date exp = new Date(expMillis);
// 过期时间(exp):荷载部分的标准字段之一,代表这个 JWT 的有效期。
builder.setExpiration(exp);
}
return builder.compact();
}

/**
* JWT Token 由 头部 荷载部 和 签名部 三部分组成。签名部分是由加密算法生成,无法反向解密。
* 而 头部 和 荷载部分是由 Base64 编码算法生成,是可以反向反编码回原样的。
* 这也是为什么不要在 JWT Token 中放敏感数据的原因。
* @param jwtToken 加密后的token
* @return claims 返回荷载部分的键值对
*/
public Claims decode(String jwtToken) {

// 得到 DefaultJwtParser
return Jwts.parser()
// 设置签名的秘钥
.setSigningKey(base64EncodedSecretKey)
// 设置需要解析的 jwt
.parseClaimsJws(jwtToken)
.getBody();
}

/**
* 校验 token
* 在这里可以使用官方的校验,或,
* 自定义校验规则,例如在 token 中携带密码,进行加密处理后和数据库中的加密密码比较。
* @param jwtToken 被校验的 jwt Token
*/
public boolean isVerify(String jwtToken) {
Algorithm algorithm = null;

switch (signatureAlgorithm) {
case HS256:
algorithm = Algorithm.HMAC256(Base64.decodeBase64(base64EncodedSecretKey));
break;
default:
throw new RuntimeException("不支持该算法");
}

JWTVerifier verifier = JWT.require(algorithm).build();
verifier.verify(jwtToken); // 校验不通过会抛出异常
return true;
}

public static void main(String[] args) {
JwtUtil util = new JwtUtil("tom", SignatureAlgorithm.HS256);

Map map = new HashMap<>();
map.put("username", "tom");
map.put("password", "123456");
map.put("age", 20);
//测试加密生成token
String jwtToken = util.encode("tom", 30000, map);
System.out.println(jwtToken);

//测试token合法性
util.isVerify(jwtToken);
System.out.println("合法");

//测试拿到token之后解密
util.decode(jwtToken).entrySet().forEach((entry) -> {
System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
});
}
}

上述代码我们用main函数进行测试,输出结果如下:

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eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJzdWIiOiJ0b20iLCJwYXNzd29yZCI6IjEyMzQ1NiIsImV4cCI6MTYxODkyNjc3NywiaWF0IjoxNjE4OTI2NzQ3LCJhZ2UiOjIwLCJqdGkiOiIyYzkxY2I2OS1lYWEzLTRlMmYtOGViNC1iNDUzM2MxNTE1MjkiLCJ1c2VybmFtZSI6InRvbSJ9.Ws4Vw9Ll60uaFbTGBpZJh-LTMI052l4Zzx81jqKq3qY
合法
sub: tom
password: 123456
exp: 1618926777
iat: 1618926747
age: 20
jti: 2c91cb69-eaa3-4e2f-8eb4-b4533c151529
username: tom

写在最后

以上就是相关jwt的介绍以及传统session实现的对比,接下来,老猫会向大家演示如何通过JWT+shiro实现whale系统的一个登录鉴权功能。关于前端系统的框架,老猫决定使用的是一套网上比较流行的开源框架vue-admin-beautiful,功能相当齐全,也给大家推荐一下这位大神的作品,github地址为: https://github.com/chuzhixin/vue-admin-beautiful,大家可以自行下载试着运行一下。感谢大家持续关注老猫。

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