我们都知道Web身份校验有三种主要形式:Cookie,Session,Token。其中Cookie和Session都是有状态登录,而Token是无状态登录。

1.什么是有状态登录?

有状态服务,即服务端需要记录每次会话的客户端信息,从而识别客户端身份,根据用户身份进行请求的处理,典型的设计如 Tomcat 中的 Session。例如登录:用户登录后,我们把用户的信息保存在服务端 session 中,并且给用户一个 session-id 存到cookie ,记录对应的 session,然后下次请求,用户携带 cookie 值来(这一步由浏览器自动完成),我们就能识别到对应 session,从而找到用户的信息。这种方式目前来看最方便,但是也有一些缺陷,如下:

  • 服务端保存大量数据,增加服务端压力
  • 服务端保存用户状态,不支持集群化部署

2. 什么是无状态登录

微服务集群中的每个服务,对外提供的都使用 RESTful 风格的接口。而 RESTful 风格的一个最重要的规范就是:服务的无状态性,即:

  • 服务端不保存任何客户端请求者信息
  • 客户端的每次请求必须具备自描述信息,通过这些信息识别客户端身份

那么这种无状态性有哪些好处呢?

  • 客户端请求不依赖服务端的信息,多次请求不需要必须访问到同一台服务器
  • 服务端的集群和状态对客户端透明
  • 服务端可以任意的迁移和伸缩(可以方便的进行集群化部署)
  • 减小服务端存储压力

3. 无状态登录的实现

无状态登录的流程:

  1. 首先客户端发送账户名/密码到服务端进行认证
  2. 认证通过后,服务端将用户信息加密并且编码成一个 token,返回给客户端
  3. 以后客户端每次发送请求,都需要携带认证的 token
  4. 服务端对客户端发送来的 token 进行解密,判断是否有效,并且获取用户登录信息

说白了,唯一的差别就是客户端信息的存储位置,session存储在服务端,token存储在客户端;而又因为token存储在客户端,所以服务端发送和接受token的时候,需要通过对用户信息进行加密和解密。

4. session与token优缺点

使用 session 最大的优点在于方便。你不用做过多的处理,一切都是默认的即可。

但是使用 session 有另外一个致命的问题就是如果你的前端是 Android、iOS、小程序等,这些 App 天然的就没有 cookie,如果非要用 session,就需要这些工程师在各自的设备上做适配,一般是模拟 cookie,从这个角度来说,在移动 App 遍地开花的今天,我们单纯的依赖 session 来做安全管理,似乎也不是特别理想。

这个时候 JWT 这样的无状态登录就展示出自己的优势了,这些登录方式所依赖的 token 你可以通过普通参数传递,也可以通过请求头传递,怎么样都行,具有很强的灵活性。

不过话说回来,如果你的前后端分离只是网页+服务端,其实没必要上无状态登录,基于 session 来做就可以了,省事又方便。

5 JWT

5.1 简介

JWT,全称是 Json Web Token , 是一种 JSON 风格轻量级的授权身份认证规范,可实现无状态、分布式的 Web 应用授权:

图片
JWT 作为一种规范,并没有和某一种语言绑定在一起,常用的 Java 实现是 GitHub 上的开源项目 jjwt,地址如下:https://github.com/jwtk/jjwt

5.2 JWT 数据格式

JWT 包含三部分数据:

  1. Header:头部,通常头部有两部分信息:
  • 声明类型,这里是JWT
  • 加密算法,自定义
    我们会对头部进行 Base64Url 编码(可解码),得到第一部分数据。
  1. Payload:载荷,就是有效数据,在官方文档中(RFC7519),这里给了 7 个示例信息:
  • iss (issuer):表示签发人
  • exp (expiration time):表示token过期时间
  • sub (subject):主题
  • aud (audience):受众
  • nbf (Not Before):生效时间
  • iat (Issued At):签发时间
  • jti (JWT ID):编号
    这部分也会采用 Base64Url 编码,得到第二部分数据。
  1. Signature:签名,是整个数据的认证信息。一般根据前两步加密字符串,再加上服务的的密钥 secret(密钥保存在服务端,不能泄露给客户端),通过 Header 中配置的加密算法生成。用于验证整个数据完整和可靠性。
    secret一旦泄密,客户端可以自我签发jwt了!

5.3 JWT 交互流程

流程图:

若依微服务版本中哪里使用到了刷新redis缓存10分钟 若依session_用户信息

步骤翻译:

  1. 应用程序或客户端向授权服务器请求授权
  2. 获取到授权后,授权服务器会向应用程序返回访问令牌
  3. 应用程序使用访问令牌来访问受保护资源(如API)

因为 JWT 签发的 token 中已经包含了用户的身份信息,并且每次请求都会携带,这样服务的就无需保存用户信息,甚至无需去数据库查询,这样就符合了 RESTful 的无状态规范。

5.4 JWT 存在的问题

说了这么多,JWT 也不是天衣无缝,由客户端维护登录状态带来的一些问题在这里依然存在,举例如下:

  1. 续签问题,这是被很多人诟病的问题之一,传统的 cookie+session 的方案天然的支持续签,但是 jwt 由于服务端不保存用户状态,因此很难完美解决续签问题,如果引入 redis,虽然可以解决问题,但是 jwt 也变得不伦不类了。
  2. 注销问题,由于服务端不再保存用户信息,所以一般可以通过修改 secret 来实现注销,服务端 secret 修改后,已经颁发的未过期的 token 就会认证失败,进而实现注销,不过毕竟没有传统的注销方便。
  3. 密码重置,密码重置后,原本的 token 依然可以访问系统,这时候也需要强制修改 secret。
  4. 基于第 2 点和第 3 点,一般建议不同用户取不同 secret。

6. 手撕若依源码

打开TokenService,这是负责token验证的一个类。

6.1 属性讲解

若依微服务版本中哪里使用到了刷新redis缓存10分钟 若依session_用户信息_02

首先是我们之前讲过的header,生成signature的secret以及payload中包含的过期时间,可以看到这边是从配置文件读的,我们打开application.yml就可以看到配置

若依微服务版本中哪里使用到了刷新redis缓存10分钟 若依session_服务端_03

6.2 生成 & 获取token

我们先从这两个方法开始

若依微服务版本中哪里使用到了刷新redis缓存10分钟 若依session_客户端_04


它是调用Jwts的方法,传入Claims,设置编码方式以及secret,从而生成token令牌;

若依微服务版本中哪里使用到了刷新redis缓存10分钟 若依session_用户信息_05

这里我们获取token的值,注意这里的header不是指的是request里的全部header,而是前面6.1里写的那个配置文件里的token!也就是读的是header里key为如果token不为空并且token是以onstants.TOKEN_PREFIX)开头的,我们就将token的前缀删掉,然后返回。

我们打开这个TOKEN_PREFIX,发现它是自定义常量类中的一个常量。

若依微服务版本中哪里使用到了刷新redis缓存10分钟 若依session_服务端_06


并且还有其他三个常量,一会儿都会用得到。我们接着打开前端,查一下这个Bearer,成功找到了它使用的位置,也就是前端每次传递Authorization的时候,都会用这个前缀和getToken的结果进行拼接,方便与后端进行验证。

若依微服务版本中哪里使用到了刷新redis缓存10分钟 若依session_客户端_07

6.3 获取用户身份信息 & 生成令牌

接着我们回到第一个方法

若依微服务版本中哪里使用到了刷新redis缓存10分钟 若依session_JWT_08


调用刚刚的getToken方法并进行判空后,通过parseToken()从token中获取数据

若依微服务版本中哪里使用到了刷新redis缓存10分钟 若依session_服务端_09


这个是Jwts里面的方法,将secret以及token传入jwts解析器,获得token的body信息,是一个Claims类,看源码,可以理解为一个JSON。

若依微服务版本中哪里使用到了刷新redis缓存10分钟 若依session_客户端_10

这里作者读取了用户对应的权限以及用户信息,因为Claims的Value是Object类型,要强转成String。

获取到UUID以后,在前面拼接login_tokens得到redis登录用户的key,然后去redis缓存中找到用户。

6.4 刷新令牌有效期

当我们有用户用账号密码登录时,我们需要刷新他的令牌有效期。

若依微服务版本中哪里使用到了刷新redis缓存10分钟 若依session_用户信息_11

我们能看到这个方法里重置了这个用户的登陆时间以及过期时间,并将用户的key缓存到Redis中。

7. JWT过滤器

上一篇博客提过一个token认证过滤器JwtAuthenticationTokenFilter,它的父类OncePerRequestFilter代表只会过滤一次。

若依微服务版本中哪里使用到了刷新redis缓存10分钟 若依session_服务端_12

首先通过request拿到token去Redis里找到缓存用户,方法是6里面讲过的。如果找到了用户并且用户权限不为空,去校验一下时间,如果时间相差不足20分钟,自动刷新缓存,保证令牌有效性。通过用户以及用户的权限去实例化账号密码权限Token,将request里的信息放入这个Token。最后将信息放入上下文里。