站長資訊網本篇文章帶大家聊聊關于后端JWT鑒權的相關原理和如何在Node中去使用，希望對大家有所幫助，謝謝。
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一、為什么使用JWT
一種技術的出現，就是彌補另一種技術的的缺陷。在JWT出現之前，Session 認證機制需要配合 Cookie 才能實現。由于 Cookie 默認不支持跨域訪問，所以，當涉及到前端跨域請求后端接口的時候，需要做很多額外的配置，才能實現跨域 Session 認證。
注意：
- 當前端請求后端接口不存在跨域問題的時候，推薦使用 Session 身份認證機制。
- 當前端需要跨域請求后端接口的時候，不推薦使用 Session 身份認證機制，推薦使用 JWT 認證機制。
二、JWT是什么
JWT（英文全稱：JSON Web Token）是目前最流行的跨域認證解決方案。本質就是一個字符串書寫規范，如下圖，作用是用來在用戶和服務器之間傳遞安全可靠的信息
在目前前后端分離的開發過程中，使用token鑒權機制用于身份驗證是最常見的方案，流程如下：
- 服務器當驗證用戶賬號和密碼正確的時候，給用戶頒發一個令牌，這個令牌作為后續用戶訪問一些接口的憑證
- 后續訪問會根據這個令牌判斷用戶是否有權限進行訪問
三、JWT工作原理
總結：用戶的信息通過 Token 字符串的形式，保存在客戶端瀏覽器中。服務器通過還原 Token 字符串的形式來認證用戶的身份。
四、token的組成部分
Token，分成了三部分，頭部（Header）、載荷（Payload）、簽名（Signature），并以.進行拼接。其中頭部和載荷都是以JSON格式存放數據，只是進行了編碼。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 是手動添加的頭部信息，必須攜帶此信息才能解析token ！
五、token的三個部分的含義
1. header
每個JWT都會帶有頭部信息，這里主要聲明使用的算法。聲明算法的字段名為alg，同時還有一個typ的字段，默認JWT即可。以下示例中算法為HS256：
{ "alg": "HS256", "typ": "JWT" }
因為JWT是字符串，所以我們還需要對以上內容進行Base64編碼，編碼后字符串如下：
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
2. payload
載荷即消息體，這里會存放實際的內容，也就是Token的數據聲明，例如用戶的id和name，默認情況下也會攜帶令牌的簽發時間iat，通過還可以設置過期時間，如下：
{ "sub": "1234567890", "name": "CoderBin", "iat": 1516239022 }
同樣進行Base64編碼后，字符串如下：
eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ
3. Signature
簽名是對頭部和載荷內容進行簽名，一般情況，設置一個secretKey，對前兩個的結果進行HMACSHA25算法，公式如下：
Signature = HMACSHA256(base64Url(header)+.+base64Url(payload),secretKey)
一旦前面兩部分數據被篡改，只要服務器加密用的密鑰沒有泄露，得到的簽名肯定和之前的簽名不一致
六、JWT使用方式
客戶端收到服務器返回的 JWT 之后，通常會將它儲存在 localStorage 或 sessionStorage 中。
此后，客戶端每次與服務器通信，都要帶上這個 JWT 的字符串，從而進行身份認證。推薦的做法是把 JWT 放在 HTTP 請求頭的 Authorization 字段中，格式如下：
Authorization: Bearer <token>
七、JWT實現
Token 的使用分成了兩部分：
- 生成token：登錄成功的時候，頒發token
- 驗證token：訪問某些資源或者接口時，驗證token
接下來就在 node+express 環境下帶大家實現jwt鑒權，最后有完整代碼加注釋，可以直接看最后的代碼
1. 安裝 JWT 相關的包
運行如下命令，安裝如下兩個 JWT 相關的包：
npm i jsonwebtoken express-jwt
其中：
jsonwebtoken用于生成 JWT 字符串express-jwt用于驗證token，將 JWT 字符串解析還原成 JSON 對象
2. 導入 JWT 相關的包
在app.js中
// 導入用于生成 JWT 字符串的包 const jwt = require('jsonwebtoken') // 導入用戶將客戶端發送過來的 JWT 字符串，解析還原成 JSON 對象的包 const expressJWT = require('express-jwt')
3. 定義 secret 密鑰 *
為了保證 JWT 字符串的安全性，防止 JWT 字符串在網絡傳輸過程中被別人破解，我們需要專門定義一個用于加密和解密的 secret 密鑰：
-
當生成 JWT 字符串的時候，需要使用 secret 密鑰對用戶的信息進行加密，最終得到加密好的 JWT 字符串
-
當把 JWT 字符串解析還原成 JSON 對象的時候，需要使用 secret 密鑰進行解密
// 這個 secretKey 的是可以是任意的字符串 const secretKey = 'CoderBin ^_^'
4. 在登錄成功后生成 JWT 字符串 *
調用 jsonwebtoken 包提供的 sign() 方法，將用戶的信息加密成 JWT 字符串，響應給客戶端：
- 參數 1：用戶的信息對象
- 參數 2：解密的秘鑰
- 參數 3：配置對象，可以配置 token 的有效期
注意：千萬不要把密碼加密到 token 字符串中！
// 登錄接口 app.post('/api/login', function (req, res) { // 將 req.body 請求體中的數據，轉存為 userinfo 常量 const userinfo = req.body // 省略登錄失敗情況下的代碼... // 登錄成功 // 在登錄成功之后，調用 jwt.sign() 方法生成 JWT 字符串。并通過 token 屬性發送給客戶端 const tokenStr = jwt.sign( { username: userinfo.username }, secretKey, { expiresIn: '30s' } ) // 向客戶端響應成功的消息 res.send({ status: 200, message: '登錄成功！', token: tokenStr // 要發送給客戶端的 token 字符串 }) })
5. 將 JWT 字符串還原為 JSON 對象 *
客戶端每次在訪問那些有權限接口的時候，都需要主動通過請求頭中的 Authorization 字段，將 Token 字符串發送到服務器進行身份認證。
此時，服務器可以通過 express-jwt 這個中間件，自動將客戶端發送過來的 Token 解析還原成 JSON 對象：
express.JWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] })就是用來解析 Token 的中間件- express-jwt 模塊，現在默認為 6版本以上，必須加上：
algorithms: ['HS256']
注意：只要配置成功了 express-jwt 這個中間件，就會自動把解析出來的用戶信息，掛載到 req.user 屬性上
// 1. 使用 app.use() 來注冊中間件 app.use(expressJWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }).unless({ path: [/^/api//] }))
注意：
- secret 必須和 sign 時候保持一致
- 可以通過 unless 配置接口白名單，也就是哪些 URL 可以不用經過校驗，像登陸/注冊都可以不用校驗
- 校驗的中間件需要放在需要校驗的路由前面，無法對前面的 URL 進行校驗
6. 使用 req.user 獲取用戶信息
當 express-jwt 這個中間件配置成功之后，即可在那些有權限的接口中，使用 req.user 對象，來訪問從 JWT 字符串中解析出來的用戶信息了，示例代碼如下：
// 這是一個有權限的 API 接口，必須在 Header 中攜帶 Authorization 字段，值為 token，才允許訪問 app.get('/admin/getinfo', function (req, res) { // TODO_05：使用 req.user 獲取用戶信息，并使用 data 屬性將用戶信息發送給客戶端 console.log(req.user); res.send({ status: 200, message: '獲取用戶信息成功！', data: req.user // 要發送給客戶端的用戶信息 }) })
7. 捕獲解析 JWT 失敗后產生的錯誤
當使用 express-jwt 解析 Token 字符串時，如果客戶端發送過來的 Token 字符串過期或不合法，會產生一個解析失敗的錯誤，影響項目的正常運行。我們可以通過 Express 的錯誤中間件，捕獲這個錯誤并進行相關的處理，示例代碼如下:
app.use((err, req, res, next) => { // 這次錯誤是由 token 解析失敗導致的 if (err.name === 'UnauthorizedError') { return res.send({ status: 401, message: '無效的token' }) } res.send({ status: 500, message: '未知的錯誤' }) })
8. 完整代碼
app.js
// 導入 express 模塊 const express = require('express') // 創建 express 的服務器實例 const app = express() // TODO_01：安裝并導入 JWT 相關的兩個包，分別是 jsonwebtoken 和 express-jwt const jwt = require('jsonwebtoken') const expressJWT = require('express-jwt') // 允許跨域資源共享 const cors = require('cors') app.use(cors()) // 解析 post 表單數據的中間件 const bodyParser = require('body-parser') // 這里用內置的中間件也行： app.use(express.urlencoded({ extended: false })) app.use(bodyParser.urlencoded({ extended: false })) // TODO_02：定義 secret 密鑰，建議將密鑰命名為 secretKey // 這個 secretKey 的是可以是任意的字符串 const secretKey = 'smiling ^_^' // TODO_04：注冊將 JWT 字符串解析還原成 JSON 對象的中間件 // 1. 使用 app.use() 來注冊中間件 // 2. express.JWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }) 就是用來解析 Token 的中間件 // 2.1 express-jwt 模塊，現在默認為 6版本以上，必須加上： algorithms: ['HS256'] // 3. .unless({ path: [/^/api//] }) 用來指定哪些接口不需要訪問權限 // 4. 注意：只要配置成功了 express-jwt 這個中間件，就會自動把解析出來的用戶信息，掛載到 req.user 屬性上 app.use(expressJWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }).unless({ path: [/^/api//] })) // 登錄接口 app.post('/api/login', function (req, res) { // 將 req.body 請求體中的數據，轉存為 userinfo 常量 const userinfo = req.body // 登錄失敗 if (userinfo.username !== 'admin' || userinfo.password !== '000000') { return res.send({ status: 400, message: '登錄失敗！' }) } // 登錄成功 // TODO_03：在登錄成功之后，調用 jwt.sign() 方法生成 JWT 字符串。并通過 token 屬性發送給客戶端 // 參數 1：用戶的信息對象 // 參數 2：解密的秘鑰 // 參數 3：配置對象，可以配置 token 的有效期 // 記住：千萬不要把密碼加密到 token 字符串中！ const tokenStr = jwt.sign({ username: userinfo.username }, secretKey, { expiresIn: '30s' }) res.send({ status: 200, message: '登錄成功！', token: tokenStr // 要發送給客戶端的 token 字符串 }) }) // 這是一個有權限的 API 接口，必須在 Header 中攜帶 Authorization 字段，值為 token，才允許訪問 app.get('/admin/getinfo', function (req, res) { // TODO_05：使用 req.user 獲取用戶信息，并使用 data 屬性將用戶信息發送給客戶端 console.log(req.user); res.send({ status: 200, message: '獲取用戶信息成功！', data: req.user // 要發送給客戶端的用戶信息 }) }) // TODO_06：使用全局錯誤處理中間件，捕獲解析 JWT 失敗后產生的錯誤 app.use((err, req, res, next) => { // 這次錯誤是由 token 解析失敗導致的 if (err.name === 'UnauthorizedError') { return res.send({ status: 401, message: '無效的token' }) } res.send({ status: 500, message: '未知的錯誤' }) }) // 調用 app.listen 方法，指定端口號并啟動web服務器 app.listen(8888, function () { console.log('Express server running at http://127.0.0.1:8888') })
八. 測試結果
1 測試登錄接口
借助 postman 工具測試接口
2. 測試登錄需要權限的接口-失敗
3. 測試登錄需要權限的接口-成功
九、最后總結
JWT鑒權機制有許多優點：
- json具有通用性，所以可以跨語言
- 組成簡單，字節占用小，便于傳輸
- 服務端無需保存會話信息，很容易進行水平擴展
- 一處生成，多處使用，可以在分布式系統中，解決單點登錄問題
- 可防護CSRF攻擊
當然，不可避免的也有一些缺點：
- payload部分僅僅是進行簡單編碼，所以只能用于存儲邏輯必需的非敏感信息
- 需要保護好加密密鑰，一旦泄露后果不堪設想
- 為避免token被劫持，最好使用https協議
本次的淺析JWT鑒權機制就講到這里，希望對大家有所幫助，謝謝！
