肝！一文讲解JWT用户认证全过程
什么是JWT（what）
JWT(JSON Web Token)是一個開放標準(RFC 7519)，它定義了一種緊湊且自包含的方式，以JSON對象的形式在各方之間安全地傳輸信息。
JWT是一個數字簽名，生成的信息是可以驗證并被信任的。
使用密鑰(使用HMAC算法)或使用RSA或ECDSA的公鑰/私鑰對JWT進行簽名。
JWT是目前最流行的跨域認證解決方案
JWT令牌結構
SON Web令牌以緊湊的形式由三部分組成，這些部分由點（.）分隔，分別是：
Header
Payload
Signature
即為：xxxx.yyyy.zzzz
Header
Header通常由兩部分組成：令牌的類型（即JWT）和所使用的簽名算法(例如HMAC SHA256或RSA)。例如：
{"alg": "HS256","typ": "JWT" }Header會被Base64Url編碼為JWT的第一部分。即為：
Payload
Payload是有關實體（通常是用戶）和其他數據的聲明，它包含三部分：
注冊聲明
這些是一組預定義的權利要求，不是強制性的，而是建議使用的，以提供一組有用的可互操作的權利要求。其中一些是：iss（JWT的簽發者）， exp（expires,到期時間）， sub（主題）， aud（JWT接收者），iat(issued at，簽發時間)等。
注意：聲明名稱都是三個字符
公開聲明
公共的聲明可以添加任何的信息，一般添加用戶的相關信息或其他業務需要的必要信息.但不建議添加敏感信息，因為該部分在客戶端可解密。
私有聲明
私有聲明是提供者和消費者所共同定義的聲明，一般不建議存放敏感信息，因為base64是對稱解密的，意味著該部分信息可以歸類為明文信息。
例子：
{ "iat": 1593955943, "exp": 1593955973, "uid": 10, "username": "test", "scopes": [ "admin", "user" ] }Payload會被Base64Url編碼為JWT的第二部分。即為：
$ echo -n '{"iat":1593955943,"exp":1593955973,"uid":10,"username":"test","scopes":["admin","user"]}'|base64 eyJ1c2VybmFtZSI6InRlc3QiLCJpYXQiOjE1OTM5NTU5NDMsInVpZCI6MTAsImV4cCI6MTU5Mzk1NTk3Mywic2NvcGVzIjpbImFkbWluIiwidXNlciJdfQ注意：對于已簽名的令牌，此信息盡管可以防止篡改，但任何人都可以讀取。除非將其加密，否則請勿將機密信息放入JWT的有效負載或報頭元素中。
Signature
Signature部分的生成需要base64編碼之后的Header,base64編碼之后的Payload,密鑰（secret）,Header需要指定簽字的算法。
例如，如果要使用HMAC SHA256算法，則將通過以下方式創建簽名：
HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." +base64UrlEncode(payload),secret)整合在一起
輸出是三個由點分隔的Base64-URL字符串，可以在HTML和HTTP環境中輕松傳遞這些字符串，與基于XML的標準（例如SAML）相比，它更緊湊。
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6InRlc3QiLCJpYXQiOjE1OTM5NTU5NDMsInVpZCI6MTAsImV4cCI6MTU5Mzk1NTk3Mywic2NvcGVzIjpbImFkbWluIiwidXNlciJdfQ.VHpxmxKVKpsn2Iytqc_6Z1U1NtiX3EgVki4PmA-J3PgJWT是無狀態授權機制，服務器的受保護路由將Header中檢查有效的token,如果存在，則將允許用戶訪問受保護的資源。如果JWT包含必要的數據，則可以減少查詢數據庫中某些操作的需求。
什么時候使用JWT(when)
授權：一旦用戶登錄，每個后續請求將包括JWT，從而允許用戶訪問該令牌允許的路由，服務和資源。單一登錄是當今廣泛使用JWT的一項功能，因為它的開銷很小并且可以在不同的域中輕松使用。這也是JWT最常見的方案。
信息交換：JSON Web令牌是各方之間安全地傳輸信息的好辦法。對JWT進行簽名，所以您可以確保發件人是他們所說的人。由于，簽名可以設置有效時長，可以驗證內容是否遭到篡改。
如何使用JWT(how)
JWT工作流程
根據下面的這張流程圖來分析一下JWT的工作過程
1 用戶登錄：提供用戶名和密碼；
2 JWT生成token和refreshtoken，返回客戶端；（注意：refreshtoken的過期時間長于token的過期時間）
3 客戶端保存token和refresh_token,并攜帶token,請求服務端資源；
4 服務端判斷token是否過期，若沒有過期，則解析token獲取認證相關信息，認證通過后，將服務器資源返回給客戶端；
5 服務端判斷token是否過期，若token已過期，返回token過期提示；
6 客戶端獲取token過期提示后，用refresh_token接著繼續上一次請求；
7 服務端判斷refreshtoken是否過期，若沒有過期，則生成新的token和refreshtoken，并返回給客戶端,客戶端丟棄舊的token,保存新的token；
8 服務端判斷refreshtoken是否過期,若refreshtoken已過期,則返回給客戶端token過期，需要重新登錄的提示。
python+flask+JWT實戰
import timefrom functools import wraps from flask import Flask, request, jsonify import jwt from jwt import ExpiredSignatureErrorapp = Flask(__name__)max_time = 60 refresh_max_time = 120 token_secret = "This is a secret"def verify_token(func):@wraps(func)def decorator(*args, **kwargs):try:token = request.headers["token"]print(token)data = jwt.decode(token, token_secret, algorithms=['HS256'])now = int(time.time())time_interval = now - data['time']if time_interval >= max_time:# create new tokentoken, refresh_token = creat_token()return jsonify({"token": token, "refresh_token": refresh_token})except ExpiredSignatureError:return "Token expired"except Exception as ex:print(ex)return "Log in again"return func(*args, **kwargs)return decoratordef creat_token(uid):now = int(time.time())payload = {'uid': uid, 'time': now, 'exp': now + max_time}refresh_payload = {'uid': uid, 'time': now, 'exp': now + refresh_max_time}token = jwt.encode(payload, token_secret, algorithm='HS256')refresh_token = jwt.encode(refresh_payload, token_secret, algorithm='HS256')return token, refresh_token@app.route('/login', methods=["POST"]) def login():user_name = request.values.get('user_name')password = request.values.get('password')# @TODO 根據user_name和password 獲取唯一的uiduid = 10token, refresh_token = creat_token(uid=uid)return jsonify({"token": token, "refresh_token": refresh_token})@app.route('/test', methods=['GET']) @verify_token def test():return 'hello world'if __name__ == "__main__":app.run(host="0.0.0.0", port=5000)第三方庫-itsdangerous
isdangerous簡介
itsdangerous支持JSON Web 簽名 (JWS)，內部默認使用了HMAC和SHA1來簽名，其中類 JSONWebSignatureSerializer內部與JWT一致,也分成三部分（header,payload,signature）,查看源碼可知：
def dumps(self, obj, salt=None, header_fields=None):"""Like :meth:`.Serializer.dumps` but creates a JSON WebSignature. It also allows for specifying additional fields to beincluded in the JWS header."""header = self.make_header(header_fields)signer = self.make_signer(salt, self.algorithm)return signer.sign(self.dump_payload(header, obj)) def dump_payload(self, header, obj):base64d_header = base64_encode(self.serializer.dumps(header, **self.serializer_kwargs))base64d_payload = base64_encode(self.serializer.dumps(obj, **self.serializer_kwargs))return base64d_header + b"." + base64d_payloadobj保存用戶相關信息，類似JWT中的payload
base64url對obj和header進行編碼之后，使用?.拼接
將拼接之后的數據，作為signer的輸入以及初始化?__init__中用戶定義的secret來生成新的token
感興趣的朋友可以直接參看github源碼,這里不再展開贅述。
python+flask+isdangerous實戰
import?timefrom functools import wraps from flask import Flask, request, jsonify from itsdangerous import TimedJSONWebSignatureSerializer as Serializer, SignatureExpiredapp = Flask(__name__)max_time = 60 refresh_max_time = 120 token_secret = "This is a secret"def verify_token(func):@wraps(func)def decorator(*args, **kwargs):try:token = request.headers["token"]print(token)s = Serializer(token_secret)data = s.loads(token)now = int(time.time())time_interval = now - data['time']if time_interval >= max_time:# create new tokentoken, refresh_token = creat_token()return jsonify({"token": token, "refresh_token": refresh_token})except SignatureExpired:return "Token expired"except Exception as ex:print(ex)return "Log in again"return func(*args, **kwargs)return decoratordef creat_token(uid):now = int(time.time())s = Serializer(token_secret, expires_in=max_time)token = s.dumps({"uid": uid, "time": now}).decode("ascii")refresh_s = Serializer(token_secret, expires_in=refresh_max_time)refresh_token = refresh_s.dumps({"uid": uid, "time": now}).decode("ascii")return token, refresh_token@app.route('/token', methods=["POST"]) def token():user_name = request.values.get('user_name')password = request.values.get('password')# @TODO 根據user_name和password 獲取唯一的uiduid = 10token, refresh_token = creat_token(uid=uid)return jsonify({"token": token, "refresh_token": refresh_token})@app.route('/test', methods=['GET']) @verify_token def test():return 'hello world'if __name__ == "__main__":app.run(host="0.0.0.0")TimedJSONWebSignatureSerializer相比 JSONWebSignatureSerializer在header中贈加了過期時間，如果過期會拋出 SignatureExpired異常。
問題
用戶登出，如何設置token無效？
JWT是無狀態的，用戶登出設置token無效就已經違背了JWT的設計原則，但是在實際應用場景中，這種功能是需要的，那該如何實現呢？提供幾種思路：
用戶登出，瀏覽器端丟棄token
使用redis數據庫，用戶登出，從redis中刪除對應的token,請求訪問時，需要從redis庫中取出對應的token,若沒有，則表明已經登出
使用redis,兩個不同的設備，一個設備登出，另外一個設備如何處理？
請思考這樣一種場景：
同一個用戶從兩個設備登陸到服務端（設備1，設備2）；
設備1登出，刪除redis中的對應的token
設備2再次請求數據時，redis中的數據為空，需要重新登錄。
很明顯，這種情況是不應該出現的，說一下自己的想法：
每一個設備與用戶生成唯一的key,保存在redis中，即設備1的用戶登出，只刪除對應的token，設備2的token仍然存在
服務器端維護一個版本號，相同用戶不同設備登入，版本號加1，這樣保持key的唯一性（和上面差不多）
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- End -
最后說一個題外話，相信大家有不少人開通了視頻號。小詹也開通了一個視頻號，會分享互聯網那些事、讀書心得與副業經驗，歡迎各位掃描下方二維碼關注。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的肝！一文讲解JWT用户认证全过程的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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