JWT之token生成和解析鉴权验证[C++]

实现Token的方式有很多，本篇介绍的是利用Json Web Token(JWT)生成的Token.JWT生成的Token有什么好处呢？

安全性比较高，加上密匙加密而且支持多种算法。
携带的信息是自定义的，而且可以做到验证token是否过期。
验证信息可以由前端保存，后端不需要为保存token消耗内存。

1.JWT构成

第一部分我们称它为头部（header),第二部分我们称其为载荷（payload)，第三部分是签证（signature).网上也有很多其他资料关于header 、payload的格式，其中要知道：

header，头部信息主要包括（参数的类型--JWT,签名的算法--HS256、HS512等等）
poyload，负荷基本就是自己想要存放的信息(因为信息会暴露，不应该在载荷里面加入任何敏感的数据)
sign，签名的作用就是为了防止恶意篡改数据.

最终的token : xxxxxx.yyyyyyyy.zzzzzz

2.服务器端进行鉴权

（1）客户端连接服务端时，携带的鉴权token 比如：（以下的所有源码中需要用到的token信息都是如下token）

eyJhbGciOiJIUzUxMiJ9.eyJzdWIiOiJRTVVMVVhBQSIsInNjb3BlIjpbIlJPTEVfQ0xJRU5U
Il0sImlzcyI6Imh0dHA6Ly9za3lsaWdodC5jb20uaGsiLCJpZCI6ImZmNTdjOWUzLWI4YTItNGVkYi05
MDUzLTc1MzMxZTg4ZjQ4YSIsImV4cCI6MTU1MzA1MTI5NSwiaWF0IjoxNTUzMDQ3Njk1fQ.Em8HJJM2vCK2bqYD5qw-Czxz__hYuOw-DiDHYZPxmzH5clYIAFJ9WUgciihdbps8Fmm88gspYFoHqYRz8X5BfA

我们可以拿到base64后的head：eyJhbGciOiJIUzUxMiJ9

base64后的payload：

eyJzdWIiOiJRTVVMVVhBQSIsInNjb3BlIjpbIlJPTEVfQ0xJRU5UIl0sImlzcyI6Imh0dHA6Ly9za3lsaWdodC5jb20uaGsiLCJpZCI6ImZmNTdjOWUzLWI4YTItNGVkYi05MDUzLTc1MzMxZTg4ZjQ4YSIsImV4cCI6MTU1MzA1MTI5NSwiaWF0IjoxNTUzMDQ3Njk1fQ

以及sign：

Em8HJJM2vCK2bqYD5qw-Czxz__hYuOw-DiDHYZPxmzH5clYIAFJ9WUgciihdbps8Fmm88gspYFoHqYRz8X5BfA

鉴权是如何通过的呢？或者说，我们认为服务端如何判断客户端鉴权通过与否呢？

在生成token时：

jwt的第三部分是一个签证信息，这个签证信息由三部分组成：

header (base64后的)
payload (base64后的)
secret

这个部分需要base64加密后的header和base64加密后的payload使用.连接组成的字符串，然后通过header中声明的加密方式进行secret（密钥）组合加密，然后就构成了JWT的第三部分。

// javascript 以HMACSHA256算法为例
var encodedString = base64UrlEncode(header) + '.' + base64UrlEncode(payload);

var signature = HMACSHA256(encodedString, 'secret');

（2）服务端鉴权

可以对header进行base64解码，得到具体的算法，代码如下：

Base64解码函数：

/*
Base64解码
*/
static const std::string base64_chars =
"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
"0123456789+/";

static inline bool is_base64(unsigned char c) 
{
	return (isalnum(c) || (c == '+') || (c == '/'));
}
std::string Base64Decode(std::string const& encoded_string) 
{
	int in_len = encoded_string.size();
	int i = 0;
	int j = 0;
	int in_ = 0;
	unsigned char char_array_4[4], char_array_3[3];
	std::string ret;

	while (in_len-- && (encoded_string[in_] != '=') && is_base64(encoded_string[in_]))
      {
		char_array_4[i++] = encoded_string[in_]; in_++;
		if (i == 4)
               {
			for (i = 0; i < 4; i++)
				char_array_4[i] = base64_chars.find(char_array_4[i]);

			char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4);
			char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0xf) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2);
			char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x3) << 6) + char_array_4[3];

			for (i = 0; (i < 3); i++)
				ret += char_array_3[i];
			i = 0;
		}
	}

	if (i) 
        {
		for (j = i; j < 4; j++)
			char_array_4[j] = 0;

		for (j = 0; j < 4; j++)
			char_array_4[j] = base64_chars.find(char_array_4[j]);

		char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4);
		char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0xf) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2);
		char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x3) << 6) + char_array_4[3];

		for (j = 0; (j < i - 1); j++) ret += char_array_3[j];
	}

	return ret;
}

当我们将头（eyJhbGciOiJIUzUxMiJ9）解析出来，信息如下，因此就可以知道是用什么算法加密；

int main(int argc, char argv[])
{

	std::string headerstr = Base64Decode("eyJhbGciOiJIUzUxMiJ9");
	printf("header:%s\n", headerstr.c_str());

	/*
	header:{"alg":"HS512"}
	
	*/

	return 0;
}

此时，我们做这样的操作：

encode = Base64Encode(header) + '.' +Base64Encode(payload)，即是token中的xxxx.yyyyy部分，因此对于服务端无需再做Base64操作。

在进行具体的sign过程，先要知道Base64Encode实现过程，接下来会用到：

std::string Base64Encode(unsigned char const* bytes_to_encode, unsigned int in_len) 
{
	std::string ret;
	int i = 0;
	int j = 0;
	unsigned char char_array_3[3];
	unsigned char char_array_4[4];

	while (in_len--)
      {
		char_array_3[i++] = *(bytes_to_encode++);
		if (i == 3) 
                {
			char_array_4[0] = (char_array_3[0] & 0xfc) >> 2;
			char_array_4[1] = ((char_array_3[0] & 0x03) << 4) + ((char_array_3[1] & 0xf0) >> 4);
			char_array_4[2] = ((char_array_3[1] & 0x0f) << 2) + ((char_array_3[2] & 0xc0) >> 6);
			char_array_4[3] = char_array_3[2] & 0x3f;

			for (i = 0; (i < 4); i++)
				ret += base64_chars[char_array_4[i]];
			i = 0;
		}
	}

	if (i)
	{
		for (j = i; j < 3; j++)
			char_array_3[j] = '\0';

		char_array_4[0] = (char_array_3[0] & 0xfc) >> 2;
		char_array_4[1] = ((char_array_3[0] & 0x03) << 4) + ((char_array_3[1] & 0xf0) >> 4);
		char_array_4[2] = ((char_array_3[1] & 0x0f) << 2) + ((char_array_3[2] & 0xc0) >> 6);
		char_array_4[3] = char_array_3[2] & 0x3f;

		for (j = 0; (j < i + 1); j++)
			ret += base64_chars[char_array_4[j]];

		while ((i++ < 3))
			ret += '=';

	}

	return ret;

}

接下来，使用HMAC512加密，密钥我们认为服务端已经获取,权限验证过程如下：

#include <string>
#include <stdint.h>
#include "openssl/hmac.h"
#include "openssl/evp.h"     //使用openssl
#include<algorithm>
#include<string>
#include<iostream>

int main(int argc, char argv[])
{

        //注意密钥
	const char * key = "ee394b990568d08a";

	const  char  str[] = "eyJhbGciOiJIUzUxMiJ9.eyJzdWIiOiJRTVVMVVhBQSIsInNjb3BlIjpbIlJPTEVfQ0xJRU5UIl0sImlzcyI6Imh0dHA6Ly9za3lsaWdodC5jb20uaGsiLCJpZCI6ImZmNTdjOWUzLWI4YTItNGVkYi05MDUzLTc1MzMxZTg4ZjQ4YSIsImV4cCI6MTU1MzA1MTI5NSwiaWF0IjoxNTUzMDQ3Njk1fQ";
        
	HMAC_CTX       mdctx;

	const EVP_MD * evpmd = NULL;

	evpmd = EVP_sha512();     //算法

	HMAC_CTX_init(&mdctx);

	HMAC_Init_ex(&mdctx, key, strlen(key), evpmd, NULL);

        unsigned char * outdate = (unsigned char*)malloc(EVP_MAX_MD_SIZE);

	unsigned int   size = 0;

	HMAC_Update(&mdctx, (const unsigned char *)str, strlen(str));

	HMAC_Final(&mdctx, outdate, &size);

	HMAC_CTX_cleanup(&mdctx);

	for (int i = 0; i < size; i++)
	{
	    printf("%x", (unsigned int)outdate[i]);
	}
	printf("\n");

        //注意：此时得到的outdate并非是token中的sign，还需要继续处理，如下：

	std::string encode = Base64Encode(outdate, size);   //使用Base64Encode

	printf("encode:%s\n", encode.c_str());

	std::string signature = encode;

        //思考：为什么接下来要对符号处理？？这操作不能缺少！！
//
	replace(signature.begin(), signature.end(), '+', '-');
	replace(signature.begin(), signature.end(), '/', '_');

	std::string::iterator iter;
	for (iter = signature.begin(); iter != signature.end(); iter++)
	if (*iter == '=')
	{
		signature.erase(iter);
		iter--;
	}
///
	printf("signature:%s\n", signature.c_str());

	int lsuccess = 0;
	lsuccess = strncmp("Em8HJJM2vCK2bqYD5qw-Czxz__hYuOw-DiDHYZPxmzH5clYIAFJ9WUgciihdbps8Fmm88gspYFoHqYRz8X5BfA", signature.c_str(), signature.size());
       //字符串比较相等，鉴权也就通过了，签名OK

	printf("lsuccess:%d\n", lsuccess);

	return 0;
}

注：以上的Base64Encode，Base64Decode,都是经过验证，方法可以正常使用，如有需要自己保留，如有问题欢迎留言指导，谢谢！[欢迎添加微信公总号：yansuirengui ]

JWT之token生成和解析鉴权验证[C++]

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