1. 前言
Json Web Token （JWT） 近几年是前后端分离常用的 Token 技术，是目前最流行的跨域身份验证解决方案。你可以通过文章 一文了解web无状态会话token技术JWT 来了解 JWT。今天我们来手写一个通用的 JWT 服务。DEMO 获取方式在文末，实现在 jwt 相关包下
2. spring-security-jwt
spring-security-jwt 是 Spring Security Crypto 提供的 JWT 工具包 。
<dependency>
<groupId>org.springframework.security</groupId>
<artifactId>spring-security-jwt</artifactId>
<version>${spring-security-jwt.version}</version>
</dependency> 复制代码核心类只有一个: org.springframework.security.jwt.JwtHelper 。它提供了两个非常有用的静态方法。
3. JWT 编码
JwtHelper 提供的第一个静态方法就是 encode(CharSequence content, Signer signer) 这个是用来生成jwt的方法 需要指定 payload 跟 signer 签名算法。payload 存放了一些可用的不敏感信息：
issjwt签发者subjwt所面向的用户aud接收jwt的一方iatjwt的签发时间expjwt的过期时间，这个过期时间必须要大于签发时间iatjtijwt的唯一身份标识，主要用来作为一次性token,从而回避重放攻击
除了以上提供的基本信息外，我们可以定义一些我们需要传递的信息，比如目标用户的权限集 等等。切记不要传递密码等敏感信息 ，因为 JWT 的前两段都是用了 BASE64 编码，几乎算是明文了。
3.1 构建 JWT 中的 payload
我们先来构建 payload :
/**
* 构建 jwt payload
*
* @author Felordcn
* @since 11:27 2019/10/25
**/
public class JwtPayloadBuilder {
private Map<String, String> payload = new HashMap<>();
/**
* 附加的属性
*/
private Map<String, String> additional;
/**
* jwt签发者
**/
private String iss;
/**
* jwt所面向的用户
**/
private String sub;
/**
* 接收jwt的一方
**/
private String aud;
/**
* jwt的过期时间，这个过期时间必须要大于签发时间
**/
private LocalDateTime exp;
/**
* jwt的签发时间
**/
private LocalDateTime iat = LocalDateTime.now();
/**
* 权限集
*/
private Set<String> roles = new HashSet<>();
/**
* jwt的唯一身份标识，主要用来作为一次性token,从而回避重放攻击
**/
private String jti = IdUtil.simpleUUID();
public JwtPayloadBuilder iss(String iss) {
this.iss = iss;
return this;
}
public JwtPayloadBuilder sub(String sub) {
this.sub = sub;
return this;
}
public JwtPayloadBuilder aud(String aud) {
this.aud = aud;
return this;
}
public JwtPayloadBuilder roles(Set<String> roles) {
this.roles = roles;
return this;
}
public JwtPayloadBuilder expDays(int days) {
Assert.isTrue(days > 0, "jwt expireDate must after now");
this.exp = this.iat.plusDays(days);
return this;
}
public JwtPayloadBuilder additional(Map<String, String> additional) {
this.additional = additional;
return this;
}
public String builder() {
payload.put("iss", this.iss);
payload.put("sub", this.sub);
payload.put("aud", this.aud);
payload.put("exp", this.exp.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
payload.put("iat", this.iat.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
payload.put("jti", this.jti);
if (!CollectionUtils.isEmpty(additional)) {
payload.putAll(additional);
}
payload.put("roles", JSONUtil.toJsonStr(this.roles));
return JSONUtil.toJsonStr(JSONUtil.parse(payload));
}
}复制代码通过建造类 JwtClaimsBuilder 我们可以很方便来构建 JWT 所需要的 payload json 字符串传递给 encode(CharSequence content, Signer signer) 中的 content 。
3.2 生成 RSA 密钥并进行签名
为了生成 JWT Token 我们还需要使用 RSA 算法来进行签名。 这里我们使用 JDK 提供的证书管理工具 Keytool 来生成 RSA 证书 ，格式为 jks 格式。
生成证书命令参考：
keytool -genkey -alias felordcn -keypass felordcn -keyalg RSA -storetype PKCS12 -keysize 1024 -validity 365 -keystore d:/keystores/felordcn.jks -storepass 123456 -dname "CN=(Felord), OU=(felordcn), O=(felordcn), L=(zz), ST=(hn), C=(cn)"
复制代码其中 -alias felordcn -storepass 123456 我们要作为配置使用要记下来。我们要使用下面定义的这个类来读取证书
package cn.felord.spring.security.jwt;
import org.springframework.core.io.ClassPathResource;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyStore;
import java.security.PublicKey;
import java.security.interfaces.RSAPrivateCrtKey;
import java.security.spec.RSAPublicKeySpec;
/**
* KeyPairFactory
*
* @author Felordcn
* @since 13:41 2019/10/25
**/
class KeyPairFactory {
private KeyStore store;
private final Object lock = new Object();
/**
* 获取公私钥.
*
* @param keyPath jks 文件在 resources 下的classpath
* @param keyAlias keytool 生成的 -alias 值 felordcn
* @param keyPass keytool 生成的 -keypass 值 felordcn
* @return the key pair 公私钥对
*/
KeyPair create(String keyPath, String keyAlias, String keyPass) {
ClassPathResource resource = new ClassPathResource(keyPath);
char[] pem = keyPass.toCharArray();
try {
synchronized (lock) {
if (store == null) {
synchronized (lock) {
store = KeyStore.getInstance("jks");
store.load(resource.getInputStream(), pem);
}
}
}
RSAPrivateCrtKey key = (RSAPrivateCrtKey) store.getKey(keyAlias, pem);
RSAPublicKeySpec spec = new RSAPublicKeySpec(key.getModulus(), key.getPublicExponent());
PublicKey publicKey = KeyFactory.getInstance("RSA").generatePublic(spec);
return new KeyPair(publicKey, key);
} catch (Exception e) {
throw new IllegalStateException("Cannot load keys from store: " + resource, e);
}
}
}复制代码获取了 KeyPair 就能获取公私钥 生成 Jwt 的两个要素就完成了。我们可以和之前定义的 JwtPayloadBuilder 一起封装出生成 Jwt Token 的方法：
private String jwtToken(String aud, int exp, Set<String> roles, Map<String, String> additional) {
String payload = jwtPayloadBuilder
.iss(jwtProperties.getIss())
.sub(jwtProperties.getSub())
.aud(aud)
.additional(additional)
.roles(roles)
.expDays(exp)
.builder();
RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
RsaSigner signer = new RsaSigner(privateKey);
return JwtHelper.encode(payload, signer).getEncoded();
}复制代码通常情况下 Jwt Token 都是成对出现的，一个为平常请求携带的 accessToken， 另一个只作为刷新 accessToken 之用的 refreshToken 。而且 refreshToken 的过期时间要相对长一些。当 accessToken 失效而refreshToken 有效时，我们可以通过 refreshToken 来获取新的 Jwt Token对 ；当两个都失效就用户就必须重新登录了。
生成 Jwt Token对 的方法如下：
public JwtTokenPair jwtTokenPair(String aud, Set<String> roles, Map<String, String> additional) {
String accessToken = jwtToken(aud, jwtProperties.getAccessExpDays(), roles, additional);
String refreshToken = jwtToken(aud, jwtProperties.getRefreshExpDays(), roles, additional);
JwtTokenPair jwtTokenPair = new JwtTokenPair();
jwtTokenPair.setAccessToken(accessToken);
jwtTokenPair.setRefreshToken(refreshToken);
// 放入缓存
jwtTokenStorage.put(jwtTokenPair, aud);
return jwtTokenPair;
}复制代码通常 Jwt Token对 会在返回给前台的同时放入缓存中。过期策略你可以选择分开处理，也可以选择以refreshToken 的过期时间为准。
4. JWT 解码以及验证
JwtHelper 提供的第二个静态方法是Jwt decodeAndVerify(String token, SignatureVerifier verifier) 用来 验证和解码 Jwt Token 。我们获取到请求中的token后会解析出用户的一些信息。通过这些信息去缓存中对应的token ，然后比对并验证是否有效（包括是否过期）。
/**
* 解码 并校验签名 过期不予解析
*
* @param jwtToken the jwt token
* @return the jwt claims
*/
public JSONObject decodeAndVerify(String jwtToken) {
Assert.hasText(jwtToken, "jwt token must not be bank");
RSAPublicKey rsaPublicKey = (RSAPublicKey) this.keyPair.getPublic();
SignatureVerifier rsaVerifier = new RsaVerifier(rsaPublicKey);
Jwt jwt = JwtHelper.decodeAndVerify(jwtToken, rsaVerifier);
String claims = jwt.getClaims();
JSONObject jsonObject = JSONUtil.parseObj(claims);
String exp = jsonObject.getStr(JWT_EXP_KEY);
// 是否过期
if (isExpired(exp)) {
throw new IllegalStateException("jwt token is expired");
}
return jsonObject;
}复制代码上面我们将有效的 Jwt Token 中的 payload 解析为 JSON对象 ，方便后续的操作。
5. 配置
我们将 JWT 的可配置项抽出来放入 JwtProperties 如下：
/**
* Jwt 在 springboot application.yml 中的配置文件
*
* @author Felordcn
* @since 15 :06 2019/10/25
*/
@Data
@ConfigurationProperties(prefix=JWT_PREFIX)
public class JwtProperties {
static final String JWT_PREFIX= "jwt.config";
/**
* 是否可用
*/
private boolean enabled;
/**
* jks 路径
*/
private String keyLocation;
/**
* key alias
*/
private String keyAlias;
/**
* key store pass
*/
private String keyPass;
/**
* jwt签发者
**/
private String iss;
/**
* jwt所面向的用户
**/
private String sub;
/**
* access jwt token 有效天数
*/
private int accessExpDays;
/**
* refresh jwt token 有效天数
*/
private int refreshExpDays;
}复制代码然后我们就可以配置 JWT 的 javaConfig 如下：
/**
* JwtConfiguration
*
* @author Felordcn
* @since 16 :54 2019/10/25
*/
@EnableConfigurationProperties(JwtProperties.class)
@ConditionalOnProperty(prefix = "jwt.config",name = "enabled")
@Configuration
public class JwtConfiguration {
/**
* Jwt token storage .
*
* @return the jwt token storage
*/
@Bean
public JwtTokenStorage jwtTokenStorage() {
return new JwtTokenCacheStorage();
}
/**
* Jwt token generator.
*
* @param jwtTokenStorage the jwt token storage
* @param jwtProperties the jwt properties
* @return the jwt token generator
*/
@Bean
public JwtTokenGenerator jwtTokenGenerator(JwtTokenStorage jwtTokenStorage, JwtProperties jwtProperties) {
return new JwtTokenGenerator(jwtTokenStorage, jwtProperties);
}
}复制代码然后你就可以通过 JwtTokenGenerator 编码/解码验证 Jwt Token 对 ，通过 JwtTokenStorage 来处理 Jwt Token 缓存。缓存这里我用了Spring Cache Ehcache 来实现,你也可以切换到 Redis 。相关单元测试参见 DEMO
6. 总结
今天我们利用 spring-security-jwt 手写了一套 JWT 逻辑。无论对你后续结合 Spring Security 还是 Shiro 都十分有借鉴意义。下一篇我们会讲解 JWT 结合Spring Security ,敬请关注公众号：Felordcn 来及时获取资料。
本次的 DEMO 也可通过关注公众号回复 day05 获取。
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