好久没写博客了,因为最近公司要求我学spring cloud
,早点将以前软件迁移到新的架构上。所以我那个拼命的学呐,总是图快,很多关键的笔记没有做好记录,现在又遗忘了很多关键的技术点,极其罪恶!
现在想一想,还是踏踏实实的走比较好。这不,今天我冒了个泡,来补一补前面我所学所忘的知识点。
想要解锁更多新姿势?请访问我的博客。
常见的认证机制
今天我么聊一聊JWT。
关于JWT,相信很多人都已经看过用过,他是基于json
数据结构的认证规范,简单的说就是验证用户登没登陆的玩意。这时候你可能回想,哎哟,不是又那个session么,分布式系统用redis
做分布式session,那这个jwt有什么好处呢?
请听我慢慢诉说这历史!
最原始的办法–HTTP BASIC AUTH
HTTP BASIC auth,别看它名字那么长那么生,你就认为这个玩意很高大上。其实原理很简单,简单的说就是每次请求API的时候,都会把用户名和密码通过restful API
传给服务端。这样就可以实现一个无状态思想,即每次HTTP请求和以前都没有啥关系,只是获取目标URI,得到目标内容之后,这次连接就被杀死,没有任何痕迹。你可别一听无状态,正是现在的热门思想,就觉得很厉害。其实他的缺点还是又的,我们通过http请求发送给服务端的时候,很有可能将我们的用户名密码直接暴漏给第三方客户端,风险特别大,因此生产环境下用这个方法很少。
Session和cookie
session和cookie老生常谈了。开始时,都会在服务端全局创建session对象,session对象保存着各种关键信息,同时向客户端发送一组sessionId
,成为一个cookie对象保存在浏览器中。
当认证时,cookie的数据会传入服务端与session进行匹配,进而进行数据认证。
此时,实现的是一个有状态的思想,即该服务的实例可以将一部分数据随时进行备份,并且在创建一个新的有状态服务时,可以通过备份恢复这些数据,以达到数据持久化的目的。
缺点
这种认证方法基本是现在软件最常用的方法了,它有一些自己的缺点:
- 安全性。cookies的安全性不好,攻击者可以通过获取本地cookies进行欺骗或者利用cookies进行CSRF攻击。
- 跨域问题。使用cookies时,在多个域名下,会存在跨域问题。
- 有状态。session在一定的时间里,需要存放在服务端,因此当拥有大量用户时,也会大幅度降低服务端的性能。
- 状态问题。当有多台机器时,如何共享session也会是一个问题,也就是说,用户第一个访问的时候是服务器A,而第二个请求被转发给了服务器B,那服务器B如何得知其状态。
- 移动手机问题。现在的智能手机,包括安卓,原生不支持cookie,要使用cookie挺麻烦。
Token认证(使用jwt规范)
token 即使是在计算机领域中也有不同的定义,这里我们说的token,是指 访问资源的凭据 。使用基于 Token 的身份验证方法,在服务端不需要存储用户的登录记录。大概的流程是 这样的:
- 客户端使用用户名跟密码请求登录
- 服务端收到请求,去验证用户名与密码
- 验证成功后,服务端会签发一个 Token,再把这个 Token 发送给客户端
- 客户端收到 Token 以后可以把它存储起来,比如放在 Cookie 里
- 客户端每次向服务端请求资源的时候需要带着服务端签发的 Token
- 服务端收到请求,然后去验证客户端请求里面带着的 Token,如果验证成功,就向客户端返回请求的数据
Token机制,我认为其本质思想就是将session中的信息简化很多,当作cookie用,也就是客户端的“session”。
好处
那Token机制相对于Cookie机制又有什么好处呢?
- 支持跨域访问: Cookie是不允许垮域访问的,这一点对Token机制是不存在的,前提 是传输的用户认证信息通过HTTP头传输.
- 无状态:Token机制本质是校验, 他得到的会话状态完全来自于客户端, Token机制在服务端不需要存储session信息,因为 Token 自身包含了所有登录用户的信息,只需要在客户端的cookie或本地介质存储状态信息.
- 更适用CDN: 可以通过内容分发网络请求你服务端的所有资料(如:javascript, HTML,图片等),而你的服务端只要提供API即可.
- 去耦: 不需要绑定到一个特定的身份验证方案。Token可以在任何地方生成,只要在 你的API被调用的时候,你可以进行Token生成调用即可.
- 更适用于移动应用: 当你的客户端是一个原生平台(iOS, Android,Windows 8等) 时,Cookie是不被支持的(你需要通过Cookie容器进行处理),这时采用Token认 证机制就会简单得多。 CSRF:因为不再依赖于Cookie,所以你就不需要考虑对CSRF(跨站请求伪造)的防 范。
- 性能: 一次网络往返时间(通过数据库查询session信息)总比做一次HMACSHA256 计算 的Token验证和解析要费时得多. 不需要为登录页面做特殊处理: 如果你使用Protractor 做功能测试的时候,不再需要 为登录页面做特殊处理.
- 基于标准化:你的API可以采用标准化的 JSON Web Token (JWT). 这个标准已经存在 多个后端库(.NET, Ruby, Java,Python, PHP)和多家公司的支持(如: Firebase,Google, Microsoft)
缺陷在哪?
说了那么多token认证的好处,但他其实并没有想象的那么神,token 也并不是没有问题。
占带宽
正常情况下要比 session_id 更大,需要消耗更多流量,挤占更多带宽,假如你的网站每月有 10 万次的浏览器,就意味着要多开销几十兆的流量。听起来并不多,但日积月累也是不小一笔开销。实际上,许多人会在 JWT 中存储的信息会更多。
无论如何你需要操作数据库
在网站上使用 JWT,对于用户加载的几乎所有页面,都需要从缓存/数据库中加载用户信息,如果对于高流量的服务,你确定这个操作合适么?如果使用redis进行缓存,那么效率上也并不能比 session 更高效
无法在服务端注销,那么久很难解决劫持问题
性能问题
JWT 的卖点之一就是加密签名,由于这个特性,接收方得以验证 JWT 是否有效且被信任。但是大多数 Web 身份认证应用中,JWT 都会被存储到 Cookie 中,这就是说你有了两个层面的签名。听着似乎很牛逼,但是没有任何优势,为此,你需要花费两倍的 CPU 开销来验证签名。对于有着严格性能要求的 Web 应用,这并不理想,尤其对于单线程环境。
JWT
现在我们来说说今天的主角,JWT
JSON Web Token(JWT)是一个非常轻巧的规范。这个规范允许我们使用JWT在用 户和服务器之间传递安全可靠的信息
组成
一个JWT实际上就是一个字符串,它由三部分组成,头部、载荷与签名。
头部(header)
头部用于描述关于该JWT的最基本的信息,例如其类型以及签名所用的算法等。这也可以 被表示成一个JSON对象。
1 | { |
这就是头部的明文内容,第一部分说明他是一个jwt,第二部分则指出签名算法用的是HS256算法。
然后将这个头部进行BASE64编码,编码后形成头部:
1 | eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9 |
载荷(payload)
载荷就是存放有效信息的地方,有效信息包含三个部分:
(1)标准中注册的声明(建议但不强制使用)
- iss: jwt签发者
- sub: jwt所面向的用户
- aud: 接收jwt的一方
- exp: jwt的过期时间,这个过期时间必须要大于签发时间
- nbf: 定义在什么时间之前,该jwt都是不可用的.
- iat: jwt的签发时间
- jti: 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。
(2)公共的声明
公共的声明可以添加任何的信息,一般添加用户的相关信息或其他业务需要的必要信息. 但不建议添加敏感信息,因为该部分在客户端可解密.
(3)私有的声明
私有声明是提供者和消费者所共同定义的声明,一般不建议存放敏感信息,因为base64 是对称解密的,意味着该部分信息可以归类为明文信息。
1 | { |
上面就是一个简单的载荷的明文,接下来使用base64加密:
1 | eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9 |
签证(signature)
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加盐secret组合加密,然后就构成了jwt的第 三部分。
1 | TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ |
合成
1 | eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6I kpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7Hg Q |
实现JWT
现在一般实现jwt,都使用Apache 的开源项目JJWT(一个提供端到端的JWT创建和验证的Java库)。
依赖
1 | <!-- https://mvnrepository.com/artifact/io.jsonwebtoken/jjwt --> |
创建token的demo
1 | public class CreateJWT { |
结果如图:
(注意,jjwt不支持jdk11,0.9.1以后的jjwt必须实现signWith()方法才能实现)
解析Token的demo
1 | public class ParseJWT { |
结果如图:
生产中的JWT
在企业级系统中,通常内部会有非常多的工具平台供大家使用,比如人力资源,代码管理,日志监控,预算申请等等。如果每一个平台都实现自己的用户体系的话无疑是巨大的浪费,所以公司内部会有一套公用的用户体系,用户只要登陆之后,就能够访问所有的系统。
这就是 单点登录(SSO: Single Sign-On)
SSO 是一类解决方案的统称,而在具体的实施方面,一般有两种策略可供选择:
- SAML 2.0
- OAuth 2.0
欲扬先抑,先说说几个重要的知识点。
Authentication VS Authorisation
Authentication: 身份鉴别,鉴权,以下简称认证
认证 的作用在于认可你有权限访问系统,用于鉴别访问者是否是合法用户。负责认证的服务通常称为 Authorization Server 或者 Identity Provider,以下简称 IdP
Authorisation: 授权
授权 用于决定你有访问哪些资源的权限。大多数人不会区分这两者的区别,因为站在用户的立场上。而作为系统的设计者来说,这两者是有差别的,这是不同的两个工作职责,我们可以只需要认证功能,而不需要授权功能,甚至不需要自己实现认证功能,而借助 Google 的认证系统,即用户可以用 Google 的账号进行登陆。负责提供资源(API调用)的服务称为 Resource Server 或者 Service Provider,以下简称 SP
SMAL 2.0
OAuth(JWT)
OAuth(开放授权)是一个开放的授权标准,允许用户让第三方应用访问该用户在 某一web服务上存储的私密的资源(如照片,视频,联系人列表),而无需将用户名和密码提供给第三方应用。
流程可以参考如下:
简单的来说,就是你要访问一个应用服务,先找它要一个request token
(请求令牌),再把这个request token
发到第三方认证服务器,此时第三方认证服务器会给你一个aceess token
(通行令牌), 有了aceess token
你就可以使用你的应用服务了。
注意图中第4步兑换 access token
的过程中,很多第三方系统,如Google ,并不会仅仅返回 access token
,还会返回额外的信息,这其中和之后更新相关的就是 refresh token
。一旦 access token
过期,你就可以通过 refresh token
再次请求 access token
。
当然了,流程是根据你的请求方式和访问的资源类型而定的,业务很多也是不一样的,我这是简单的聊聊。
现在这种方法比较常见,常见的譬如使用QQ快速登陆,用的基本的都是这种方法。
开源项目
我们用一个很火的开源项目Cloud-Admin为栗子,来分析一下jwt的应用。
Cloud-Admin是基于Spring Cloud微服务化开发平台,具有统一授权、认证后台管理系统,其中包含具备用户管理、资源权限管理、网关API管理等多个模块,支持多业务系统并行开发。
目录结构
鉴权中心功能在ace-auth
与ace-gate
下。
模型
下面是官方提供的架构模型。
可以看到,AuthServer
在架构的中心环节,要访问服务,必须需要鉴权中心的JWT鉴权。
鉴权中心服务端代码解读
实体类
先看实体类,这里鉴权中心定义了一组客户端实体,如下:
1 | "auth_client") (name = |
对应数据库:
1 | CREATE TABLE `auth_client` ( |
这些是每组微服务客户端的信息
第二个实体类,就是客户端_服务的实体,也就是对应着那些微服务客户端能调用哪些微服务客户端:
大概对应的就是微服务间调用权限关系。
1 | "auth_client_service") (name = |
接口层
我们跳着看,先看接口层
1 |
|
这里放出了三个接口
先说第一个接口,创建token
。
具体逻辑如下:
每一个用户登陆进来时,都会进入这个环节。根据request中用户的用户名和密码,利用feign
客户端的拦截器拦截request,然后使用作者写的JwtTokenUtil
里面的各种方法取出token中的key和密钥,验证token是否正确,正确则用authService.login(authenticationRequest);
的方法返回出去一个新的token。
1 | public String login(JwtAuthenticationRequest authenticationRequest) throws Exception { |
下图是详细逻辑图:
鉴权中心客户端代码
入口
作者写了个注解的入口,使用@EnableAceAuthClient
即自动开启微服务(客户端)的鉴权管理
1 | (ElementType.TYPE) |
配置
接着沿着注解的入口看
1 |
|
注解会自动的将客户端的用户token和服务token的关键信息加载到bean中
feigin拦截器
作者重写了okhttp3
拦截器的方法,每一次微服务客户端请求的token都会被拦截下来,验证服务调用服务的token和用户调用服务的token是否过期,过期则返回新的token
1 |
|
spring容器的拦截器
第二道拦截器是来自spring容器的,第一道feign拦截器只是验证了两个token是否过期,但token真实的权限却没验证。接下来就要验证两个token的权限问题了。
服务调用权限代码如下:
1 |
|
用户权限:
1 |
|
spring cloud gateway网关代码
该框架中所有的请求都会走网关服务(ace-gatev2),通过网关,来验证token是否过期异常,验证token是否不存在,验证token是否有权限进行服务。
下面是核心代码:
1 |
|
cloud admin总结
总的来说,鉴权和网关模块就说完了。作者代码构思极其精妙,使用在大型的权限系统中,可以巧妙的减少耦合性,让服务鉴权粒度细化,方便管理。
结束
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