Web应用程序的身份验证：Session认证、Token认证_web程序怎么实现检验是否有token

一、Web应用程序的身份验证

1、Session认证

① 用户向服务器发送用户名和密码

② 服务器验证通过后，在当前对话（session）里面保存相关数据，如用户角色，登陆时间等

③ 服务器向用户返回一个session_id，写入用户的Cookie

④ 用户随后的每一次请求，都会通过Cookie，将session_id传回服务器

⑤ 服务器收到session_id，找到前期保存的数据，由此得知用户的身份

认证流程：

 

        Session认证的方式扩展性不好，如果是服务器集群，或者是跨域的服务导向架构，就要求session数据共享，以便每台服务器都能够读取session，针对这问题有两种解决方案：

        ① session数据持久化，写入数据库或别的持久层。优点是架构清晰，但工程量大

        ② 服务器不再保存session数据，所有数据都保存在客户端，每次请求都发回服务器。Token就是其中一个代表

2、Token认证

Token是在服务端产生的一串字符串，是客户端访问资源接口(API)时所需要的资源凭证

        ① 客户端使用用户名和密码请求登陆，服务端收到请求，去验证用户名和密码

        ② 验证成功后，服务端会签发一个token并把这个token发送给客户端

        ③ 客户端收到token后，存储起来，比如放在cookie或者localStorage里头

        ④ 客户端每次向服务端请求资源时需要带上这个token

        ⑤ 服务端收到请求后去验证这个token，成功则返回请求数据

 

实现方式：JWT（JSON Web Token）认证

原理：

① 用户发送用户名和密码后，服务器认证并生成JWT令牌（JSON对象），将其发回给客户端

 （为了防止用户篡改数据，服务器在生成这个对象的时候会加上签名）

② 客户端将JWT令牌存储在本地以便后续使用

③ 当客户端向另一个域名服务器发送请求时，将JWT令牌作为请求头（放在Authorization字段里头）或请求参数发送

④ 服务器收到请求后，检查JWT令牌的有效性，并进行身份验证和授权

⑤ 若令牌有效则返回请求的数据，否则返回未授权的错误信息

JWT由三个部分组成：

1、Header（头部）:

{
  "alg": "HS256", // 令牌类型
  "typ": "JWT" //加密算法 
}

2、Payload（负载）：

{
  "iss": "example.com",
  "sub": "1234567890",
  "aud": ["foo", "bar"],
  "exp": 1648696800,
  "nbf": 1648693200, // 2022年4月29日10:20:00
  "iat": 1648694700,
  "jti": "abcdef123456"
}
// 1、iss（issuer）: 表示JWT签发者的名称，通常是一个字符串或URL。
// 2、sub（subject）: 表示JWT的主题，即客户端的唯一标识符，通常是一个用户ID。
// 3、aud（audience）: 表示JWT的预期接收者，即对该JWT有效的接收方，可以是单个字符串或一个字符串数组。
// 4、exp（expiration time）: 表示JWT的过期时间，用Unix时间戳表示。
// 5、nbf（not before）: 表示JWT的生效时间，用Unix时间戳表示。
// 6、iat（issued at）: 表示JWT的签发时间，用Unix时间戳表示。
// 7、jti（JWT ID）: 表示JWT的唯一标识符，通常用于避免重放攻击。

3、Signature（签名）：由Header、Payload和一个密钥（secret，存储在服务器端，对外不可见）进行签名生成。

HMACSHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." +
  base64UrlEncode(payload),
  secret)

将Header、Payload和Signature通过'.'连接在一起形成JWT令牌，例如：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

代码实现：

① 引入依赖

<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
    <artifactId>jjwt</artifactId>
    <version>0.9.1</version>
</dependency>

② 添加JWT配置

# JWT相关配置
jwt.secret=your-secret
jwt.expiration=3600

③ 创建JWT工具类：用于生成和解析JWT

@Component
public class JwtUtils {
​
    // 秘钥
    @Value("${jwt.secret}")
    private String secret;
​
    // 过期时间，单位秒
    @Value("${jwt.expiration}")
    private Long expiration;
​
    // 生成JWT
    public String generateToken(Long userId) {
        SecretKey key = Keys.hmacShaKeyFor(secret.getBytes()); // 创建密钥
        Date now = new Date();
        Date expireTime = new Date(now.getTime() + expiration * 1000);
        return Jwts.builder()
                .setIssuer("issuer") // 设置JWT的签发者
                .setAudience("audience") // 设置JWT的接收方
                .setSubject(userId.toString()) // 设置JWT的主题
                .setIssuedAt(now) // 设置JWT的签发时间
                .setExpiration(expireTime) // 设置JWT的过期时间
                .signWith(key, SignatureAlgorithm.HS256) // 用HS256算法和密钥key签名JWT
                .compact(); // 生成JWT字符串
    }
​
    // 解析JWT
    public Claims parseToken(String token) {
        SecretKey key = Keys.hmacShaKeyFor(secret.getBytes()); // 创建密钥
        return Jwts.parserBuilder()
                .setSigningKey(key) // 设置用于解析JWT的密钥
                .build()
                .parseClaimsJws(token) // 解析JWT，获取Jws<Claims>实例
                .getBody();
    }
}

④ 配置拦截器：用于验证请求中的JWT是否有效

@Component
public class JwtInterceptor implements HandlerInterceptor {
​
    @Autowired
    private JwtUtils jwtUtils;
​
    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        // 从请求头中获取token
        String token = request.getHeader("Authorization");
        // 判断token是否存在并以Bearer开头
        if (token != null && token.startsWith("Bearer ")) { 
            token = token.substring(7); // 去掉token前缀
            Claims claims = jwtUtils.parseToken(token); // 解析JWT
            if (claims != null) {
                Long userId = Long.valueOf(claims.getSubject()); // 获取JWT中的用户id
                // 将用户信息存储到request中，方便后续操作
                request.setAttribute("userId", userId);
                return true;
            }
        }
        // 解析失败，返回401未授权状态码
        response.setStatus(HttpServletResponse.SC_UNAUTHORIZED);
        return false; // 拦截请求
    }
}

​

⑤ 使用JWT

@RestController
@RequestMapping("/api")
public class UserController {
    
    @Autowired
    private UserService userService;
    
    @PostMapping("/login")
    public ResponseEntity<?> login(@RequestBody UserLoginDto userLoginDto) {
        // 用户登录逻辑
    
        // 生成 JWT token
       String token = Jwts.builder()
            .setSubject(user.getUsername()) // 主题
            .claim("roles", user.getRoles()) 
            .setIssuedAt(new Date()) // 签发时间
            .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRATION_TIME)) // 过期时间
            .signWith(SignatureAlgorithm.HS512, SECRET_KEY) // 使用算法和密钥对token进行签名。
            .compact(); // 将JWT token生成为字符串
    
       // 返回 token 给客户端
       return ResponseEntity.ok(new AuthResponse(token));
    }
​
    
    @GetMapping("/users")
    @PreAuthorize("hasAuthority('ROLE_ADMIN')") // 拥有 ROLE_ADMIN 权限的用户才能访问该方法
    public ResponseEntity<?> getUsers(@RequestHeader("Authorization") String    authorizationHeader) {
        String token = authorizationHeader.substring(7); // 去掉 "Bearer" 前缀
    
        // 验证 token 是否有效
        Claims claims = Jwts.parser() // 获取一个JwtParser对象
                .setSigningKey(SECRET_KEY) // 设置JWT的签名密钥，用于校验JWT的合法性
                .parseClaimsJws(token) // 将其转化为Jws对象
               .getBody(); // 获取Jws对象中的payload信息
    
        // 获取用户列表逻辑
}
​
    
    @GetMapping("/users/{id}")
    public ResponseEntity<?> getUserById(@PathVariable Long id) {
        // 根据用户ID获取用户信息逻辑
    }
    
    // 省略其他接口...
}

Session和Token认证的区别：

        Session和Token都是常用的用户认证方式，它们的作用都是为了验证用户身份和授权访问资源，但是它们的实现方式有所不同。

        Session是一种服务器端认证方式，通常通过在服务器端保存用户的登录信息（较安全），以便在后续的请求中进行验证。当用户进行登录操作时，服务器会创建一个Session，并给这个Session分配一个唯一的标识符（Session ID），然后将这个Session ID发送给客户端保存。客户端在后续的请求中需要携带这个Session ID，服务器端根据这个Session ID来查找对应的Session，从而验证用户的身份。

        Token是一种无状态认证方式，通常通过在客户端保存用户的登录信息（不安全），以便在后续的请求中进行验证。当用户进行登录操作时，服务器会生成一个Token，并将这个Token发送给客户端保存。客户端在后续的请求中需要携带这个Token，服务器端通过验证这个Token来确定用户的身份。

优缺点：

        Session需要在服务器端保存用户的登录信息，因此需要占用服务器的资源，并且需要在分布式系统中进行Session共享和Session失效管理（工程量大）。

        Token是无状态的，不需要在服务器端保存用户的登录信息，因此具有良好的可扩展性，并且可以很方便地实现分布式系统中的认证和授权。用解析token的计算时间换取session的存储空间，从而减轻服务器压力，减少频繁查询数据库

        Session的安全性比较高，因为Session的内容保存在服务器端，客户端无法直接修改Session的内容

        Token的安全性相对较低，因为Token的内容保存在客户端，客户端可以通过一些手段来篡改Token的内容。

Session和Token的应用场景：

        一般来说，使用 session 可能更适合传统的 Web 应用，因为它通常需要用户在浏览器中持续地与应用交互，而且涉及到敏感数据的处理。例如，在电子商务网站中，用户需要登录才能访问个人购物车和订单等敏感信息，此时可以使用 session 来验证用户身份，并在服务器端存储相关的用户信息和状态。

        而在 API （应用程序编程接口）设计和单页面应用中，使用 token 可能更加常见。由于 API 和单页面应用的特性，客户端可以直接与 API 或后端服务通信，而不需要经过浏览器的中间层。此时，使用 token 可以避免一些 session 的问题，如跨域和服务器负载均衡等。同时，token 也更容易在不同服务之间进行传递和共享，比如使用 OAuth2 等协议来实现单点登录和授权等功能。