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SpringBoot项目集成【用户身份认证】实战【实战核心篇】基于JWT生成和校验Token

天罡gg

修改于 2023-04-02 07:49:18

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前言

书接上文技术选型篇，我们做了【用户身份认证】的技术选型说明，对基于Session、Token、JWT的方案进行了详细的对比分析，详细说明了它们都是什么和各自的优缺点！这些是实战的基础，还没看过的同学，建议先看上文。最终我和狗哥(博客主页) 采用的是目前流行的基于JWT的Token用户身份认证机制！

本文是实战核心篇，重点是把JWT的核心代码实现！ 基于上文我们分析的【用户身份认证】的流程（如下图），我们可以确定使用JWT的核心是实现两点：生成Token、校验Token！ 接下来我们就来实现它！

PS，完整的用户身份认证代码早已实现，和狗哥也已联调通过，正在赶工博文，预告一下我将分三篇来写，非常详细，料很足，准备好发车喽，Let’s go！

【技术选型篇】基于Session、Token、JWT怎么选？ 【上文-已发布】
【实战核心篇】基于JWT生成和校验Token【本文】

【实战全流程篇】基于JWT+双重检查的登录+登出+拦截器 --防XSS+CSRF漏洞【下文】

本文目录

专栏介绍

因为可能还有很多同学还不清楚上下文，所以简单介绍一下这个专栏要做的事：

天罡老哥和狗哥(博客主页)有意从0到1带大家搭建一个SpringBoot+SpringCloud+Vue的前后端分离项目！打造一个短小精悍、技术主流、架构规范的前后端分离实战项目！我负责后端，狗哥负责前端！目的就是让大家通过项目实战，学到一些真东西，将所学理论落地，助力有心强大的你更快的成长！开启你的工作之旅，让开发游刃有余！

详细的后端规划和后端大纲思维导图在开篇已经给出，你可以到开篇查收：基于SpringBoot+SpringCloud+Vue前后端分离项目实战 --开篇

一、引入依赖

官方推荐Java的JWT开源库中，收藏数最高的是：java-jwt和jjwt-root

我们选择使用java-jwt库，项目中将认证相关的通用实现会封装到common层！提前展示一下目录结构，方便大家对照实战：

pom中引入依赖，版本号依然定义在父pom定义！

<dependency>
    <groupId>com.auth0</groupId>
    <artifactId>java-jwt</artifactId>
    <version>3.11.0</version>
</dependency>

二、TokenProvider 接口

令牌的提供者接口。

从用户身份认证对Token的应用场景来看，核心实现就两个方法：创建Token 和 校验Token。

所以，这里提取一个接口TokenProvider，虽然目前只有JWT一种实现，但JWT实际上也只是Token中的一种，所以，以后想用其它Token，只要实现TokenProvider接口，就可以平滑的切过去。

符合开闭原则：对扩展开放，对修改关闭！

public interface TokenProvider {

    /**
     * 根据用户授权信息，创建token
     */
    String create(AuthContextInfo authContextInfo);

    /**
     * 校验token，解析出用户授权信息
     */
    AuthContextInfo verify(String token) ;
}

AuthContextInfo里保存的是认证信息，包含两个重要字段（也就是要存入Payload中的信息）：

private String userId;
private String userName;

三、JwtTokenProvider 实现类

基于JWT实现的令牌提供者，快速预览说明如下：

从上图可以看出，除了两个核心方法，还定义了两个Payload相关的常量，不过这不是重点。

重点是红框处的【将依赖由构造函数传入】，说明一下为什么这么做！

JWT的签名算法（JwtAlgorithm）和 过期时间（expire）都是变化点，根据依赖倒置原则，要依赖抽象接口，不依赖具体实现，所以我们将它交给外部传入！

另外，在common层实现的类，对变化点应不做决定，而是交给上层决定将依赖注入。

1. 创建Token方法

@Override
public String create(AuthContextInfo authContextInfo) {
    Date issuedAt = new Date();

    Calendar expiresAt  = Calendar.getInstance();
    expiresAt.add(Calendar.SECOND, expire);

    return JWT.create()
        // 签发者
        .withIssuer(authContextInfo.getUserId())
        // 主题
        .withSubject(SUBJECT)
        // 签发时间
        .withIssuedAt(issuedAt)
        // 过期时间
        .withExpiresAt(expiresAt.getTime())
        // 在签发时间之前不可用
        .withNotBefore(issuedAt)
        // 自定义 userName
        .withClaim(CLAIM_USERNAME, authContextInfo.getUserName())
        .sign(this.jwtAlgorithm.getAlgorithm());
}

with开头的方法都是构建payload字段信息，withClaim是构建自定义字段，可以构建多个自定义字段！
sign方法是指定签名算法 这里不依赖具体算法，而是依赖JwtAlgorithm接口！说完校验token再具体说 JwtAlgorithm。

2. 校验Token方法

@Override
public AuthContextInfo verify(String token) {
    DecodedJWT decodedJWT;
    try {
        // 校验token，无效或过期会抛异常
        decodedJWT = this.jwtAlgorithm.getJwtVerifier().verify(token);
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
        return null;
    }
    // 主题不一致，被修改了
    if (!SUBJECT.equals(decodedJWT.getSubject())) {
        return null;
    }
    // 返回userId和userName
    AuthContextInfo authInfo = new AuthContextInfo();
    authInfo.setUserId(decodedJWT.getIssuer());
    authInfo.setUserName(decodedJWT.getClaim(CLAIM_USERNAME).asString());
    return authInfo;
}

verify方法不报错，说明token合法且未过期，解析的decodedJWT对象里面包含了我们创建时存储的payload载荷信息(也就是数据)。

3. JwtAlgorithm接口

JwtAlgorithm接口是 JwtTokenProvider 的重要依赖，主要包括获取【签名算法】和【验证方法】，定义如下：

public interface JwtAlgorithm {

    /**
     * 获取JWT使用的算法
     */
    Algorithm getAlgorithm();

    /**
     * 获取JWT使用的验证方法
     */
    JWTVerifier getJwtVerifier();
}

3.1 RSA算法实现

对应的是RSA算法的实现类JwtRsaAlgorithm，这里的公钥（publicKey）和私钥（privateKey）也是通过构造函数由外部指定，也是将依赖倒置！

public class JwtRsaAlgorithm implements JwtAlgorithm {

    private final Algorithm algorithm;
    private final JWTVerifier jwtVerifier;
    @Override
    public Algorithm getAlgorithm() {
        return algorithm;
    }
    @Override
    public JWTVerifier getJwtVerifier() {
        return jwtVerifier;
    }

    /**
     * 有参构造函数，将依赖倒置
     */
    public JwtRsaAlgorithm(String publicKey, String privateKey) {
        // 获取公钥对象
        RSAPublicKey rsaPublicKey;
        try {
            rsaPublicKey = RsaKeyUtils.getPublicKey(publicKey);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            throw new RuntimeException("Get RSA public key error!", e);
        }
        // 获取私钥对象
        RSAPrivateKey rsaPrivateKey;
        try {
            rsaPrivateKey = RsaKeyUtils.getPrivateKey(privateKey);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            throw new RuntimeException("Get RSA public key error!", e);
        }
        // 创建RSA256签名算法
        this.algorithm = Algorithm.RSA256(rsaPublicKey, rsaPrivateKey);
        // 构建JWTVerifier对象
        this.jwtVerifier = JWT.require(this.algorithm)
                .acceptLeeway(10)
                .acceptExpiresAt(5)
                .build();;
    }
}

代码中的像Algorithm.RSA256和JWT.require都是开源库提供的，用于生成最终的Algorithm和JWTVerifier;
RsaKeyUtils 是我们定义的通用的工具类，用于将base64编码的公钥（publicKey）和私钥（privateKey）转为对应的Key对象，直接拷贝使用即可。

public class RsaKeyUtils {
    public static RSAPublicKey getPublicKey(String base64String) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeySpecException {
        byte[] b = Base64.getDecoder().decode(base64String);
        X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(b);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
        Key key = keyFactory.generatePublic(keySpec);
        return (RSAPublicKey) key;
    }

    public static RSAPrivateKey getPrivateKey(String base64String) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeySpecException {
        byte[] b = Base64.getDecoder().decode(base64String);
        PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(b);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
        Key key = keyFactory.generatePrivate(keySpec);
        return (RSAPrivateKey)key;
    }
}

3.2 HMAC算法实现

支持的算法很多，我们再扩展JwtAlgorithm接口，实现一下HMAC算法，你可以实现你需要的算法！

对应的是HMAC算法的实现类JwtHmacAlgorithm，这里的秘钥（secret）也是通过构造函数由外部指定，也是将依赖倒置！

public class JwtHmacAlgorithm  implements JwtAlgorithm {

    private final Algorithm algorithm;
    private final JWTVerifier jwtVerifier;

    @Override
    public Algorithm getAlgorithm() {
        return algorithm;
    }
    @Override
    public JWTVerifier getJwtVerifier() {
        return jwtVerifier;
    }

    /**
     * 有参构造函数，将依赖倒置
     */
    public JwtHmacAlgorithm(String secret) {
        // 创建HMAC256签名算法
        this.algorithm = Algorithm.HMAC256(secret);
        // 构建JWTVerifier对象
        this.jwtVerifier = JWT.require(this.algorithm)
                .acceptLeeway(10)
                .acceptExpiresAt(5)
                .build();
    }
}

使用Algorithm.HMAC256生成算法，再根据Algorithm生成JWTVerifier;

四、测试

因为我们写的类不依赖Spring容器，所以直接在JwtTokenProvider里写个main方法就可以测试，这里使用RSA算法测试，如下：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    String publicKey = "太长，省略，可以到 http://www.metools.info/code/c80.html 自行生成。。。";
    String privateKey = "太长，省略，可以到 http://www.metools.info/code/c80.html 自行生成。。。";
    // 创建RSA算法
    JwtAlgorithm jwtRsaAlgorithm = new JwtRsaAlgorithm(publicKey, privateKey);
    // 创建JWT提供者：10秒过期 + RSA算法
    TokenProvider jwtTokenProvider = new JwtTokenProvider(10, jwtRsaAlgorithm);
    // 测试保存到Token中的授权信息
    AuthContextInfo authContextInfo = new AuthContextInfo();
    authContextInfo.setUserId("123456");
    authContextInfo.setUserName("admin");
    // 创建token
    String token = jwtTokenProvider.create(authContextInfo);
    System.out.println("token:" + token);
    // 循环校验token何时过期
    while (true) {
        Thread.sleep(2000);
        // 校验token
        AuthContextInfo authInfo = jwtTokenProvider.verify(token);
        if (authInfo == null) {
            break;
        }
        System.out.println("校验ok:" + authInfo.toString());
    }
}

上面的测试代码，既包括了【创建Token】方法，也包括了【校验Token】方法，主逻辑如下：

创建jwtTokenProvider：基于RSA算法的jwtRsaAlgorithm
创建1个只有10秒有效的Token：jwtTokenProvider.create
循环校验Token是否过期：jwtTokenProvider.verify 返回null就过期了

测试结果，刚好10秒过期！

五、Web层配置注入

在SpringBoot中，我们通常将类交给Spring管理，首先复习一下之前讲过的常用的组件注解：

@Service: 通常放在service层的服务类上
@Repository: 通常放在dal层的数据访问类上
@Controller： 通常放在web层控制器的类上
@Component: 代表通用的组件，从它派生了上面3个注解，用于各个实际的场景.

打上这些注解的类，在Spring中称之为Bean。

本文，我们将学习一种新的IOC注入方式：通过JavaConfig的方式注入Bean，即在类上加@Configuration注解，代表这是一个配置类，里面通过添加@Bean注解注入Bean对象，如下：

@Configuration
public class AuthConfig {

    @Bean
    public JwtAlgorithm jwtRsaAlgorithm(@Value("${auth.jwt.rsa.publicKey}") String publicKey, @Value("${auth.jwt.rsa.privateKey}") String privateKey ) {
        return new JwtRsaAlgorithm(publicKey, privateKey);
    }

    @Bean
    public TokenProvider jwtTokenProvider(@Value("${auth.jwt.expire}") int expire, JwtAlgorithm jwtAlgorithm) {
        return new JwtTokenProvider(expire, jwtAlgorithm);
    }
}

通过以上方式，我们就向Spring的IOC容器注入了TokenProvider、JwtAlgorithm，这样我们就可以通过@Autowired注解直接使用了！以后如果想将切换算法，只需要修改这里的配置类，而不用去修改已实现的RSA算法类。

这里还有一个知识点：@Value注解，用于读取配置文件（application.properties或application.yml）中读取字段的值，格式：@Value(“$配置字段名”)，这里是用在方法参数里

 @Value("${auth.jwt.expire}") int expire
 代表：expire = 配置文件中auth.jwt.expire的值

这里到了3个@Value，对应application.properties中的3个配置如下（以\换行）：

auth.jwt.expire =300

auth.jwt.rsa.publicKey=MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEArK+NOK/89rNAWeAguHti\
91QpMaHDZ6EaaySu5dyEvw6oUs4t8AiEc6HC7iTl1U2fxvuukk6P3e96V5w+fb+S\
UFUUaO+oocsKOOxwXcfJ1uQorMsEns1PjYB9weOOYYQoE2KY34AE6+zRT3w8uMXX\
pBmazZbPhUP8cGAOimUv4nSIK4n/nwBezEEeFM5dREaxabiDBe9HvOXmu8EfO2/P\
MsE5K9x/GP/wNbE+yzP+rC6rr3mgJNugUmE7BB1Usl7pS1myukiFz+PXoE/nibed\
k5FWzL5jeV8M8F7AZ404DdVhyN5dbLvwAI8jnnJ1nNRVEh5+1H0rvwSSlTAo+Po+\
bwIDAQAB

auth.jwt.rsa.privateKey=MIIEvwIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCBKkwggSlAgEAAoIBAQCsr404r/z2s0BZ\
4CC4e2L3VCkxocNnoRprJK7l3IS/DqhSzi3wCIRzocLuJOXVTZ/G+66STo/d73pX\
nD59v5JQVRRo76ihywo47HBdx8nW5CisywSezU+NgH3B445hhCgTYpjfgATr7NFP\
fDy4xdekGZrNls+FQ/xwYA6KZS/idIgrif+fAF7MQR4Uzl1ERrFpuIMF70e85ea7\
wR87b88ywTkr3H8Y//A1sT7LM/6sLquveaAk26BSYTsEHVSyXulLWbK6SIXP49eg\
T+eJt52TkVbMvmN5XwzwXsBnjTgN1WHI3l1su/AAjyOecnWc1FUSHn7UfSu/BJKV\
MCj4+j5vAgMBAAECggEBAJ9/djzJsChc4C8jKJW8wWgYQAQrmUR6NOCJfVGqIKIn\
c6kn7p4p/8yduGIlinM9wzoS9OcF0TP4IVQSaFXVP9sa+kMCOQtXchWprQ+xnOfy\
zO7shVP35maYK4+OEtBXNHzTMMgegm02yw1TfvJbKhXT4HvLs9kvNlbFIikJ1PSf\
kRdruq8/SiqDAiwtN4OUn7X3/pIx6b9P7hbO95aNUi1Dxb8xjQA05QVlqA8OwNyq\
ORUHI0ayZI6dmyTA5FUkZZf1tS0PzVLjubBOjZHRSq1a8Eg2qV+e/zDNPkuKQZ3g\
jyy6PamkRlSbfel6+8zacQVC8QRe1AAX68HFe/WKz2ECgYEA2WZySOPBJF85KuK1\
Tv8rgNAoRZZNZbH/0YT2OkBOprOX7bOtvSx+nTZPw0U7nR3nMqnJ9uk/gVfmkbD6\
WzHaSNEpxim2lT+A9jMC5FZcaQxJDHHBpUdMbPssvPGkE8i0XY+rxyQCugVp7+Jg\
mTHISfaZCSBmAG09qtp3Wuk8li0CgYEAy1iv53kChnVvBTckQYHWI5R5ByzPOEum\
EHLo8fvEvUSWaVlDDoPeFw1XtybNVBeyeu/c3HLi7/Z1836PwtpCCAF9XSIq8N/B\
PUR2hKDlg4j3m6BvR25Pu54ORbyevL1LugV+iGVfQ9lWjeV6XeYoN/jGTwSY/Hb+\
dc4rur8sBIsCgYBYlFx2hI460q3JYow7fs7r8mSmTeKFUCyK4yEshO1HESATU0W0\
Mb/5MJr5Vmk+0GNWikXnXAxrGDSzIigwJjTpvIfH3VEuqKxUJF7GSMXoa4AMGQGs\
5UsnkIQfDFotUXbkNFjqkCqoPvJ2Mofng5g3QsoCJPhKrjgVOGSvXx83lQKBgQCG\
0Y8WveFRumxYHd4Y3HdYcajoe+oLngRFJZqSTWV8QwwiXr8Z0Y4e5IbCdKRv26JG\
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