Was ist JWT? So implementieren Sie den JWT-Authentifizierungsmechanismus in Node (eine kurze Analyse)

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die relevanten Prinzipien der Back-End-JWT-Authentifizierung und deren Verwendung in Node. Ich hoffe, dass er Ihnen hilfreich sein wird.

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1. Warum JWT verwenden?

Die Entstehung einer Technologie dient dazu, die Mängel einer anderen Technologie auszugleichen. Vor der Einführung von JWT musste der Sitzungsauthentifizierungsmechanismus mit Cookie implementiert werden. Da Cookie standardmäßig keinen domänenübergreifenden Zugriff unterstützt, ist bei domänenübergreifenden Front-End-Anfragen an Back-End-Schnittstellen eine Menge zusätzlicher Konfiguration erforderlich, um eine domänenübergreifende Sitzungsauthentifizierung zu erreichen.

Hinweis:

• Wenn das Front-End die Back-End-Schnittstelle anfordert und keine domänenübergreifenden Probleme vorliegen, wird die Verwendung des Sitzungsauthentifizierungsmechanismus empfohlen.
• Wenn das Front-End die Backend-Schnittstelle domänenübergreifend anfordern muss, wird die Verwendung des Sitzungsauthentifizierungsmechanismus nicht empfohlen. Es wird empfohlen, den JWT-Authentifizierungsmechanismus zu verwenden.

2. Was ist JWT

JWT (vollständiger englischer Name: JSON Web Token) ist derzeit die beliebteste domänenübergreifende Authentifizierungslösung. Das Wesentliche ist eine String-Schreibspezifikation, wie unten gezeigt, die zur sicheren und zuverlässigen Übertragung von Informationen zwischen Benutzern und Servern verwendet wird. Im aktuellen Entwicklungsprozess der Front-End- und Back-End-Trennung ist token Der verwendete Authentifizierungsmechanismus ist die gebräuchlichste Lösung zur Identitätsüberprüfung. Der Prozess ist wie folgt:

Wenn der Server überprüft, ob das Benutzerkonto und das Passwort korrekt sind, stellt er dem Benutzer ein Token aus. Dieses Token dient als Anmeldeinformation Benutzer können auf einige Schnittstellen zugreifen

Nachfolgende Besuche verwenden dieses Token, um festzustellen, ob der Benutzer Zugriffsberechtigung hat

3 JWT-Arbeitsprinziptoken鉴权机制用于身份验证是最常见的方案，流程如下：

• 服务器当验证用户账号和密码正确的时候，给用户颁发一个令牌，这个令牌作为后续用户访问一些接口的凭证
• 后续访问会根据这个令牌判断用户是否有权限进行访问

三、JWT工作原理

总结：用户的信息通过 Token 字符串的形式，保存在客户端浏览器中。服务器通过还原 Token 字符串的形式来认证用户的身份。

四、token的组成部分

Token，分成了三部分，头部（Header）、载荷（Payload）、签名（Signature），并以.进行拼接。其中头部和载荷都是以JSON格式存放数据，只是进行了编码。格式如下：

Header.Payload.Signature

下面是 JWT 字符串的示例：

Bearer eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6ImFkbWluIiwiaWF0IjoxNjQ0ODI3NzI2LCJleHAiOjE2NDQ4Mjc3NTZ9.gdZKg9LkPiQZIgNAZ1Mn14GQd9kZZua-_unwHQoRsKE

注意：Bearer 是手动添加的头部信息，必须携带此信息才能解析token ！

五、token的三个部分的含义

1. header

每个JWT都会带有头部信息，这里主要声明使用的算法。声明算法的字段名为alg，同时还有一个typ的字段，默认JWT即可。以下示例中算法为HS256：

{ "alg": "HS256", "typ": "JWT" }

因为JWT是字符串，所以我们还需要对以上内容进行Base64编码，编码后字符串如下：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9

2. payload

载荷即消息体，这里会存放实际的内容，也就是Token的数据声明，例如用户的id和name，默认情况下也会携带令牌的签发时间iat，通过还可以设置过期时间，如下：

{ 
   "sub": "1234567890", 
   "name": "CoderBin", 
   "iat": 1516239022
}

同样进行Base64编码后，字符串如下：

eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ

3. Signature

签名是对头部和载荷内容进行签名，一般情况，设置一个secretKey，对前两个的结果进行HMACSHA25算法，公式如下：

Signature = HMACSHA256(base64Url(header)+.+base64Url(payload),secretKey)

一旦前面两部分数据被篡改，只要服务器加密用的密钥没有泄露，得到的签名肯定和之前的签名不一致

六、JWT使用方式

客户端收到服务器返回的 JWT 之后，通常会将它储存在 localStorage 或 sessionStorage 中。

此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT 的字符串，从而进行身份认证。推荐的做法是把 JWT 放在 HTTP 请求头的 Authorization 字段中，格式如下：

Authorization: Bearer <token></token>

七、JWT实现

Token 的使用分成了两部分：

• 生成token：登录成功的时候，颁发token
• 验证token：访问某些资源或者接口时，验证token

接下来就在 node+express

🎜🎜🎜Zusammenfassung: Benutzerinformationen werden auf der gespeichert Client in Form einer Token-Zeichenfolge im Browser. Der Server authentifiziert die Identität des Benutzers in Form einer 🎜Wiederherstellungs-Token-Zeichenfolge. 🎜

🎜4. Die Komponenten des Tokens🎜🎜🎜Token sind in drei Teile unterteilt: Header, Nutzlast und Signatur (Signatur). mit .. Der Header und die Nutzlast speichern Daten im JSON-Format, sind jedoch codiert. Das Format ist wie folgt: 🎜

npm i jsonwebtoken express-jwt

🎜Das Folgende ist ein Beispiel für eine JWT-Zeichenfolge: 🎜

// 导入用于生成 JWT 字符串的包
const jwt = require('jsonwebtoken')

// 导入用户将客户端发送过来的 JWT 字符串，解析还原成 JSON 对象的包
const expressJWT = require('express-jwt')

🎜Hinweis: Bearer ist eine manuell hinzugefügte Header-Information, und diese Information muss zum Parsen des Tokens übertragen werden! 🎜

🎜5. Die Bedeutung der drei Teile des Tokens🎜🎜

🎜1 Header🎜

🎜Jeder JWT Sie alle verfügen über Header-Informationen, die hauptsächlich den verwendeten Algorithmus deklarieren. Der Feldname zum Deklarieren des Algorithmus lautet alg, und es gibt auch ein Feld typ. Der Standardwert ist JWT. Der Algorithmus im folgenden Beispiel ist HS256: 🎜

// 这个 secretKey 的是可以是任意的字符串
const secretKey = 'CoderBin ^_^'

🎜Da JWT ein String ist, müssen wir den obigen Inhalt auch Base64 kodieren. Der kodierte String lautet wie folgt: 🎜

// 登录接口
app.post('/api/login', function (req, res) {
  // 将 req.body 请求体中的数据，转存为 userinfo 常量
  const userinfo = req.body
  // 省略登录失败情况下的代码... 

  // 登录成功
  // 在登录成功之后，调用 jwt.sign() 方法生成 JWT 字符串。并通过 token 属性发送给客户端
  const tokenStr = jwt.sign(
    { username: userinfo.username }, 
    secretKey, 
    { expiresIn: '30s' }
  )
  
  // 向客户端响应成功的消息
  res.send({
    status: 200,
    message: '登录成功！',
    token: tokenStr // 要发送给客户端的 token 字符串
  })
})

🎜 2. Nutzlast🎜

🎜Die Nutzlast ist der Nachrichtentext, in dem der eigentliche Inhalt gespeichert wird, nämlich die Datendeklaration des Token, wie z. B. die iddes Benutzers > und name, standardmäßig trägt es auch die Token-Ausgabezeit <code>iat, über die Sie auch die Ablaufzeit wie folgt festlegen können: 🎜

// 1. 使用 app.use() 来注册中间件
app.use(expressJWT({ 
  secret: secretKey, 
  algorithms: ['HS256'] 
}).unless({ path: [/^\/api\//] }))

🎜Nach der gleichen Base64-Kodierung , die Zeichenfolge lautet wie folgt: 🎜

// 这是一个有权限的 API 接口，必须在 Header 中携带 Authorization 字段，值为 token，才允许访问
app.get('/admin/getinfo', function (req, res) {
  // TODO_05：使用 req.user 获取用户信息，并使用 data 属性将用户信息发送给客户端
  console.log(req.user);
  res.send({
    status: 200,
    message: '获取用户信息成功！',
    data: req.user // 要发送给客户端的用户信息
  })
})

🎜3.Signature🎜

🎜Signature dient zum Signieren des Header- und Nutzlastinhalts. Im Allgemeinen wird ein secretKey zum Signieren der ersten beiden Das Ergebnis wird dem <code>HMACSHA25-Algorithmus unterzogen, und die Formel lautet wie folgt: 🎜

app.use((err, req, res, next) => {
  // 这次错误是由 token 解析失败导致的
  if (err.name === 'UnauthorizedError') {
    return res.send({
      status: 401,
      message: '无效的token'
    })
  }
  res.send({
    status: 500,
    message: '未知的错误'
  })
})

🎜Sobald die ersten beiden Teile der Daten manipuliert sind, solange der Schlüssel Wenn die für die Serververschlüsselung verwendete Signatur nicht durchgesickert ist, stimmt die erhaltene Signatur definitiv nicht mit der vorherigen Signatur überein Der Server speichert es normalerweise in der Mitte von localStorage oder sessionStorage. 🎜🎜Danach muss der Client jedes Mal, wenn er mit dem Server kommuniziert, diese JWT-Zeichenfolge zur Identitätsauthentifizierung mitbringen. Der empfohlene Ansatz besteht darin, das JWT in das Autorisierungsfeld des HTTP-Anforderungsheaders einzufügen. Das Format lautet wie folgt: 🎜

// 导入 express 模块
const express = require('express')
// 创建 express 的服务器实例
const app = express()

// TODO_01：安装并导入 JWT 相关的两个包，分别是 jsonwebtoken 和 express-jwt
const jwt = require('jsonwebtoken')
const expressJWT = require('express-jwt')


// 允许跨域资源共享
const cors = require('cors')
app.use(cors())

// 解析 post 表单数据的中间件
const bodyParser = require('body-parser')
// 这里用内置的中间件也行： app.use(express.urlencoded({ extended: false }))
app.use(bodyParser.urlencoded({ extended: false }))

// TODO_02：定义 secret 密钥，建议将密钥命名为 secretKey
// 这个 secretKey 的是可以是任意的字符串
const secretKey = 'smiling ^_^'

// TODO_04：注册将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的中间件
// 1. 使用 app.use() 来注册中间件
// 2. express.JWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }) 就是用来解析 Token 的中间件
// 2.1 express-jwt 模块，现在默认为 6版本以上，必须加上： algorithms: ['HS256']
// 3. .unless({ path: [/^\/api\//] }) 用来指定哪些接口不需要访问权限
// 4. 注意：只要配置成功了 express-jwt 这个中间件，就会自动把解析出来的用户信息，挂载到 req.user 属性上
app.use(expressJWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }).unless({ path: [/^\/api\//] }))

// 登录接口
app.post('/api/login', function (req, res) {
  // 将 req.body 请求体中的数据，转存为 userinfo 常量
  const userinfo = req.body
  // 登录失败
  if (userinfo.username !== 'admin' || userinfo.password !== '000000') {
    return res.send({
      status: 400,
      message: '登录失败！'
    })
  }
  // 登录成功
  // TODO_03：在登录成功之后，调用 jwt.sign() 方法生成 JWT 字符串。并通过 token 属性发送给客户端
  // 参数 1：用户的信息对象
  // 参数 2：解密的秘钥
  // 参数 3：配置对象，可以配置 token 的有效期
  // 记住：千万不要把密码加密到 token 字符串中！
  const tokenStr = jwt.sign({ username: userinfo.username }, secretKey, { expiresIn: '30s' })
  res.send({
    status: 200,
    message: '登录成功！',
    token: tokenStr // 要发送给客户端的 token 字符串
  })
})

// 这是一个有权限的 API 接口，必须在 Header 中携带 Authorization 字段，值为 token，才允许访问
app.get('/admin/getinfo', function (req, res) {
  // TODO_05：使用 req.user 获取用户信息，并使用 data 属性将用户信息发送给客户端
  console.log(req.user);
  res.send({
    status: 200,
    message: '获取用户信息成功！',
    data: req.user // 要发送给客户端的用户信息
  })
})

// TODO_06：使用全局错误处理中间件，捕获解析 JWT 失败后产生的错误
app.use((err, req, res, next) => {
  // 这次错误是由 token 解析失败导致的
  if (err.name === 'UnauthorizedError') {
    return res.send({
      status: 401,
      message: '无效的token'
    })
  }
  res.send({
    status: 500,
    message: '未知的错误'
  })
})

// 调用 app.listen 方法，指定端口号并启动web服务器
app.listen(8888, function () {
  console.log('Express server running at http://127.0.0.1:8888')
})

🎜JWT-Implementierung🎜🎜🎜Token Die Verwendung ist in zwei Teile unterteilt: 🎜🎜🎜 Token generieren: Wenn die Anmeldung erfolgreich ist, wird das Token ausgegeben. 🎜🎜 Überprüfungstoken: Beim Zugriff auf bestimmte Ressourcen oder Schnittstellen wird das Token überprüft. 🎜🎜🎜 Als nächstes node+express Umgebung, ich zeige Ihnen, wie Sie die JWT-Authentifizierung implementieren. Am Ende gibt es einen vollständigen Code mit Kommentaren. Sie können den endgültigen Code direkt sehen<h3 data-id="heading-11"><strong>1. 安装 JWT 相关的包</strong></h3> <p>运行如下命令，安装如下两个 JWT 相关的包：</p><pre class="brush:js;toolbar:false;">npm i jsonwebtoken express-jwt</pre><p>其中：</p> <ul> <li> <code>jsonwebtoken 用于生成 JWT 字符串

express-jwt 用于验证token，将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象

2. 导入 JWT 相关的包

在app.js中

// 导入用于生成 JWT 字符串的包
const jwt = require('jsonwebtoken')

// 导入用户将客户端发送过来的 JWT 字符串，解析还原成 JSON 对象的包
const expressJWT = require('express-jwt')

3. 定义 secret 密钥 *

为了保证 JWT 字符串的安全性，防止 JWT 字符串在网络传输过程中被别人破解，我们需要专门定义一个用于加密和解密的 secret 密钥：

• 当生成 JWT 字符串的时候，需要使用 secret 密钥对用户的信息进行加密，最终得到加密好的 JWT 字符串

• 当把 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的时候，需要使用 secret 密钥进行解密

// 这个 secretKey 的是可以是任意的字符串
const secretKey = 'CoderBin ^_^'

4. 在登录成功后生成 JWT 字符串 *

调用 jsonwebtoken 包提供的 sign() 方法，将用户的信息加密成 JWT 字符串，响应给客户端：

• 参数 1：用户的信息对象
• 参数 2：解密的秘钥
• 参数 3：配置对象，可以配置 token 的有效期

注意：千万不要把密码加密到 token 字符串中！

// 登录接口
app.post('/api/login', function (req, res) {
  // 将 req.body 请求体中的数据，转存为 userinfo 常量
  const userinfo = req.body
  // 省略登录失败情况下的代码... 

  // 登录成功
  // 在登录成功之后，调用 jwt.sign() 方法生成 JWT 字符串。并通过 token 属性发送给客户端
  const tokenStr = jwt.sign(
    { username: userinfo.username }, 
    secretKey, 
    { expiresIn: '30s' }
  )
  
  // 向客户端响应成功的消息
  res.send({
    status: 200,
    message: '登录成功！',
    token: tokenStr // 要发送给客户端的 token 字符串
  })
})

5. 将 JWT 字符串还原为 JSON 对象 *

客户端每次在访问那些有权限接口的时候，都需要主动通过请求头中的 Authorization 字段，将 Token 字符串发送到服务器进行身份认证。

此时，服务器可以通过 express-jwt 这个中间件，自动将客户端发送过来的 Token 解析还原成 JSON 对象：

• express.JWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }) 就是用来解析 Token 的中间件
• express-jwt 模块，现在默认为 6版本以上，必须加上： algorithms: ['HS256']

注意：只要配置成功了 express-jwt 这个中间件，就会自动把解析出来的用户信息，挂载到 req.user 属性上

// 1. 使用 app.use() 来注册中间件
app.use(expressJWT({ 
  secret: secretKey, 
  algorithms: ['HS256'] 
}).unless({ path: [/^\/api\//] }))

注意：

• secret 必须和 sign 时候保持一致
• 可以通过 unless 配置接口白名单，也就是哪些 URL 可以不用经过校验，像登陆/注册都可以不用校验
• 校验的中间件需要放在需要校验的路由前面，无法对前面的 URL 进行校验

6. 使用 req.user 获取用户信息

当 express-jwt 这个中间件配置成功之后，即可在那些有权限的接口中，使用 req.user 对象，来访问从 JWT 字符串中解析出来的用户信息了，示例代码如下：

// 这是一个有权限的 API 接口，必须在 Header 中携带 Authorization 字段，值为 token，才允许访问
app.get('/admin/getinfo', function (req, res) {
  // TODO_05：使用 req.user 获取用户信息，并使用 data 属性将用户信息发送给客户端
  console.log(req.user);
  res.send({
    status: 200,
    message: '获取用户信息成功！',
    data: req.user // 要发送给客户端的用户信息
  })
})

7. 捕获解析 JWT 失败后产生的错误

当使用 express-jwt 解析 Token 字符串时，如果客户端发送过来的 Token 字符串过期或不合法，会产生一个解析失败的错误，影响项目的正常运行。我们可以通过 Express 的错误中间件，捕获这个错误并进行相关的处理，示例代码如下:

app.use((err, req, res, next) => {
  // 这次错误是由 token 解析失败导致的
  if (err.name === 'UnauthorizedError') {
    return res.send({
      status: 401,
      message: '无效的token'
    })
  }
  res.send({
    status: 500,
    message: '未知的错误'
  })
})

8. 完整代码

app.js

// 导入 express 模块
const express = require('express')
// 创建 express 的服务器实例
const app = express()

// TODO_01：安装并导入 JWT 相关的两个包，分别是 jsonwebtoken 和 express-jwt
const jwt = require('jsonwebtoken')
const expressJWT = require('express-jwt')


// 允许跨域资源共享
const cors = require('cors')
app.use(cors())

// 解析 post 表单数据的中间件
const bodyParser = require('body-parser')
// 这里用内置的中间件也行： app.use(express.urlencoded({ extended: false }))
app.use(bodyParser.urlencoded({ extended: false }))

// TODO_02：定义 secret 密钥，建议将密钥命名为 secretKey
// 这个 secretKey 的是可以是任意的字符串
const secretKey = 'smiling ^_^'

// TODO_04：注册将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的中间件
// 1. 使用 app.use() 来注册中间件
// 2. express.JWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }) 就是用来解析 Token 的中间件
// 2.1 express-jwt 模块，现在默认为 6版本以上，必须加上： algorithms: ['HS256']
// 3. .unless({ path: [/^\/api\//] }) 用来指定哪些接口不需要访问权限
// 4. 注意：只要配置成功了 express-jwt 这个中间件，就会自动把解析出来的用户信息，挂载到 req.user 属性上
app.use(expressJWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }).unless({ path: [/^\/api\//] }))

// 登录接口
app.post('/api/login', function (req, res) {
  // 将 req.body 请求体中的数据，转存为 userinfo 常量
  const userinfo = req.body
  // 登录失败
  if (userinfo.username !== 'admin' || userinfo.password !== '000000') {
    return res.send({
      status: 400,
      message: '登录失败！'
    })
  }
  // 登录成功
  // TODO_03：在登录成功之后，调用 jwt.sign() 方法生成 JWT 字符串。并通过 token 属性发送给客户端
  // 参数 1：用户的信息对象
  // 参数 2：解密的秘钥
  // 参数 3：配置对象，可以配置 token 的有效期
  // 记住：千万不要把密码加密到 token 字符串中！
  const tokenStr = jwt.sign({ username: userinfo.username }, secretKey, { expiresIn: '30s' })
  res.send({
    status: 200,
    message: '登录成功！',
    token: tokenStr // 要发送给客户端的 token 字符串
  })
})

// 这是一个有权限的 API 接口，必须在 Header 中携带 Authorization 字段，值为 token，才允许访问
app.get('/admin/getinfo', function (req, res) {
  // TODO_05：使用 req.user 获取用户信息，并使用 data 属性将用户信息发送给客户端
  console.log(req.user);
  res.send({
    status: 200,
    message: '获取用户信息成功！',
    data: req.user // 要发送给客户端的用户信息
  })
})

// TODO_06：使用全局错误处理中间件，捕获解析 JWT 失败后产生的错误
app.use((err, req, res, next) => {
  // 这次错误是由 token 解析失败导致的
  if (err.name === 'UnauthorizedError') {
    return res.send({
      status: 401,
      message: '无效的token'
    })
  }
  res.send({
    status: 500,
    message: '未知的错误'
  })
})

// 调用 app.listen 方法，指定端口号并启动web服务器
app.listen(8888, function () {
  console.log('Express server running at http://127.0.0.1:8888')
})

八. 测试结果

1 测试登录接口

借助 postman 工具测试接口

2. 测试登录需要权限的接口-失败

3. 测试登录需要权限的接口-成功

九、最后总结

JWT鉴权机制有许多优点：

• json具有通用性，所以可以跨语言
• 组成简单，字节占用小，便于传输
• 服务端无需保存会话信息，很容易进行水平扩展
• 一处生成，多处使用，可以在分布式系统中，解决单点登录问题
• 可防护CSRF攻击

当然，不可避免的也有一些缺点：

• Der Nutzdatenteil ist einfach verschlüsselt, sodass er nur zum Speichern nicht sensibler Informationen verwendet werden kann, die für die Logik erforderlich sind.
• Der Verschlüsselungsschlüssel muss geschützt werden, um das Token zu vermeiden Wenn Sie entführt werden, verwenden Sie am besten das https-Protokoll
Das war's mit dieser kurzen Analyse des JWT-Authentifizierungsmechanismus. Ich hoffe, dass sie für alle hilfreich ist. Vielen Dank!

Weitere Informationen zu Knoten finden Sie unter:

nodejs-Tutorial

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