Json Web Token在前后端实践思考分析

什么是Json Web Token（JWT）

JSON Web Token（JWT）是一种用于在两个实体之间安全传输消息的开放标准（RFC 7519）。JWT以JSON格式编码数据，可以安全地存储在URL参数、POST参数、HTTP标头或Cookie中。JWT包括三个部分：头部，载荷和签名，最终生成的JWT字符串通常具有三段式的形式 xxx.yyy.zzz。其中XXX表示这个头部，YYY表示这个载荷，而ZZZ则表示签名。

JWT的使用场景

JWT通常用于Web应用程序和API接口的设计中，用于身份验证和授权。 在用户成功登录后，JWT会生成并发送到客户端，客户端可以将JWT存储在Cookie或localStorage中，并在每次向服务器发送请求时将JWT包含在请求头或其他需要的地方。 服务器在接收到请求时，会验证JWT是否合法并取出其中的信息，以确定用户是否可以访问被请求的资源。

JWT的优缺点

优点

1. 减轻服务器压力：JWT自包含，自描述，可以包含用户身份信息，减少服务器查询DB的次数。
2. 跨域传输：JWT 在预设的几个重要参数中没有存储服务端的IP和端口，可随意在各个服务间流通传递。
3. 安全性好：JWT 中包含了签名信息，保证了传输过程中信息的不被篡改和窃听。

缺点

1. 可以被窃取：如果JWT被不法分子拦截，那么该分子拥有的就是这个用户的全部身份信息了。
2. JWT中的算法可能会引起安全性问题: 目前 JWT 中使用最多的几个算法就是 HMAC SHA256 和 RS256，使用不当，轻则会导致 JWT 被轻易破解，严重的话还会影响服务端的安全性。

JWT的实现思路

在实际应用中，JWT的应用通常会按照以下流程进行：

1. 用户使用用户名密码登录
2. 服务器验证用户名密码，生成JWT并返回到客户端
3. 客户端将JWT存储在Cookie或localStorage中
4. 在每次向服务器发送请求时，客户端将JWT包含在请求头或其他需要身份验证的地方
5. 服务器通过验证JWT的签名和有效期，取出其中的信息并判断用户是否有权限访问被请求的资源

下面，我们详细介绍如何在前后端中使用JWT。

在前端中使用JWT

生成JWT

前端生成JWT一般使用 JS库 jsonwebtoken 。示例代码如下所示：

const jwt = require('jsonwebtoken');
const secret = 'my_secret_key'; // 这个 key 不能被泄露出去
const payload = { username: 'admin' }; // 载荷，通常存储用户信息

const token = jwt.sign(payload, secret, { expiresIn: '1h' }); // 签发 JWT，设置过期时间为 1 小时
console.log(token); // 输出 JWT 字符串

存储JWT

前端可以将JWT【存储在Cookie中】或【存储在LocalStorage中】。这里以LocalStorage为例：

localStorage.setItem('my_token', token);

在每次请求中发送JWT

前端可以通过请求头的方式将JWT发送到服务器上。示例代码如下所示：

const xhr = new XMLHttpRequest();
xhr.open('GET', '/api/user');
xhr.setRequestHeader('Authorization', `Bearer ${localStorage.getItem('my_token')}`);
xhr.onreadystatechange = () => {
  if (xhr.readyState === 4 && xhr.status === 200) {
    console.log(JSON.parse(xhr.responseText));
  }
};
xhr.send();

在后端中使用JWT

验证JWT

服务器端通常会使用 Node.js】中间件库 express-jwt 验证JWT的有效性，示例代码如下所示：

const express = require('express');
const jwt = require('express-jwt');

const app = express();
const secret = 'my_secret_key';

app.use(
  jwt({
    secret,
    algorithms: ['HS256'],
  }).unless({
    path: ['/login'],
  })
);

app.get('/api/user', (req, res) => {
  console.log(req.user.username); // 输出用户名信息
  res.send(req.user);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Server start at http://localhost:3000');
});

在上述代码中， jwt() 从请求中解析出JWT，然后验证签名的有效性，如果JWT验证通过，解码后的用户信息就被附加到请求的 req.user 属性中，下面路由中就可以使用 req.user 来访问用户的信息了。

生成JWT

服务器端生成JWT也可以使用上述 jsonwebtoken 库的 sign() 调用，示例代码如下所示：

const jwt = require('jsonwebtoken');
const secret = 'my_secret_key';
const payload = { username: 'admin' };
const token = jwt.sign(payload, secret, { expiresIn: '1h' });
res.send({ token });

总结

以上是JWT在前后端分别的实践思考分析。使用JWT可以有效地解决跨域通信问题，并提升数据安全性。当然，针对JWT本身的安全威胁，我们需要在使用前详尽地评估其是否合适自己的应用场景，严格按照规范调用API。