什么是JWT？JWT在Java语言中的使用详解

什么是JWT？JWT，全称JsonWebToken，是一种基于json的开发标准。下面的文章，将为大家详细地介绍一下JWT的特点、原理和数据结构以及在Java中是怎么去使用的。

JWT特点

JWT默认是不加密，但也是可以加密的。生成原始Token以后，可以用密钥再加密一次。

JWT不加密的情况下，不能将秘密数据写入JWT。

JWT不仅可以用于认证，也可以用于交换信息。有效使用JWT，可以降低服务器查询数据库的次数。

JWT的最大缺点是，由于服务器不保存session状态，因此无法在使用过程中废止某个token，或者更改token的权限。也就是说，一旦JWT签发了，在到期之前就会始终有效，除非服务器部署额外的逻辑。

JWT本身包含了认证信息，一旦泄露，任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限，使用时应该再次对用户进行认证。

1.JWT的原理

Jwt官网：https://jwt.io/

JWT的原理是，服务器认证以后，生成一个JSON对象，发回给用户，就像下面这样。

{
    "name":"JohnDoe",
    "角色":"管理员",
    "到期时间":"2018年7月1日0点0分"
}

以后，用户与服务端通信的时候，都要发回这个JSON对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。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（详见后文）。

服务器就不保存任何session数据了，也就是说，服务器变成无状态了，从而比较容易实现扩展。

2.JWT的数据结构

JWT大概就像下面这样。

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

它是一个很长的字符串，中间用点（.）分隔成三个部分。注意，JWT内部是没有换行的。

JWT的三个组成部分依次如下。

·Header（头部）
·Payload（负载）
·Signature（签名）

写成一行，就是下面的样子

Header.Payload.Signature

2.1Header

Header部分是一个JSON对象，描述JWT的元数据，通常是下面的样子。

{
    "alg":"HS256",
    "typ":"JWT"
}

上面代码中，alg属性表示签名的算法（algorithm），默认是HMACSHA256（写成HS256）；typ属性表示这个令牌（token）的类型（type），JWT令牌统一写为JWT。

最后，将上面的JSON对象使用Base64URL算法转成字符串。

2.2Payload

Payload部分也是一个JSON对象，用来存放实际需要传递的数据。JWT规定了7个官方字段，供选用。

iss(issuer)：签发人
exp(expirationtime)：过期时间
sub(subject)：主题
aud(audience)：受众
nbf(NotBefore)：生效时间
iat(IssuedAt)：签发时间
jti(JWTID)：编号

除了官方字段，你还可以在这个部分定义私有字段，下面就是一个例子

{
    "sub":"1234567890",
    "name":"JohnDoe",
    "admin":true
}

JWT默认是不加密的，任何人都可以读到，所以不要把秘密信息放在这个部分。

这个JSON对象也要使用Base64URL算法转成字符串。

2.3Signature

Signature部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。

首先，需要指定一个密钥（secret）。这个密钥只有服务器才知道，不能泄露给用户。然后，使用Header里面指定的签名算法（默认是HMACSHA256），按照下面的公式产生签名。

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

算出签名以后，把Header、Payload、Signature三个部分拼成一个字符串，每个部分之间用”点”（.）分隔，就可以返回给用户。

3.在Java中使用

3.1引入依赖

<!-- Jwt https://mvnrepository.com/artifact/io.jsonwebtoken/jjwt -->
      <dependency>
          <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
          <artifactId>jjwt</artifactId>
          <version>0.9.1</version>
      </dependency>

3.2代码例子

package com.suibibk.jwt;
import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import io.jsonwebtoken.impl.Base64Codec;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
class DemoApplicationTests {
    // 加盐秘钥
    private static String secret = "jwtSecretValueqweruqwyeiquweyi";
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建token
        String token = createToken(5);
        System.out.println("token: " + token);
        // 解析token, jwt是经过Base64编码的
        String[] ts = token.split("\\.");
        System.out.println("Header（头部）: " + Base64Codec.BASE64.decodeToString(ts[0]));
        System.out.println("Payload（负载）: " + Base64Codec.BASE64.decodeToString(ts[1]));
        System.out.println("Signature（签名）: " + Base64Codec.BASE64.decodeToString(ts[2]));
        //这里休息六秒后会导致抛出异常ExpiredJwtException，表明token已经失效了
        //Thread.sleep(6 * 1000);
        // 解析token
        parseToken(token);
    }
    // 创建token
    public static String createToken(Integer time) {
        // 自定义信息
        Map<String, Object> map = new HashMap<>();
        map.put("name", "admin");
        String token = Jwts.builder()
                .setClaims(map)// 自定义内容接受一个map
                .setId("9527") // 唯一id
                .setSubject("jwtSubject") // JWT的主体
                .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + time * 1000))// 设置过期时间 time秒
                .setIssuedAt(new Date())//设置签发时间
                .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, secret)// 设置签名算法和加盐秘钥
                .compact();
        return token;
    }
    // 解析token
    public static void parseToken(String token) {
        System.out.println("====================开始解析JWT====================");
        try {
            Claims body = Jwts.parser()
                    .setSigningKey(secret)// 签名秘钥
                    .parseClaimsJws(token)// 要解析的jwt
                    .getBody();
            System.out.println("id:  " + body.getId());
            System.out.println("sub: " + body.getSubject());
            System.out.println("自定义内容 name: " + body.get("name"));
            System.out.println("令牌签发时间:  " + body.getIssuedAt());
            System.out.println("令牌过期时间: " + body.getExpiration());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("无效Token");
        }
        System.out.println("====================JWT解析结束====================");
    }
}

运行输出

token: eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJzdWIiOiJqd3RTdWJqZWN0IiwibmFtZSI6ImFkbWluIiwiZXhwIjoxNjg5MDY2OTk3LCJpYXQiOjE2ODkwNjY5OTIsImp0aSI6Ijk1MjcifQ.-b2wY6_Zjeq0GV1xxMK7TEtYYAN_5VXwVj99MwV6CV8
Header（头部）: {"alg":"HS256"}
Payload（负载）: {"sub":"jwtSubject","name":"admin","exp":1689066997,"iat":1689066992,"jti":"9527"
Signature（签名）: ????[乱码，这是因为这里是签名]
====================开始解析JWT====================
id:  9527
sub: jwtSubject
自定义内容 name: admin
令牌签发时间:  Tue Jul 11 17:16:32 CST 2023
令牌过期时间: Tue Jul 11 17:16:37 CST 2023
====================JWT解析结束====================

如果放开

//Thread.sleep(6 * 1000);

我们设置的过期时间是5秒，所以休息6秒后就会抛出异常

====================开始解析JWT====================
io.jsonwebtoken.ExpiredJwtException: JWT expired at 2023-07-11T17:19:57Z. Current time: 2023-07-11T17:19:59Z, a difference of 2164 milliseconds.  Allowed clock skew: 0 milliseconds.
    at io.jsonwebtoken.impl.DefaultJwtParser.parse(DefaultJwtParser.java:385)
    at io.jsonwebtoken.impl.DefaultJwtParser.parse(DefaultJwtParser.java:481)
    at io.jsonwebtoken.impl.DefaultJwtParser.parseClaimsJws(DefaultJwtParser.java:541)
    at com.suibibk.jwt.DemoApplicationTests.parseToken(DemoApplicationTests.java:55)
    at com.suibibk.jwt.DemoApplicationTests.main(DemoApplicationTests.java:30)
无效Token
====================JWT解析结束====================

我们捕获到这个异常就表明已过期了，如果有人篡改就会报签名异常

====================开始解析JWT====================
io.jsonwebtoken.SignatureException: JWT signature does not match locally computed signature. JWT validity cannot be asserted and should not be trusted.
    at io.jsonwebtoken.impl.DefaultJwtParser.parse(DefaultJwtParser.java:354)
    at io.jsonwebtoken.impl.DefaultJwtParser.parse(DefaultJwtParser.java:481)
    at io.jsonwebtoken.impl.DefaultJwtParser.parseClaimsJws(DefaultJwtParser.java:541)
    at com.suibibk.jwt.DemoApplicationTests.parseToken(DemoApplicationTests.java:55)
    at com.suibibk.jwt.DemoApplicationTests.main(DemoApplicationTests.java:30)
无效Token
====================JWT解析结束====================

参考：https://www.w3cschool.cn/article/43015292.html