微服务JWT的介绍与使用

1. 无状态登录

1.1 微服务的状态

​ 微服务集群中的每个服务，对外提供的都是Rest风格的接口，而Rest风格的一个最重要的规范就是：服务的无状态性。

​ 什么是无状态？

1. 服务端不保存任何客户端请求者信息
2. 客户端的每次请求必须具备自描述信息，通过这些信息识别客户端身份

​ 无状态，在微服务开放中，优势是？

1. 客户端请求不依赖服务端的信息，任何多次请求不需要必须访问到同一台服务
2. 服务端的是否集群对客户端透明
3. 服务端可以任意的迁移和伸缩
4. 减小服务端存储压力

1.2 无状态登录实现原理

服务器端生产唯一标识（注意：最终需要进行校验）

方案1：UUID，数据单一，不能包含种类过多的信息。

方案2：JWT 生成唯一标识，数据可以自定义。【使用】

为了保证JWT生成数据安全性，采用RSA加密。

浏览器存储和自动携带数据

方案1：使用cookie，有很多局限性（大小，个数）。

方案2：请求参数，get请求URL有长度限制，每一个路径都需要处理比较麻烦。

方案3：浏览器localStorage/sessionStorage存储，通过ajax的请求头携带。【使用】

1.3 RSA加密

1.3.1 概述

​ RSA公开密钥密码体制是一种使用不同的加密密钥与解密密钥，“由已知加密密钥推导出解密密钥在计算上是不可逆的”密码体制。

​ 在公开密钥密码体制中，加密密钥（即公开密钥）PK是公开信息，而解密密钥（即秘密密钥）SK是需要保密的。加密算法E和解密算法D也都是公开的。虽然解密密钥SK是由公开密钥PK决定的，但却不能根据PK计算出SK [2]。

​ RSA加密：非对称加密。

​ 同时生产一对秘钥：公钥和私钥。

​ 公钥秘钥：用于加密

​ 私钥秘钥：用于解密

​ 既然是加密，那肯定是不希望别人知道我的消息，所以只有我才能解密，所以可得出公钥负责加密，私钥负责解密；同理，既然是签名，那肯定是不希望有人冒充我发消息，只有我才能发布这个签名，所以可得出私钥负责签名，公钥负责验证。

使用RSA加密保证token数据在传输过程中不会被篡改。

1.3.2 工具类

package com.czxy.utils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.security.*;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
/**
 * Created by liangtong.
 */
public class RsaUtils {

    /**
     * 从文件中读取公钥
     *
     * @param filename 公钥保存路径，相对于classpath
     * @return 公钥对象
     * @throws Exception
     */
    public static PublicKey getPublicKey(String filename) throws Exception {
        byte[] bytes = readFile(filename);
        return getPublicKey(bytes);
    }

    /**
     * 从文件中读取密钥
     *
     * @param filename 私钥保存路径，相对于classpath
     * @return 私钥对象
     * @throws Exception
     */
    public static PrivateKey getPrivateKey(String filename) throws Exception {
        byte[] bytes = readFile(filename);
        return getPrivateKey(bytes);
    }

    /**
     * 获取公钥
     *
     * @param bytes 公钥的字节形式
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static PublicKey getPublicKey(byte[] bytes) throws Exception {
        X509EncodedKeySpec spec = new X509EncodedKeySpec(bytes);
        KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance("RSA");
        return factory.generatePublic(spec);
    }

    /**
     * 获取密钥
     *
     * @param bytes 私钥的字节形式
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static PrivateKey getPrivateKey(byte[] bytes) throws Exception {
        PKCS8EncodedKeySpec spec = new PKCS8EncodedKeySpec(bytes);
        KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance("RSA");
        return factory.generatePrivate(spec);
    }

    /**
     * 根据密文，生存rsa公钥和私钥,并写入指定文件
     *
     * @param publicKeyFilename  公钥文件路径
     * @param privateKeyFilename 私钥文件路径
     * @param secret             生成密钥的密文
     * @throws Exception
     */
    public static void generateKey(String publicKeyFilename, String privateKeyFilename, String secret) throws Exception {
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        SecureRandom secureRandom = new SecureRandom(secret.getBytes());
        keyPairGenerator.initialize(1024, secureRandom);
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.genKeyPair();
        // 获取公钥并写出
        byte[] publicKeyBytes = keyPair.getPublic().getEncoded();
        writeFile(publicKeyFilename, publicKeyBytes);
        // 获取私钥并写出
        byte[] privateKeyBytes = keyPair.getPrivate().getEncoded();
        writeFile(privateKeyFilename, privateKeyBytes);
    }

    private static byte[] readFile(String fileName) throws Exception {
        return Files.readAllBytes(new File(fileName).toPath());
    }

    private static void writeFile(String destPath, byte[] bytes) throws IOException {
        File dest = new File(destPath);

        //创建父文件夹
        if(!dest.getParentFile().exists()){
            dest.getParentFile().mkdirs();
        }
        //创建需要的文件
        if (!dest.exists()) {
            dest.createNewFile();
        }

        Files.write(dest.toPath(), bytes);
    }
}

1.3.3 生产公钥和私钥

package com.czxy.utils;

import org.junit.Test;

import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;

/**
 * Created by liangtong.
 */
public class TestRsa {

    private static final String pubKeyPath = "D:\rsa\rsa.pub";

    private static final String priKeyPath = "D:\rsa\rsa.pri";

    @Test
    public void testRas() throws Exception {
        //生产公钥和私钥
        RsaUtils.generateKey(pubKeyPath, priKeyPath, "234");
    }

    @Test
    public void testGetRas() throws Exception {
        //获得公钥和私钥
        PublicKey publicKey = RasUtils.getPublicKey(pubKeyPath);
        PrivateKey privateKey = RasUtils.getPrivateKey(priKeyPath);

        System.out.println(publicKey.toString());
        System.out.println(privateKey.toString());
    }

1.4 JWT

1.4.1 概述

​ JWT，全称是Json Web Token， 是JSON风格轻量级的授权和身份认证规范，可实现无状态、分布式的Web应用授权；官网：https://jwt.io

1.4.2 添加坐标

<properties>
    <jwt.jjwt.version>0.9.0</jwt.jjwt.version>
    <jwt.joda.version>2.9.7</jwt.joda.version>
    <lombok.version>1.16.20</lombok.version>
    <beanutils.version>1.9.3</beanutils.version>
</properties>

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>commons-beanutils</groupId>
        <artifactId>commons-beanutils</artifactId>
        <version>${beanutils.version}</version>
    </dependency>

    <dependency>
        <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
        <artifactId>jjwt</artifactId>
        <version>${jwt.jjwt.version}</version>
    </dependency>

    <dependency>
        <groupId>joda-time</groupId>
        <artifactId>joda-time</artifactId>
        <version>${jwt.joda.version}</version>
    </dependency>

    <dependency>
        <groupId>org.projectlombok</groupId>
        <artifactId>lombok</artifactId>
        <version>${lombok.version}</version>
        <scope>provided</scope>
    </dependency>

</dependencies>

1.4.3 时间处理工具：DateTime

//当前时间
DateTime.now().toDate().toLocaleString()
//当前时间加5分钟
DateTime.now().plusMinutes(5).toDate().toLocaleString()
//当前时间减5分钟
DateTime.now().minusMinutes(5).toDate().toLocaleString()

1.4.4 测试JWT

生成Token

@Test
public void testGenerateToken() throws Exception {
    String str = Jwts.builder()
            .claim("test","测试数据")
            .setExpiration(DateTime.now().plusMinutes(60).toDate())
            .signWith(SignatureAlgorithm.RS256,RsaUtils.getPrivateKey(priKeyPath))
            .compact();
    System.out.println(str);
}

解析Token

@Test
public void testParseToken() throws Exception {
    String token = "";
    Claims claims = Jwts.parser().setSigningKey(RsaUtils.getPublicKey(pubKeyPath)).
						parseClaimsJws(token).getBody();
    String text = claims.get("test",String.class);
    System.out.println(text);
}

1.4.5 工具类：JwtUtils

package com.czxy.utils;

import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.JwtBuilder;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import org.apache.commons.beanutils.BeanUtils;
import org.joda.time.DateTime;

import java.beans.BeanInfo;
import java.beans.Introspector;
import java.beans.PropertyDescriptor;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;

/**
 * Created by liangtong.
 */
public class JwtUtils {
    /**
     *  私钥加密token
     * @param data 需要加密的数据（载荷内容）
     * @param expireMinutes 过期时间，单位：分钟
     * @param privateKey 私钥
     * @return
     */
    public static String generateToken(Object data, int expireMinutes, PrivateKey privateKey) throws Exception {
        //1 获得jwt构建对象
        JwtBuilder jwtBuilder = Jwts.builder();
        //2 设置数据
        if( data == null ) {
            throw new RuntimeException("数据不能为空");
        }
        BeanInfo beanInfo = Introspector.getBeanInfo(data.getClass());
        PropertyDescriptor[] propertyDescriptors = beanInfo.getPropertyDescriptors();
        for (PropertyDescriptor propertyDescriptor : propertyDescriptors) {
            // 获得属性名
            String name = propertyDescriptor.getName();
            // 获得属性值
            Object value = propertyDescriptor.getReadMethod().invoke(data);
            if(value != null) {
                jwtBuilder.claim(name,value);
            }
        }
        //3 设置过期时间
        jwtBuilder.setExpiration(DateTime.now().plusMinutes(expireMinutes).toDate());
        //4 设置加密
        jwtBuilder.signWith(SignatureAlgorithm.RS256, privateKey);
        //5 构建
        return jwtBuilder.compact();
    }

    /**
     * 通过公钥解析token
     * @param token 需要解析的数据
     * @param publicKey 公钥
     * @param beanClass 封装的JavaBean
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static <T> T  getObjectFromToken(String token, PublicKey publicKey,Class<T> beanClass) throws Exception {
        //1 获得解析后内容
        Claims body = Jwts.parser().setSigningKey(publicKey).parseClaimsJws(token).getBody();
        //2 将内容封装到对象JavaBean
        T bean = beanClass.newInstance();
        BeanInfo beanInfo = Introspector.getBeanInfo(beanClass);
        PropertyDescriptor[] propertyDescriptors = beanInfo.getPropertyDescriptors();
        for (PropertyDescriptor propertyDescriptor : propertyDescriptors) {
            // 获得属性名
            String name = propertyDescriptor.getName();
            // 通过属性名，获得对应解析的数据
            Object value = body.get(name);
            if(value != null) {
                // 将获得的数据封装到对应的JavaBean中
                BeanUtils.setProperty(bean,name,value);
            }
        }
        return bean;
    }
}

1.4.6 生产token和校验token

编写测试对象UserInfo

@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class UserInfo {

    private Long id;
    private String username;
}

编写测试类

package com.czxy.utils;

import com.czxy.entity.UserInfo;
import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import org.joda.time.DateTime;
import org.junit.Test;

/**
 * Created by liangtong.
 */
public class TestJWT {
    private static final String pubKeyPath = "D:\rsa\rsa.pub";

    private static final String priKeyPath = "D:\rsa\rsa.pri";


    @Test
    public void testToken() throws Exception {
        UserInfo userInfo = new UserInfo();
        userInfo.setId(10L);
        userInfo.setUsername("用户名");
        String token = JwtUtils.generateToken(userInfo, 30, RsaUtils.getPrivateKey(priKeyPath));
        System.out.println(token);
    }

    @Test
    public void testParserToken() throws Exception {
        String token = "eyJhbGciOiJSUzI1NiJ9.eyJjbGFzcyI6ImNvbS5jenh5LmVudGl0eS5Vc2VySW5mbyIsImlkIjoxMCwidXNlcm5hbWUiOiLnlKjmiLflkI0iLCJleHAiOjE1NzU5MTYyMDl9.W3Q3Iz1vGq1nf7RQW3eAzkMvkME9P5_5zoDcFQXX0eke07lA2PLuZGCYcB6-DI0i7UrahFOmB0OFQodrK_3CZkrh-sI_802twkGatRaI0ifetRLV_1XHVl_Lymh6SaDdBB1OT3-EQCAppjoHFb9Tyq1EGyQZ5xoU-vLp7fzNQLQ";
        UserInfo userInfo = JwtUtils.getObjectFromToken(token, RsaUtils.getPublicKey(pubKeyPath), UserInfo.class);
        System.out.println(userInfo);
    }
}

1.4.7 扩展：JWT token组成

JWT的token包含三部分数据：头部、载荷、签名。

生成的数据格式：

1.5 Zuul整合JWT

1.5.1 自定义配置内容

修改application.yml 添加内容

#自定义内容
sc:
  jwt:
    secret: sc@Login(Auth}*^31)&czxy% # 登录校验的密钥（自定义内容）
    pubKeyPath: D:/rsa/rsa.pub # 公钥地址
    priKeyPath: D:/rsa/rsa.pri # 私钥地址
    expire: 360 # 过期时间,单位分钟
  filter:
    allowPaths:
      - /checkusername
      - /checkmobile
      - /sms
      - /register
      - /login
      - /verifycode
      - /categorys
      - /news
      - /brands
      - /sku/esData
      - /specifications
      - /search
      - /goods
      - /comments
      - /pay/callback

1.5.2 JWT配置类

package com.czxy.changgou3.config;

import com.czxy.utils.RasUtils;
import lombok.Data;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.boot.context.properties.ConfigurationProperties;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.annotation.PostConstruct;
import java.io.File;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;

/**
 * Created by liangtong.
 */
@Data
@ConfigurationProperties(prefix = "sc.jwt")
@Component
public class JwtProperties {

    private String secret; // 密钥

    private String pubKeyPath;// 公钥

    private String priKeyPath;// 私钥

    private int expire;// token过期时间

    private PublicKey publicKey; // 公钥

    private PrivateKey privateKey; // 私钥

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(JwtProperties.class);

    @PostConstruct
    public void init(){
        try {
            File pubFile = new File(this.pubKeyPath);
            File priFile = new File(this.priKeyPath);
            if( !pubFile.exists() || !priFile.exists()){
                RasUtils.generateKey( this.pubKeyPath ,this.priKeyPath , this.secret);
            }
            this.publicKey = RasUtils.getPublicKey( this.pubKeyPath );
            this.privateKey = RasUtils.getPrivateKey( this.priKeyPath );
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


}

1.5.3 过滤路径配置类

package com.czxy.changgou3.config;

import lombok.Data;
import org.springframework.boot.context.properties.ConfigurationProperties;

import java.util.List;

/**
 * Created by liangtong.
 */
@Data
@ConfigurationProperties(prefix="sc.filter")
public class FilterProperties {

    //允许访问路径集合
    private List<String> allowPaths;
}

1.5.4 过滤器

package com.czxy.changgou3.filter;

import com.czxy.changgou3.config.FilterProperties;
import com.czxy.changgou3.config.JwtProperties;
import com.czxy.changgou3.pojo.User;
import com.czxy.utils.JwtUtils;
import com.netflix.zuul.ZuulFilter;
import com.netflix.zuul.context.RequestContext;
import com.netflix.zuul.exception.ZuulException;
import org.springframework.boot.context.properties.EnableConfigurationProperties;
import org.springframework.cloud.netflix.zuul.filters.support.FilterConstants;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.annotation.Resource;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;

/**
 * Created by liangtong.
 */
@Component
//2.1 加载JWT配置类
@EnableConfigurationProperties({JwtProperties.class , FilterProperties.class} )
public class LoginFilter  extends ZuulFilter {

    //2.2 注入jwt配置类实例
    @Resource
    private JwtProperties jwtProperties;

    @Resource
    private FilterProperties filterProperties;

    @Override
    public String filterType() {
        return FilterConstants.PRE_TYPE;
    }

    @Override
    public int filterOrder() {
        return 5;
    }

    @Override
    public boolean shouldFilter() {     //03.当前过滤器是否执行，true执行，false不执行
        //3.1 获得用户请求路径
        // 3.1.1 获得上下文
        RequestContext currentContext = RequestContext.getCurrentContext();
        // 3.1.2 获得request
        HttpServletRequest request = currentContext.getRequest();
        // 3.1.2 获得请求路径  , /v3/cgwebservice/login
        String requestURI = request.getRequestURI();

        //3.2 如果路径是 /auth-service/login ，当前拦截不执行
        for (String path  : filterProperties.getAllowPaths()) {
            //判断结尾
            if(requestURI.contains(path)){
                return false;
            }
        }

        //3.3 其他都执行 run()方法
        return true;
    }

    @Override
    public Object run() throws ZuulException {
        //1 获得token
        //1.1 获得上下文
        RequestContext currentContext = RequestContext.getCurrentContext();
        //1.2 获得request对象
        HttpServletRequest request = currentContext.getRequest();
        //1.3 获得指定请求头的值
        String token = request.getHeader("Authorization");


        //2 校验token -- 使用JWT工具类进行解析
        // 2.3 使用工具类，通过公钥获得对应信息
        try {
            JwtUtils.getObjectFromToken(token , jwtProperties.getPublicKey() , User.class);
        } catch (Exception e) {
            // 2.4 如果有异常--没有登录（没有权限）
            currentContext.addOriginResponseHeader("content-type","text/html;charset=UTF-8");
            currentContext.addZuulResponseHeader("content-type","text/html;charset=UTF-8");
            currentContext.setResponseStatusCode( 403 );        //响应的状态码：403
            currentContext.setResponseBody("token失效或无效");
            currentContext.setSendZuulResponse( false );        //没有响应内容
        }

        // 2.5 如果没有异常，登录了--放行
        return null;
    }
}

1.6 下游服务获得token

zuul默认配置

zuul:
  sensitive-headers: Cookie,Set-Cookie,Authorization

修改zuul配置，及删除配置

其他服务中，可以通过request获得内容

代码007普通

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