什么是JWT？JWT怎么在nodejs中使用？

什么是JWT？本篇文章带大家了解一下JWT，介绍一下JWT在node中的应用，以及JWT的优缺点，希望对大家有所帮助！

什么是JWT

JWT也就是JSON Web Token的缩写，也就是为了在网络应用环境中一种认证解决方案，在传统的认证机制中，无非是一下几个步骤：

1. 用户将账号密码发送到服务器；

2. 服务器通过验证账号密码后，会在当前session中保存一些用户相关的信息，用户角色或者过期时间等等；

3. 服务器给用户一个session_id, 写入用户的Cookie或者客户端自行保存在本地；

4. 用户每次请求服务，都需要带上这个session_id，或许会通过Cookie，或者其他的方式；

5. 服务器接收到后，回去数据库查询当前的session_id，校验该用户是否有权限；

这种模式有一种优势在于，服务器随时可以终止用户的权限，可以去数据库修改或者删除当前用户的session信息。但是也有一点不好的，就是如果是服务器集群的话，所有的机器就需要共享这些session信息，确保每台服务器都能够获取到相同的session存储信息。虽然可以解决这些问题，但是工程量巨大。

JWT方案的优势呢，就是不保存这些信息，token数据保存在客户端，每次接受请求时，只需要校验就好。

JWT的原理

简单说一下JWT的原理，其实就是客户端发送请求认证的时候，服务器在认证用户之后，会生成一个JSON对象，大概包括“你是谁，你是干嘛的等等，到期时间”这些信息，重要的是一定要有到期时间；大致格式为：

{
    username: "贼烦字符串er",
    role: "世代码农",
    endTime: "2022年5月20日"
}

但是不会用这么肤浅的方式传给你，它会通过制定的签名算法和你提交的payload的一些信息进行可逆的签名算法进行签名后传输，大致的格式我用一张图片表示：

由图片可以看出，返回的信息大致分为三部分，左侧为签名之后的结果，也就是返回给客户端的结果，右侧也是就Decoded的源码了，三部分由“点”隔开，分别由红、紫、青三种颜色一一对应：

第一个红色部分是Header，Header中主要是指定了的方式，图中的签名算法（默认HS256）就是带有 SHA-256 的 HMAC 是一种对称算法, 双方之间仅共享一个密钥，typ字段标识为JWT类型；

第二个紫色部分payload，就是一个JSON对象，也就是实际要传输的数据，官方有七个字段可以使用：

iss (issuer)：签发人

exp (expiration time)：过期时间

sub (subject)：主题

aud (audience)：受众

nbf (Not Before)：生效时间

iat (Issued At)：签发时间

jti (JWT ID)：编号

除了这些字段，你还可以搞一些自定义的字段，由于JWT默认是不加密的，所以在使用的时候尽量注意不要使用一些敏感数据。

第三部分就是Signature签名，这一部分，是由你自己指定且只有服务器存在的秘钥，然后使用头部指定的算法通过下面的签名方法进行签名。

JWT的简单使用

下面我们来感受一下具体的使用：

第一步：我们需要搭建一个nodejs的项目；通过npm init -y初始化一个项目；之后我们需要安装依赖，分别按状express、jsonwebtoken和nodemon三个依赖:

npm i express jsonwebtoken nodemon

之后在package.json中的scripts字段中添加nodemon app.js命令：

"scripts": {
    "start": "nodemon app.js"
},

第二步：初始化一下node应用，在根目录下创建app.js文件；

// app.js 
const express = require("express");
const app = express();
 
app.use(express.json());
 
app.listen(3000, () => {
  console.log(3000 + " listening..."); // 监听3000端口
});

第三步：引入jsonwebtoken依赖，并且创建接口和服务器的私钥；

// app.js 
//...
const jwt = require("jsonwebtoken");
 
const jwtKey = "~!@#$%^&*()+,";
// ...

这里面的jwtKey是我们自定义保存仅限保存在服务器中的私钥，之后我们开始写一个 /login 接口，用来登录，并且创建本地的模拟数据库用来校验，并通过jwt.sign方法进行校验签名：

// app.js
const database = {
  username: "username",
  password: "password",
};
 
app.post("/login", (req, res) => {
  const { username, password } = req.body;
  if (username === database.username && password === database.password) {
    jwt.sign(
      {
        username,
      },
      jwtKey,
      {
        expiresIn: "30S",
      },
      (_, token) => {
        res.json({
          username,
          message: "登陆成功",
          token,
        });
      }
    );
  }
});

上面代码中我们创建了database变量来模拟创建了本地的账号密码数据库，用来校验登陆；接下来建立了一个/login的post接口，在校验账号密码完全匹配之后，我们通过jsonwebtoken包导入的jwt对象下的人sign方法进行签名，这个方法有三种接口签名：

export function sign(
    payload: string | Buffer | object,
    secretOrPrivateKey: Secret,
    options?: SignOptions,
): string;
 
export function sign(
    payload: string | Buffer | object,
    secretOrPrivateKey: Secret,
    callback: SignCallback,
): void;
 
export function sign(
    payload: string | Buffer | object,
    secretOrPrivateKey: Secret,
    options: SignOptions,
    callback: SignCallback,
): void;

这里用到了函数重载的方式实现接口，我们这里将实现最后一个接口签名，第一个参数可以是一个自定义的对象类型，也可以是一个Buffer类型，还可以直接是一个string类型，我们的源码使用了object类型，自定义了一些字段，因为jwt在进行签名是也会对这些数据一并进行签名，但是值得注意的是，这里尽量不要使用敏感数据，因为JWT默认是不加密的，它的核心就是签名，保证数据未被篡改，而检查签名的过程就叫做验证。

当然你也可以对原始Token进行加密后传输；

第二个参数：是我们保存在服务器用来签名的秘钥，通常在客户端-服务端模式中，JWS 使用 JWA 提供的 HS256 算法加上一个密钥即可，这种方式严格依赖密钥，但在分布式场景，可能多个服务都需要验证JWT，若要在每个服务里面都保存密钥，那么安全性将会大打折扣，要知道，密钥一旦泄露，任何人都可以随意伪造JWT。

第三个参数：是签名的选项SignOptions，接口的签名：

export interface SignOptions {
    algorithm?: Algorithm | undefined;
    keyid?: string | undefined;
    expiresIn?: string | number | undefined;
    /** expressed in seconds or a string describing a time span [zeit/ms](https://github.com/zeit/ms.js).  Eg: 60, "2 days", "10h", "7d" */
    notBefore?: string | number | undefined;
    audience?: string | string[] | undefined;
    subject?: string | undefined;
    issuer?: string | undefined;
    jwtid?: string | undefined;
    mutatePayload?: boolean | undefined;
    noTimestamp?: boolean | undefined;
    header?: JwtHeader | undefined;
    encoding?: string | undefined;
}

这里我们用的是expiresIn字段，指定了时效时间，使用方法参考这个文档；

第四个参数是一个回调，回调的第二个参数就是我们通过签名生成的token，最后将这个token返回给前端，以便存储到前端本地每次请求是带上到服务端进行验证。

接下来，我们来验证一下这个接口： 我是在vscode安装的REST Client插件，之后在根目录创建一个request.http的文件，文件内写上请求的信息：

POST http://localhost:3000/login
content-type: application/json
 
{
  "username": "username",
  "password": "password"
}

之后在命令行执行npm run start命令启动服务，之后在requset.http文件上方点击Send Request按钮，发送请求：

请求成功后，会看到这样的响应报文：

token字段就是我们JWT生成的token;

下面来验证一下这个token是否有效，我们在写一个登录过后的接口：

app.get("/afterlogin", (req, res) => {
  const { headers } = req;
   
  const token = headers["authorization"].split(" ")[1];
  // 将token放在header的authorization字段中
  jwt.verify(token, jwtKey, (err, payload) => {
    if (err) return res.sendStatus(403);
    res.json({ message: "认证成功", payload });
  });
});

这段代码中，通过获取请求头中的authorization字段中的token进行获取之前通过JWT生成的token。 之后通过调用jwt.verify校验方法校验这个token是否有效，这个方法分别有三个参数：

// 有四个接口签名，可以自行查文档
 
export function verify(
    token: string,
    // 需要检验的token
    secretOrPublicKey: Secret | GetPublicKeyOrSecret,
    // 定义在服务器的签名秘钥
    callback?: VerifyCallback<JwtPayload | string>,
    // 获取校验信息结果的回调
): void;

接下来我们把刚才响应的token复制到请求头中：

###
GET http://localhost:3000/afterlogin
authorization: Bearer eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6InVzZXJuYW1lIiwiaWF0IjoxNjUyNzg5NzA3LCJleHAiOjE2NTI3ODk3Mzd9.s9fk3YLhxTUcpUgCfIK4xQN58Hk_XEP5y9GM9A8jBbY

前面的Bearer认证， 是http协议中的标准认证方式

同样点击Send Request当看到下面图片的响应，就意味着响应成功:

其实以上就是JWT的一些简单的用法，接下来再说一下JWT本身存在的优缺点.

JWT的不足

JWT占用的存储空间其实并不小，如果我们需要签名做过多的信息，那么token很可能会超出cookie的长度限制，例如对比一下这两张图片：

很明显，随着payload的信息量增大，token的长度也会增加；

安全性，其实如果token的占用空间过大，Cookie最大存储空间只有4kb前端可以存储在localStorage之类的本地存储，但是会带来一个问题，如果不是放在cookie的话，安全性就会大打折扣，就会有通过js脚本获取到的风险，就意味着任何hacker都可以拿着它做任何事情；

不灵活的时效性，其实JWT的某方面意义在于用户token不需要持久化存储，而是采用服务器校验的方式对token进行有效校验，刚才看到了，签名也是把到期时间一并签名的，如果改变到期时间token就会被篡改，由于没有存储和手动更改时效的方法，所以很难立刻将这个token删掉，如果用户重复登陆两次，生成两个token，那么原则上两个token都是有效的；

总结

以上主要讲了几点：

JWT的原理，主要是通过服务器的私钥对JSON的签名产生的token进行会话；

也介绍了JWT内部数据的组成，是由Header用来指定签名算法和类型的，payload来传输JSON数据，Signature来对数据进行签名算法，放置篡改；

具体介绍了一下如何通过nodejs使用JWT，通过sign方法进行数据签名，verify方法进行签名验证；

还介绍了一些JWT的不足：

一个是存储空间随着签名数据量的增大而增加;

再有就是安全性，如果由于存储空间过大将无法存储在安全级别相对较高的Cookie中，导致脚本可以随意获取；

再有就是时效性，无法灵活的控制token的时效性；

这个是上面nodejs的demo源码，可供参考；

https://github.com/wangzi6224/jwt-usage-nodejs