Python JWT 介绍

1. JWT 介绍

? jwt（ JSON Web Tokens ），是一种开发的行业标准 RFC 7519 ，用于安全的表示双方之间的声明。目前，jwt广泛应用在系统的用户认证方面，特别是现在前后端分离项目
? jwt认证流程：

? 在项目开发中，一般会按照上图所示的过程进行认证，即：用户登录成功之后，服务端给用户浏览器返回一个 token，以后用户浏览器要携带 token 再去向服务端发送请求，服务端校验 token 的合法性，合法则给用户看数据，否则，返回一些错误信息

? 传统token方式和jwt在认证方面有什么差异？

• 传统 token 方式：用户登录成功后，服务端生成一个随机 token 给用户，并且在服务端(数据库或缓存)中保存一份 token，以后用户再来访问时需携带 token，服务端接收到 token 之后，去数据库或缓存中进行校验 token 的是否超时、是否合法
• jwt 方式：用户登录成功后，服务端通过 jwt 生成一个随机 token 给用户（服务端无需保留 token），以后用户再来访问时需携带token，服务端接收到 token 之后，通过 jwt 对 token 进行校验是否超时、是否合法

2. JWT 创建 token

2.1 JWT 生成原理

? jwt 的生成 token 格式如下，即：由 . 连接的三段字符串组成

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lI
iwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

?

? 生成规则如下：

• 第一段 HEADER 部分，固定包含算法和 token 类型，对此 json 进行 base64url 加密，这就是 token
  的第一段

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

• 第二段 PAYLOAD 部分，包含一些数据，对此json进行base64url加密，这就是token的第二段

{
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"iat": 1516239022
...
}

• 第三段 SIGNATURE 部分，把前两段的 base64url 密文通过. 拼接起来，然后对其进行 HS256 加密，再然后对hs256 密文进行 base64url 加密，最终得到 token 的第三段

base64url(
	HMACSHA256(
		base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload),
	your-256-bit-secret (秘钥加盐)
	)
)

? 最后将三段字符串通过 . 拼接起来就生成了 jwt 的 token

? 注意：base64url 加密是先做 base64 加密，然后再将 - 替代 + 及 _ 替代 /

2.2 JWT 校验 token 原理

? 一般在认证成功后，把 jwt 生成的 token 返回给用户，以后用户再次访问时候需要携带 token，此时 jwt 需要对token 进行超时及合法性校验
? 获取 token 之后，会按照以下步骤进行校验：

• 将token分割成 header_segment 、payload_segment 、crypto_segment 三部分

JWT_TOKEN =
"eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c"

signing_input, crypto_segment = JWT_TOKEN.rsplit(‘.‘, 1)
header_segment, payload_segment = signing_input.split(‘.‘, 1)

• 对第一部分header_segment 进行 base64url 解密，得到 header
• 对第二部分payload_segment 进行 base64url 解密，得到 payload
• 对第三部分crypto_segment 进行 base64url 解密，得到 signature，针对 signature 部分数据进行合法性校验
  • 拼接前两段密文，即：signing_input
  • 从第一段明文中获取加密算法，默认：HS256
  • 使用算法+盐 对 signing_input 进行加密，将得到的结果和 signature 密文进行比较

3. 代码实现

? 基于 Python 的 pyjwt 模块创建 jwt 的 token

• 安装

pip3 install pyjwt

• 实现

from datetime import datetime, timedelta

import jwt


class JwtToken(object):

    _salt = "@^4_00wedv**pi)+(!w1rwi=d3q4l=ie=g-u$s8jevmj*zgg2h" 

    _expire_message = dict(code=1200, msg="token 已经失效")

    _unknown_error_message = dict(code=4200, msg="token 解析失败")

    @classmethod
    def generate_token(cls, payload: dict) -> str:
        headers = dict(typ="jwt", alg="HS256")
        resut = jwt.encode(payload=payload, key=cls._salt, algorithm="HS256", headers=headers)
        return resut

    @classmethod
    def parse_token(cls, token: str) -> tuple:
        verify_status = False
        try:
            payload_data = jwt.decode(token, cls._salt, algorithms=[‘HS256‘])
            verify_status = True
        except jwt.ExpiredSignatureError:
            payload_data = cls._expire_message
        except Exception as _err:
            payload_data = cls._unknown_error_message
        return verify_status, payload_data


if __name__ == ‘__main__‘:
    TEST_DATA = dict(name="mooor", exp=datetime.utcnow() - timedelta(seconds=1))
    token = JwtToken.generate_token(TEST_DATA)
    print(token)
    payload = JwtToken.parse_token(token)
    print(payload)

? 注意：exp 务必选择 UTC 时间

Expiration time will be compared to the current UTC time (as given by timegm(datetime.utcnow().utctimetuple())), so be sure to use a UTC timestamp or datetime in encoding

4. 参数介绍

4.1 示例：

import jwt
import datetime

dic = {
    ‘exp‘: datetime.datetime.utcnow() + datetime.timedelta(days=1),  # 过期时间
    ‘iat‘: datetime.datetime.utcnow(),  #  开始时间
    ‘iss‘: ‘ChaosMoor‘,                 #  签名
    ‘data‘: {                           #  内容，一般存放该用户id和开始时间
        ‘a‘: 1,
        ‘b‘: 2,
    },
}


token = jwt.encode(dic, ‘secret‘, algorithm=‘HS256‘)                            # 加密生成字符串
print(token)

payload = jwt.decode(token, ‘secret‘, issuer=‘lianzong‘, algorithms=[‘HS256‘])  # 解密，校验签名
print(s)
print(type(s))

? dic 有官方指定的 key，程序在解密的时候会根据 key 的 Value 判断是否合法。这些 key 有：

• "exp"：在生成 token 时，可以设置该 token 的有效时间，如果我们设置 1 天过期，1 天后我们再解析此 token 会抛出

jwt.exceptions.ExpiredSignatureError: Signature has expired

• "nbf"：它指的是该 token 的生效时间，如果使用但是没到生效时间则抛出：

jwt.exceptions.ImmatureSignatureError: The token is not yet valid (nbf)

• "iss"： token 的签发者，我们可以给他一个字符串，注意，iss 在接收时如果不检验也没有问题，如果我们接收时需要检验但是又签名不一致，则会抛出

jwt.exceptions.InvalidIssuerError: Invalid issuer

• "aud"：指定了接收者，接收者在接收时必须提供与 token 要求的一致的接收者（字符串），如果没写接收者或者接收者不一致会抛出

jwt.exceptions.InvalidAudienceError: Invalid audience

• "iat"：token 的开始时间，如果当前时间在开始时间之前则抛出

jwt.exceptions.InvalidIssuedAtError: Issued At claim (iat) cannot be in the future.

4.2 PyJWT 官方文档