什麼是JWT？ JWT怎麼在nodejs使用？

什麼是JWT？本篇文章帶大家了解JWT，介紹一下JWT在node的應用，以及JWT的優缺點，希望對大家有幫助！

什麼是JWT

JWT也就是JSON Web Token的縮寫，也就是為了在網路應用環境中一種認證解決方案，在傳統的認證機制中，無非是幾個步驟：

 1. 用戶將帳號密碼傳送到伺服器；

2. 伺服器通過驗證帳號密碼後，會在目前session中儲存一些使用者相關的訊息，使用者角色或過期時間等等；

3. 伺服器給使用者一個session_id, 寫入使用者的Cookie或客戶端自行保存在本地；

4. 使用者每次要求服務，都需要帶上這個session_id，或許會透過Cookie，或其他的方式；

5. 伺服器接收到後，回去資料庫查詢目前的session_id，校驗該使用者是否有權限；

這種模式有一種優點在於，伺服器隨時可以終止使用者的權限，可以去資料庫修改或刪除目前使用者的session資訊。但是也有一點不好的，就是如果是伺服器集群的話，所有的機器就需要共享這些session信息，確保每台伺服器都能夠獲取到相同的session存儲信息。雖然可以解決這些問題，但是工程量龐大。

JWT方案的優勢呢，就是不保存這些信息，token資料保存在客戶端，每次接受請求時，只需要校驗就好。

JWT的原理

簡單說一下JWT的原理，其實就是客戶端發送請求認證的時候，伺服器在認證用戶之後，會產生一個JSON對象，大概包括“你是誰，你是乾嘛的等等，到期時間”這些信息，重要的是一定要有到期時間；大致格式為：

 {
username: "賊煩字串er",
role: "世代碼農",
endTime: "2022年5月20日"
}

但不會用這麼膚淺的方式傳給你，它會透過制定的簽章演算法和你提交的payload的一些資訊進行可逆的簽章演算法進行簽章後傳輸，大致的格式我用一張圖片表示：

由圖片可以看出，傳回的訊息大致分為三部分，左側為簽名之後的結果，也就是傳回給客戶端的結果，右邊也是就Decoded的源碼了，三部分由「點」隔開，分別由紅、紫、青三種顏色一一對應：

• 第一個紅色部分是Header，Header中主要是指定了的方式，圖中的簽名算法（默認HS256 ）就是帶有SHA-256 的HMAC 是一種對稱算法, 雙方之間僅共享一個密鑰，typ字段標識為JWT類型；

• 第二個紫色部分payload，就是一個JSON對象，也就是實際要傳輸的數據，官方有七個欄位可以使用：

• iss (issuer)：簽發人

• exp (expiration time)：過期時間

• sub (subject)：主題

• aud (audience)：受眾

• nbf (Not Before)：生效時間

• iat (Issued At)：簽發時間

• jti (JWT ID)：編號

除了這些字段，你還可以搞一些自訂的字段，由於JWT預設是不加密的，所以在使用的時候盡量注意不要使用一些敏感資料。

• 第三部分就是Signature簽名，這一部分，是由你自己指定且只有伺服器存在的秘鑰，然後使用頭部指定的演算法透過下面的簽名方法進行簽名。

JWT的簡單使用

下面我們來感受一下具體的使用：

第一步：我們需要搭建一個nodejs的專案；透過npm init -y初始化一個專案；之後我們需要安裝依賴，分別按狀express 、 jsonwebtoken和nodemon三個依賴:

 $ npm i express jsonwebtoken nodemon

之後在package.json中的scripts欄位中加入nodemon app.js指令：

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

第二步：初始化一下node應用，在根目錄下建立app.js檔案；

 // app.js

const express = require("express");
const app = express();

app.use(express.json());

app.listen(3000, () => {
console.log(3000 + " listening..."); // 監聽3000埠});

第三步：引入jsonwebtoken依賴，並且建立介面和伺服器的私鑰；

 // app.js

//...
const jwt = require("jsonwebtoken");

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

這裡面的jwtKey是我們自訂保存僅限保存在伺服器中的私鑰，之後我們開始寫一個/login 接口，用來登錄，並且創建本地的模擬數據庫用來校驗，並通過jwt.sign方法進行校驗簽名：

 // 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: "登陸成功",
token,
});
}
);
}
});

上面程式碼中我們創建了database變數來模擬創建了本地的帳號密碼資料庫，用來校驗登陸；接下來建立了一個/login的post接口，在校驗帳號密碼完全匹配之後，我們透過jsonwebtoken包導入的jwt物件下的人sign方法進行簽名，這個方法有三種介面簽名：

 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;

這裡用到了函數重載的方式實作接口，我們這裡將實作最後一個介面簽名，第一個參數可以是一個自訂的物件類型，也可以是一個Buffer類型，還可以直接是一個string類型，我們的源碼使用了object類型，自訂了一些字段，因為jwt在進行簽名是也會對這些數據一併進行簽名，但是值得注意的是，這裡盡量不要使用敏感數據，因為JWT默認是不加密的，它的核心就是簽名，保證資料不會被竄改，而檢查簽名的過程就叫做驗證。

當然你也可以對原始Token進行加密後傳輸；

第二個參數：是我們保存在伺服器用來簽署的秘鑰，通常在客戶端-服務端模式中，JWS 使用JWA 提供的HS256 演算法加上一個金鑰即可，這種方式嚴格依賴金鑰，但在分散式場景，可能多個服務都需要驗證JWT，若要在每個服務裡面都保存密鑰，那麼安全性將會大打折扣，要知道，密鑰一旦洩露，任何人都可以隨意偽造JWT 。

第三個參數：是簽署的選項SignOptions ，介面的簽章：

 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;
}

這裡我們用的是expiresIn字段，指定了時效時間，使用方法參考這篇文件；

第四個參數是一個回調，回呼的第二個參數就是我們透過簽章產生的token ，最後將這個token回傳給前端，以便儲存到前端本地每次請求是帶上對服務端進行驗證。

接下來，我們來驗證一下這個介面： 我是在vscode安裝的REST Client插件，之後在根目錄創建一個request.http的文件，文件內寫上請求的資訊：

 POST http://localhost:3000/login
content-type: application/json

{
"username": "username",
"password": "password"
}

之後在命令列執行npm run start指令啟動服務，之後在requset.http檔案上方點選Send Request按鈕，發送請求：

請求成功後，會看到這樣的回應封包：

token欄位就是我們JWT產生的token ;

下面來驗證一下這個token是否有效，我們在寫一個登入後的介面：

 app.get("/afterlogin", (req, res) => {
const { headers } = req;

const token = headers["authorization"].split(" ")[1];
// 將token放在header的authorization欄位中 jwt.verify(token, jwtKey, (err, payload) => {
if (err) return res.sendStatus(403);
res.json({ message: "認證成功", payload });
});
});

這段程式碼中，透過取得請求頭中的authorization欄位中的token進行取得先前透過JWT產生的token 。 之後透過呼叫jwt.verify校驗方法校驗這個token是否有效，這個方法分別有三個參數：

 // 有四個介面簽名，可以自行查詢文件export function verify(
token: string,
// 需要檢驗的token
secretOrPublicKey: Secret | GetPublicKeyOrSecret,
// 定義在伺服器的簽章密碼金 callback?: VerifyCallback<JwtPayload | string>,
// 取得校驗資訊結果的回呼): void;

接下來我們把剛才回應的token複製到請求頭中：

 ###
GET http://localhost:3000/afterlogin
authorization: Bearer eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6InVzZXJuYW1lIiwiaWF0IjoxNjUyNzg5NzA3LCJle N58Hk_XEP5y9GM9A8jBbY

前面的Bearer認證， 是http協定中的標準認證方式

同樣點擊Send Request當看到下面圖片的回應，就意味著回應成功:

其實以上就是JWT的一些簡單的用法，接下來再說一下JWT本身存在的優缺點.

JWT的不足

• JWT佔用的儲存空間其實並不小，如果我們需要簽名做過多的信息，那麼token很可能會超出cookie的長度限制，例如比較一下這兩張圖片：

很明顯，隨著payload的資訊量增大，token的長度也會增加；

• 安全性，其實如果token的佔用空間過大， Cookie最大存儲空間只有4kb前端可以存儲在localStorage之類的本地存儲，但是會帶來一個問題，如果不是放在cookie的話，安全性就會大打折扣，就會有透過js腳本獲得到的風險，就意味著任何hacker都可以拿著它做任何事；

• 不靈活的時效性，其實JWT的某方面意義在於用戶token不需要持久化存儲，而是採用伺服器校驗的方式對token進行有效校驗，剛才看到了，簽名也是把到期時間一併簽名的，如果改變到期時間token就會被篡改，由於沒有存儲和手動更改時效的方法，所以很難立刻將這個token刪掉，如果用戶重複登陸兩次，生成兩個token ，那麼原則上兩個token都是有效的；

總結

以上主要講了幾點：

• JWT的原理，主要是透過伺服器的私鑰對JSON的簽章所產生的token進行會話；

• 也介紹了JWT內部數據的組成，是由Header用來指定簽名演算法和類型的，payload來傳輸JSON數據，Signature來對數據進行簽名演算法，放置篡改；

• 具體介紹了一下如何透過nodejs使用JWT，透過sign方法進行資料簽名， verify方法進行簽名驗證；

• 也介紹了一些JWT的不足：

• 一個是儲存空間隨著簽章資料量的增加而增加;

• 再有就是安全性，如果因為儲存空間過大將無法儲存在安全等級相對較高的Cookie中，導致腳本可以隨意取得；

• 再有就是時效性，無法靈活的控制token的時效性；

這個是上面nodejs的demo源碼，可供參考；