上篇文章中目的是介绍 Json Web Token（以下简称 jwt） ，由于我对 Java 比较熟悉就介绍 Java 服务端 的实现方式，其他语言原理是相同的哈~

PS：如果不清楚JWT，请先看 《Web安全通讯之Token与JWT》

参考博客：各种语言版本的基于HMAC-SHA256的base64加密

• 官网地址：https://jwt.io/
• jwt github：https://github.com/jwtk/jjwt
• Demo源码地址： https://github.com/wangcantian/SecurityCommDemo
• JWT Jar 包下载：http://pan.baidu.com/s/1pLqJYUv

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下面按照这几个方面来介绍它：

• Java 基本实现
• 开源库 jjwt 的使用
• 源码解析 jjwt

废话不多说，撸起袖子就是干，上代码

Java 实现

private static final  String MAC_INSTANCE_NAME = "HMacSHA256";public static String Hmacsha256(String secret, String message) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {Mac hmac_sha256 = Mac.getInstance(MAC_INSTANCE_NAME);SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(secret.getBytes(), MAC_INSTANCE_NAME);hmac_sha256.init(key);byte[] buff = hmac_sha256.doFinal(message.getBytes());return Base64.encodeBase64URLSafeString(buff);
}// java jwt
public void testJWT() throws InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException {String secret = "eerp";String header = "{\"type\":\"JWT\",\"alg\":\"HS256\"}";String claim = "{\"iss\":\"cnooc\", \"sub\":\"yrm\", \"username\":\"yrm\", \"admin\":true}";String base64Header = Base64.encodeBase64URLSafeString(header.getBytes());String base64Claim = Base64.encodeBase64URLSafeString(claim.getBytes());String signature = ShaUtil.Hmacsha256(secret, base64Header + "." + base64Claim);String jwt = base64Header + "." + base64Claim  + "." + signature;System.out.println(jwt);
}

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使用开源库 jjwt 实现 JWT

jjwt 是 java 对 JWT 的封装，下面演示 Java 如何使用 jjwt

添加依赖

有两种方法添加 
1. 使用 Maven 仓库（推荐）

<dependency><groupId>io.jsonwebtoken</groupId><artifactId>jjwt</artifactId><version>0.7.0</version>
</dependency>

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1. 直接导入 Jar 包，注意：由于开源包使用的 Json 解析框架是 Jackson ，因此要同时导入相关 Jar 包，一套 jar 包我已经帮你们准备好了 >>下载Jar包<<

签发 JWT

public static String createJWT() {SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;SecretKey secretKey = generalKey();JwtBuilder builder = Jwts.builder().setId(id)                                      // JWT_ID.setAudience("")                                // 接受者.setClaims(null)                                // 自定义属性.setSubject("")                                 // 主题.setIssuer("")                                  // 签发者.setIssuedAt(new Date())                        // 签发时间.setNotBefore(new Date())                       // 失效时间.setExpiration(long)                                // 过期时间.signWith(signatureAlgorithm, secretKey);           // 签名算法以及密匙return builder.compact();
}

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验证 JWT

public static Claims parseJWT(String jwt) throws Exception {SecretKey secretKey = generalKey();return Jwts.parser().setSigningKey(secretKey).parseClaimsJws(jwt).getBody();
}

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一般我们把验证操作作为中间件或者拦截器就行了

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Java 服务端Demo没有用流行框架，基础的 JSP + Servlet + JavaBean

下面贴出主要的类： 
* TokenMgr.java 
验证和签发的 JWT 的操作类

public class TokenMgr {public static SecretKey generalKey() {byte[] encodedKey = Base64.decode(Constant.JWT_SECERT);SecretKey key = new SecretKeySpec(encodedKey, 0, encodedKey.length, "AES");return key;}/*** 签发JWT* @param id* @param subject* @param ttlMillis* @return* @throws Exception*/public static String createJWT(String id, String subject, long ttlMillis) {SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;long nowMillis = System.currentTimeMillis();Date now = new Date(nowMillis);SecretKey secretKey = generalKey();JwtBuilder builder = Jwts.builder().setId(id).setSubject(subject).setIssuedAt(now).signWith(signatureAlgorithm, secretKey);if (ttlMillis >= 0) {long expMillis = nowMillis + ttlMillis;Date expDate = new Date(expMillis);builder.setExpiration(expDate);}return builder.compact();}/*** 验证JWT* @param jwtStr* @return*/public static CheckResult validateJWT(String jwtStr) {CheckResult checkResult = new CheckResult();Claims claims = null;try {claims = parseJWT(jwtStr);checkResult.setSuccess(true);checkResult.setClaims(claims);} catch (ExpiredJwtException e) {checkResult.setErrCode(Constant.JWT_ERRCODE_EXPIRE);checkResult.setSuccess(false);} catch (SignatureException e) {checkResult.setErrCode(Constant.JWT_ERRCODE_FAIL);checkResult.setSuccess(false);} catch (Exception e) {checkResult.setErrCode(Constant.JWT_ERRCODE_FAIL);checkResult.setSuccess(false);}return checkResult;}/*** * 解析JWT字符串* @param jwt* @return* @throws Exception*/public static Claims parseJWT(String jwt) throws Exception {SecretKey secretKey = generalKey();return Jwts.parser().setSigningKey(secretKey).parseClaimsJws(jwt).getBody();}/*** 生成subject信息* @param user* @return*/public static String generalSubject(SubjectModel sub){return GsonUtil.objectToJsonStr(sub);}}

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• SignFilter.java 
  验证 Token 的过滤器 
  PS：Token 可以放在 URL、Cookie、请求头Auth或者body中以一种特定格式解析，这里只是规定把 Token 放在 URL 或者表单示例。 
  CheckResult：验证结果模型，包含成功Claim、通过状态、失败码。由于验证结果基本三种状态：通过，不通过，通过但过期，因此多出失败码来区分开。其实验证结果状态还有很多，据需求决定。

public class SignFilter implements Filter {@Overridepublic void destroy() {}@Overridepublic void doFilter(ServletRequest arg0, ServletResponse arg1,FilterChain arg2) throws IOException, ServletException {HttpServletRequest httpServletRequest = (HttpServletRequest) arg0;HttpServletResponse httpServletResponse = (HttpServletResponse) arg1;String tokenStr = httpServletRequest.getParameter("token");if (tokenStr == null || tokenStr.equals("")) {PrintWriter printWriter = httpServletResponse.getWriter();printWriter.print(ResponseMgr.err());printWriter.flush();printWriter.close();return;}// 验证JWT的签名，返回CheckResult对象CheckResult checkResult = TokenMgr.validateJWT(tokenStr);if (checkResult.isSuccess()) {Claims claims = checkResult.getClaims();SubjectModel model = GsonUtil.jsonStrToObject(claims.getSubject(), SubjectModel.class);httpServletRequest.setAttribute("tokensub", model);httpServletRequest.getRequestDispatcher("/success.jsp").forward(httpServletRequest, httpServletResponse);} else {switch (checkResult.getErrCode()) {// 签名过期，返回过期提示码case Constant.JWT_ERRCODE_EXPIRE:PrintWriter printWriter = httpServletResponse.getWriter();printWriter.print(ResponseMgr.loginExpire());printWriter.flush();printWriter.close();break;// 签名验证不通过case Constant.JWT_ERRCODE_FAIL:PrintWriter printWriter2 = httpServletResponse.getWriter();printWriter2.print(ResponseMgr.noAuth());printWriter2.flush();printWriter2.close();break;default:break;}}}@Overridepublic void init(FilterConfig arg0) throws ServletException {}}

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• web.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app version="3.0" xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/javaee" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/javaee http://java.sun.com/xml/ns/javaee/web-app_3_0.xsd"><servlet><servlet-name>LoginServlet</servlet-name><servlet-class>com.paul.sertest.servlet.LoginServlet</servlet-class></servlet><servlet-mapping><servlet-name>LoginServlet</servlet-name><url-pattern>/api/login</url-pattern></servlet-mapping><filter><filter-name>CorsFilter</filter-name><filter-class>com.paul.sertest.filter.CorsFilter</filter-class></filter><filter-mapping><filter-name>CorsFilter</filter-name><url-pattern>/api/*</url-pattern></filter-mapping><filter><filter-name>SignFilter</filter-name><filter-class>com.paul.sertest.filter.SignFilter</filter-class><init-param><param-name>encoding</param-name><param-value>utf-8</param-value></init-param></filter><filter-mapping><filter-name>SignFilter</filter-name><url-pattern>/api/check/*</url-pattern><url-pattern>/api/bussin/*</url-pattern></filter-mapping></web-app>

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其中 CorsFilter 对 API 接口的响应头添加 Content-Type : text/json 以及编码格式等等，所以它对 /SERTEXT/api/* 的地址进行拦截，避免影响请求静态页面；Filter 的执行顺序是根据解析 web.xml 文件中节点的 先后顺序 决定的，需要把 CorsFilter 放首位，因为假如某处抛出异常会导致返回数据乱码。

看看 jjwt 的源码

PS：源码从 GIT 仓库 Clone 下来就行了 
从使用示例代码看得出 jjwt 使用了 Builder模式 以及灵活多变的 链式调用 ，builder() 出 JwtBuilder 对象。 
在进行一系列链式 set 方法后执行 compact() 方法返回我们想要的结果，来看看它到底是怎么签名的：

DefaultJwtBuilder.java

@Override
public String compact() {......// 进行参数判断Header header = ensureHeader();Key key = this.key;if (key == null && !Objects.isEmpty(keyBytes)) {key = new SecretKeySpec(keyBytes, algorithm.getJcaName());}JwsHeader jwsHeader;if (header instanceof JwsHeader) {jwsHeader = (JwsHeader)header;} else {jwsHeader = new DefaultJwsHeader(header);}// 构造密匙对象if (key != null) {jwsHeader.setAlgorithm(algorithm.getValue());} else {//no signature - plaintext JWT:jwsHeader.setAlgorithm(SignatureAlgorithm.NONE.getValue());}if (compressionCodec != null) {jwsHeader.setCompressionAlgorithm(compressionCodec.getAlgorithmName());}String base64UrlEncodedHeader = base64UrlEncode(jwsHeader, "Unable to serialize header to json.");String base64UrlEncodedBody;if (compressionCodec != null) {byte[] bytes;try {bytes = this.payload != null ? payload.getBytes(Strings.UTF_8) : toJson(claims);} catch (JsonProcessingException e) {throw new IllegalArgumentException("Unable to serialize claims object to json.");}base64UrlEncodedBody = TextCodec.BASE64URL.encode(compressionCodec.compress(bytes));} else {base64UrlEncodedBody = this.payload != null ?TextCodec.BASE64URL.encode(this.payload) :base64UrlEncode(claims, "Unable to serialize claims object to json.");}// 这里已经组成了实现 Header 和 Playload 部分String jwt = base64UrlEncodedHeader + JwtParser.SEPARATOR_CHAR + base64UrlEncodedBody;if (key != null) { //jwt must be signed:JwtSigner signer = createSigner(algorithm, key);String base64UrlSignature = signer.sign(jwt);jwt += JwtParser.SEPARATOR_CHAR + base64UrlSignature;} else {// no signature (plaintext), but must terminate w/ a period, see// https://tools.ietf.org/html/draft-ietf-oauth-json-web-token-25#section-6.1jwt += JwtParser.SEPARATOR_CHAR;}return jwt;}

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首先会进行 payload 以及 key 的判断，原则是 payload 与 自定义 claims 不能为 null 以及不能同时赋值参数，key 和 keyBytes 不能同时存在；然后通过 ensureHeader() 获取 Header 对象。

protected Header ensureHeader() {if (this.header == null) {this.header = new DefaultHeader();}return this.header;
}

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如果没有设置自定义 Header ，则实例一个默认 Header 对象 —- DefaultHeader，其中 Header 接口是个继承 Map 接口的集合，符合了 header 部分键值对形式。 
然后 Header 实例会被“转换”为 JwsHeader 实例，其中 JwsHeader 接口继承 Header 接口，多定义了“签名”和“密匙ID”这个两个属性。

        JwsHeader jwsHeader;if (header instanceof JwsHeader) {jwsHeader = (JwsHeader)header;} else {jwsHeader = new DefaultJwsHeader(header);}

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最终通过 base64UrlEncode() 方法的到 base64url 编码后的 header 字符串。

protected String base64UrlEncode(Object o, String errMsg) {byte[] bytes;try {// 使用 Jackson 框架将对象序列化bytes = toJson(o);} catch (JsonProcessingException e) {throw new IllegalStateException(errMsg, e);}// 将 byte 数组转化为 base64url 编码的 byte 数组return TextCodec.BASE64URL.encode(bytes);
}

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接着同理将 payload 或 claims base64url 编码组成 playload 部分。 
最后就是签名部分了。createSigner(algorithm, key) 方法实例一个 DefaultJwtSigner 对象，该对象进行统一的签名和编码操作，它的构造函数会传入签名算法枚举 SignatureAlgorithm 对象，定义所有算法的名字、描述、组类等等。

public enum SignatureAlgorithm {/** JWA name for {@code No digital signature or MAC performed} */NONE("none", "No digital signature or MAC performed", "None", null, false),/** JWA algorithm name for {@code HMAC using SHA-256} */HS256("HS256", "HMAC using SHA-256", "HMAC", "HmacSHA256", true),................/*** JWA algorithm name for {@code RSASSA-PSS using SHA-512 and MGF1 with SHA-512}. <b>This is not a JDK standard* algorithm and requires that a JCA provider like BouncyCastle be in the classpath.</b>  BouncyCastle will be used* automatically if found in the runtime classpath.*/PS512("PS512", "RSASSA-PSS using SHA-512 and MGF1 with SHA-512", "RSA", "SHA512withRSAandMGF1", false);
}

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那 DefaultJwtSigner 怎么分别实现具体算法呢？

public class DefaultJwtSigner implements JwtSigner {private static final Charset US_ASCII = Charset.forName("US-ASCII");private final Signer signer;public DefaultJwtSigner(SignatureAlgorithm alg, Key key) {this(DefaultSignerFactory.INSTANCE, alg, key);}public DefaultJwtSigner(SignerFactory factory, SignatureAlgorithm alg, Key key) {Assert.notNull(factory, "SignerFactory argument cannot be null.");this.signer = factory.createSigner(alg, key);}@Overridepublic String sign(String jwtWithoutSignature) {byte[] bytesToSign = jwtWithoutSignature.getBytes(US_ASCII);byte[] signature = signer.sign(bytesToSign);return TextCodec.BASE64URL.encode(signature);}
}

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构造函数 DefaultJwtSigner 中有个单例签名工厂 —- DefaultSignerFactory，让我们来看看这个工厂都做了些什么

public class DefaultSignerFactory implements SignerFactory {public static final SignerFactory INSTANCE = new DefaultSignerFactory();@Overridepublic Signer createSigner(SignatureAlgorithm alg, Key key) {Assert.notNull(alg, "SignatureAlgorithm cannot be null.");Assert.notNull(key, "Signing Key cannot be null.");switch (alg) {case HS256:case HS384:case HS512:return new MacSigner(alg, key);case RS256:case RS384:case RS512:case PS256:case PS384:case PS512:return new RsaSigner(alg, key);case ES256:case ES384:case ES512:return new EllipticCurveSigner(alg, key);default:throw new IllegalArgumentException("The '" + alg.name() + "' algorithm cannot be used for signing.");}}
}

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原来在工厂中根据不同算法实例化不同的签名对象 Signer，看来具体签名算法就是放在 Signer 接口的实现类了，由于我们上面使用 HMacSHA256 算法，关心 MacSigner 类就好了，让我们看看它是怎么做的：

public class MacSigner extends MacProvider implements Signer {... ...@Overridepublic byte[] sign(byte[] data) {Mac mac = getMacInstance();return mac.doFinal(data);}protected Mac getMacInstance() throws SignatureException {try {return doGetMacInstance();} catch (NoSuchAlgorithmException e) {String msg = "Unable to obtain JCA MAC algorithm '" + alg.getJcaName() + "': " + e.getMessage();throw new SignatureException(msg, e);} catch (InvalidKeyException e) {String msg = "The specified signing key is not a valid " + alg.name() + " key: " + e.getMessage();throw new SignatureException(msg, e);}}protected Mac doGetMacInstance() throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {Mac mac = Mac.getInstance(alg.getJcaName());mac.init(key);return mac;}
}

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是不是很熟悉？也是通过 Mac.getInstance(ALG_NAME) 获取 Mac 对象后调用其 mac.doFinal(data) 获取签名后的 byte 数组，最后转字符串啦，签名代码到这里基本结束了。 
上面提到的类如图： 

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JJWT 的验证代码就不讲解了，原理是：取出 header 部分和 playload 部分，根据 header 定义的算法再一次签名，比较这个签名是否和 JWT 自带的签名是否完全相同，验证是否成功。