使用JWT实现微服务统一登录认证
前言
在开始JWT之前,我们弄清楚什么是有状态?
有状态服务,即服务端需要记录每次会话的客户端信息,从而识别客户端身份,根据用户身份进行请求的处理,典型的设计如tomcat中的session。
例如登录:用户登录后,我们把登录者的信息保存在服务端session中,并且给用户一个cookie值,记录对应的session。然后下次请求,用户携带cookie值来,我们就能识别到对应session,从而找到用户的信息。
缺点是什么?
- 服务端保存大量数据,增加服务端压力
- 服务端保存用户状态,无法进行水平扩展
- 客户端请求依赖服务端,多次请求必须访问同一台服务器
什么是无状态
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,即:
- 服务端不保存任何客户端请求者信息
- 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
带来的好处是什么呢?
- 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
- 服务端的集群和状态对客户端透明
- 服务端可以任意的迁移和伸缩
- 减小服务端存储压力
如何实现无状态
无状态登录的流程:
当客户端第一次请求服务时,服务端对用户进行信息认证(登录)
认证通过,将用户信息进行加密形成token,返回给客户端,作为登录凭证
以后每次请求,客户端都携带认证的token
服务端对token进行解密,判断是否有效。
流程图:
整个登录过程中,最关键的点是什么?
token的安全性
token是识别客户端身份的唯一标示,如果加密不够严密,被人伪造那就完蛋了。
采用何种方式加密才是安全可靠的呢?
我们将采用JWT + RSA非对称加密
JWT简介
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
- 数据格式
JWT包含三部分数据:
Header:头部,通常头部有两部分信息:
声明类型,这里是JWT
加密算法,自定义
我们会对头部进行base64加密(可解密),得到第一部分数据
Payload:载荷,就是有效数据,一般包含下面信息:
用户身份信息(注意,这里因为采用base64编码,可解码,因此不要存放敏感信息)
注册声明:如token的签发时间,过期时间,签发人等
这部分也会采用base64编码,得到第二部分数据
Signature:签名,是整个数据的认证信息。一般根据前两步的数据,再加上服务的密钥(secret)(不要泄漏,最好周期性更换),通过加密算法生成。用于验证整个数据完整和可靠性
生成的数据格式:
可以看到分为3段,每段就是上面的一部分数据
JWT交互流程
流程图:
步骤翻译:
- 用户登录
- 服务的认证,通过后根据secret生成token
- 将生成的token返回给浏览器
- 用户每次请求携带token
- 服务端利用公钥解读jwt签名,判断签名有效后,从Payload中获取用户信息
- 处理请求,返回响应结果
因为JWT签发的token中已经包含了用户的身份信息,并且每次请求都会携带,这样服务的就无需保存用户信息,甚至无需去数据库查询,完全符合了Rest的无状态规范。
加密方法
非对称加密
加密技术是对信息进行编码和解码的技术,编码是把原来可读信息(又称明文)译成代码形式(又称密文),其逆过程就是解码(解密),加密技术的要点是加密算法,加密算法可以分为三类:对称加密,如AES
基本原理:将明文分成N个组,然后使用密钥对各个组进行加密,形成各自的密文,最后把所有的分组密文进行合并,形成最终的密文。
优势:算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高
缺陷:双方都使用同样密钥,安全性得不到保证非对称加密,如RSA
基本原理:同时生成两把密钥:私钥和公钥,私钥隐秘保存,公钥可以下发给信任客户端
私钥加密,持有私钥或公钥才可以解密
公钥加密,持有私钥才可解密
优点:安全,难以破解
缺点:算法比较耗时哈希算法,如MD5,SHA
基本原理:加密过程中不需要使用密钥,输入明文后由系统直接经过加密算法处理成密文,这种加密后的数据是无法被解密的,无法根据密文推算出明文。
结合Zuul的鉴权流程
我们逐步演进系统架构设计。需要注意的是:secret是签名的关键,因此一定要保密,我们放到鉴权中心保存,其它任何服务中都不能获取secret。
没有RSA加密时
微服务架构中,我们可以把服务的鉴权操作放到网关中,将未通过鉴权的请求直接拦截,如图:
- 用户请求登录
- Zuul将请求转发到授权中心,请求授权
- 授权中心校验完成,颁发JWT凭证
- 客户端请求其它功能,携带JWT
- Zuul将jwt交给授权中心校验,通过后放行
- 用户请求到达微服务
- 微服务将jwt交给鉴权中心,鉴权同时解析用户信息
- 鉴权中心返回用户数据给微服务
- 微服务处理请求,返回响应
发现什么问题了?
每次鉴权都需要访问鉴权中心,系统间的网络请求频率过高,效率略差,鉴权中心的压力较大。
结合RSA的鉴权
直接看图:
- 我们首先利用RSA生成公钥和私钥。私钥保存在授权中心,公钥保存在Zuul和各个微服务
- 用户请求登录
- 授权中心校验,通过后用私钥对JWT进行签名加密
- 返回jwt给用户
- 用户携带JWT访问
- Zuul直接通过公钥解密JWT,进行验证,验证通过则放行
- 请求到达微服务,微服务直接用公钥解析JWT,获取用户信息,无需访问授权中心
写在最后
通过本文不是很容易理解JWT实现的鉴权服务,并且实现单点登录更是不在话下了。
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