Python实现JWT（JSON Web Token）认证

作者介绍

常见认证方法

首先要明白，认证和授权是不同的。认证是判定用户的合法性，授权是判定用户的权限级别是否可执行后续操作。这里所讲的仅含认证。

basic认证

这是http协议中所带带基本认证，是一种简单为上的认证方式。原理是在每个请求的header中添加用户名和密码的字符串（格式为“username:password”，用base64编码）。这种方式相当于将“用户名：密码”绑定为一个开放式证书，这会有几个问题：

1.每次请求都需要用户名密码，如果此连接未使用SSL/TLS，或加密被破解，用户名密码基本就暴露了
2.无法注销用户的登录状态
3.证书不会过期，除非修改密码。

cookie

将认证的结果存在客户端的cookie中，通过检查cookie中的身份信息来作为认证结果。这种方式的特点是便捷，且只需要一次认证，多次可用；也可以注销登录状态和设置过期时间；甚至也有办法（比如设置httpOnly）来避免XSS攻击。但它的缺点十分明显，使用cookie那便是有状态的服务了。

JWT

JWT协议似乎已经应用十分广泛，JSON Web Token——一种基于token的json格式web认证方法。基本的原理是，第一次认证通过用户名密码，服务端签发一个json格式的token。后续客户端的请求都携带这个token，服务端仅需要解析这个token，来判别客户端的身份和合法性。而JWT协议仅仅规定了这个协议的格式（RFC7519），它的序列生成方法在JWS协议中描述（https://tools.ietf.org/html/rfc7515），分为三个部分：

header头部

header头部主要用于声明类型，这里是jwt，声明加密的算法 通常直接使用 HMAC SHA256。一种常见的头部是这样的：

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

payload负荷

payload是放置实际有效使用信息的地方。JWT定义了几种内容，包括：标准中注册的声明，如签发者，接收者，有效时间（exp），时间戳（iat,issued at）等；为官方建议但非必须公共声明私有声明         一个常见的payload是这样的：

{'user_id': 123456,
 'user_role': admin,
 'iat': 1467255177
 }

事实上，payload中的内容是自由的，按照自己开发的需要加入。 

有个小问题。使用itsdangerous包的TimedJSONWebSignatureSerializer进行token序列生成的结果，exp是在头部里的。这里似乎违背了jwt的协议规则。

实现JWT

如何生成token

这里使用python模块itsdangerous，这个模块能做很多编码工作，其中一个是实现JWS的token序列。         genTokenSeq这个函数用于生成token。其中使用的是TimedJSONWebSignatureSerializer进行序列的生成，这里secretkey密钥、salt盐值从配置文件中读取，当然也可以直接写死在这里。expiresin是超时时间间隔，这个间隔以秒记，可以直接在这里设置，选择将其设为方法的形参。

# serializer for JWT
from itsdangerous import TimedJSONWebSignatureSerializer as Serializer
    def genTokenSeq(self, expires):
        s = Serializer(
            secret_key=app.config['SECRET_KEY'],
            salt=app.config['AUTH_SALT'],
            expires_in=expires)
        timestamp = time.time()
        return s.dumps(
            {'user_id': self.user_id,
             'user_role': self.role_id,
             'iat': timestamp})

使用Serializer可以帮我们处理好header、signature的问题。我们只需要用s.dumps将payload的内容写进来。这里准备在每个token中写入三个值：用户id、用户角色id和当前时间（‘iat’是JWT标准注册声明中的一项)。

解析token

解析需要使用到同样的serializer，配置一样的secret key和salt，使用loads方法来解析token。itsdangerous提供了各种异常处理类，用起来也很方便。
如果是SignatureExpired，则可以直接返回过期；
如果是BadSignature,则代表了所有其他签名错误的情况，于是又分为： 

• 能读取到payload：那么这个消息是一个内容被篡改、消息体加密过程正确的消息secret key和salt很可能泄露了；
• 不能读取到payload： 消息体直接被篡改，secret key和salt应该仍然安全。
  以上内容写成一个函数，用于验证用户token。如果实现在python flask，可以考虑将此函数改为一个decorator修饰漆，将修饰器@到所有需要验证token的方法前面，则代码可以更加优雅。

  # serializer for JWT
  from itsdangerous import TimedJSONWebSignatureSerializer as Serializer
  # exceptions for JWT
  from itsdangerous import SignatureExpired, BadSignature, BadData
  # Class xxx
  def tokenAuth(token):
      s = Serializer(
          secret_key=api.app.config['SECRET_KEY'],
          salt=api.app.config['AUTH_SALT'])
      try:
          data = s.loads(token)
      except SignatureExpired:
          msg = 'token expired'
          app.logger.warning(msg)
          return [None, None, msg]
      except BadSignature, e:
          encoded_payload = e.payload
          if encoded_payload is not None:
              try:
                  s.load_payload(encoded_payload)
              except BadData:
                  msg = 'token tampered'
                  app.logger.warning(msg)
                  return [None, None, msg]
          msg = 'badSignature of token'
          app.logger.warning(msg)
          return [None, None, msg]
      except:
          msg = 'wrong token with unknown reason'
          app.logger.warning(msg)
          return [None, None, msg]
      if ('user_id' not in data) or ('user_role' not in data):
          msg = 'illegal payload inside'
          app.logger.warning(msg)
          return [None, None, msg]
      msg = 'user(' + data['user_id'] + ') logged in by token.'
      userId = data['user_id']
      roleId = data['user_role']
      return [userId, roleId, msg]

原文来自微信公众号：DevOps视角

本文链接：https://www.yunweipai.com/13797.html