Gin框架中使用JWT进行接口认证

背景: 在如今前后端分离开发的大环境中，我们需要解决一些登陆，后期身份认证以及鉴权相关的事情，通常的方案就是采用请求头携带token的方式进行实现。本篇文章主要分享下在Golang语言下使用jwt-go来实现后端的token认证逻辑。

JSON Web Token(JWT)是一个常用语HTTP的客户端和服务端间进行身份认证和鉴权的标准规范，使用JWT可以允许我们在用户和服务器之间传递安全可靠的信息。

在开始学习JWT之前，我们可以先了解下早期的几种方案。

token、cookie、session的区别

Cookie

Cookie总是保存在客户端中，按在客户端中的存储位置，可分为内存Cookie和硬盘Cookie。

内存Cookie由浏览器维护，保存在内存中，浏览器关闭后就消失了，其存在时间是短暂的。硬盘Cookie保存在硬盘里，有一个过期时间，除非用户手工清理或到了过期时间，硬盘Cookie不会被删除，其存在时间是长期的。所以，按存在时间，可分为非持久Cookie和持久Cookie。

cookie 是一个非常具体的东西，指的就是浏览器里面能永久存储的一种数据，仅仅是浏览器实现的一种数据存储功能。

cookie由服务器生成，发送给浏览器，浏览器把cookie以key-value形式保存到某个目录下的文本文件内，下一次请求同一网站时会把该cookie发送给服务器。由于cookie是存在客户端上的，所以浏览器加入了一些限制确保cookie不会被恶意使用，同时不会占据太多磁盘空间，所以每个域的cookie数量是有限的。

Session

Session字面意思是会话，主要用来标识自己的身份。比如在无状态的api服务在多次请求数据库时，如何知道是同一个用户，这个就可以通过session的机制，服务器要知道当前发请求给自己的是谁

为了区分客户端请求，服务端会给具体的客户端生成身份标识session，然后客户端每次向服务器发请求的时候，都带上这个“身份标识”，服务器就知道这个请求来自于谁了。

至于客户端如何保存该标识，可以有很多方式，对于浏览器而言，一般都是使用cookie的方式

服务器使用session把用户信息临时保存了服务器上，用户离开网站就会销毁，这种凭证存储方式相对于cookie来说更加安全，但是session会有一个缺陷: 如果web服务器做了负载均衡，那么下一个操作请求到了另一台服务器的时候session会丢失。

因此，通常企业里会使用redis,memcached缓存中间件来实现session的共享，此时web服务器就是一个完全无状态的存在，所有的用户凭证可以通过共享session的方式存取，当前session的过期和销毁机制需要用户做控制。

Token

token的意思是“令牌”，是用户身份的验证方式，最简单的token组成: uid(用户唯一标识)+time(当前时间戳)+sign(签名,由token的前几位+盐以哈希算法压缩成一定长度的十六进制字符串)，同时还可以将不变的参数也放进token

这里我们主要想讲的就是Json Web Token，也就是本篇的主题:JWT

Json-Web-Token(JWT)介绍

一般而言，用户注册登陆后会生成一个jwt token返回给浏览器，浏览器向服务端请求数据时携带token，服务器端使用signature中定义的方式进行解码，进而对token进行解析和验证。

JWT Token组成部分

• header: 用来指定使用的算法(HMAC SHA256 RSA)和token类型(如JWT)
• payload: 包含声明(要求)，声明通常是用户信息或其他数据的声明，比如用户id，名称，邮箱等. 声明可分为三种: registered,public,private
• signature: 用来保证JWT的真实性，可以使用不同的算法

header

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

对上面的json进行base64编码即可得到JWT的第一个部分

payload

• registered claims: 预定义的声明，通常会放置一些预定义字段，比如过期时间，主题等(iss:issuer,exp:expiration time,sub:subject,aud:audience)
• public claims: 可以设置公开定义的字段
• private claims: 用于统一使用他们的各方之间的共享信息

{
    "sub": "xxx-api",
    "name": "bgbiao.top",
    "admin": true
}

对payload部分的json进行base64编码后即可得到JWT的第二个部分

注意: 不要在header和payload中放置敏感信息，除非信息本身已经做过脱敏处理

signature

为了得到签名部分，必须有编码过的header和payload，以及一个秘钥，签名算法使用header中指定的那个，然后对其进行签名即可

HMACSHA256(base64UrlEncode(header)+"."+base64UrlEncode(payload),secret)

签名是用于验证消息在传递过程中有没有被更改，并且，对于使用私钥签名的token，它还可以验证JWT的发送方是否为它所称的发送方。

在jwt.io网站中，提供了一些JWT token的编码，验证以及生成jwt的工具。

下图就是一个典型的jwt-token的组成部分。

什么时候用JWT

• Authorization(授权): 典型场景，用户请求的token中包含了该令牌允许的路由，服务和资源。单点登录其实就是现在广泛使用JWT的一个特性
• Information Exchange(信息交换): 对于安全的在各方之间传输信息而言，JSON Web Tokens无疑是一种很好的方式.因为JWTs可以被签名，例如，用公钥/私钥对，你可以确定发送人就是它们所说的那个人。另外，由于签名是使用头和有效负载计算的，您还可以验证内容没有被篡改

JWT(Json Web Tokens)是如何工作的

所以，基本上整个过程分为两个阶段，第一个阶段，客户端向服务端获取token，第二阶段，客户端带着该token去请求相关的资源.

通常比较重要的是，服务端如何根据指定的规则进行token的生成。

在认证的时候，当用户用他们的凭证成功登录以后，一个JSON Web Token将会被返回。

此后，token就是用户凭证了，你必须非常小心以防止出现安全问题。

一般而言，你保存令牌的时候不应该超过你所需要它的时间。

无论何时用户想要访问受保护的路由或者资源的时候，用户代理（通常是浏览器）都应该带上JWT，典型的，通常放在Authorization header中，用Bearer schema:
Authorization: Bearer <token>

服务器上的受保护的路由将会检查Authorization header中的JWT是否有效，如果有效，则用户可以访问受保护的资源。如果JWT包含足够多的必需的数据，那么就可以减少对某些操作的数据库查询的需要，尽管可能并不总是如此。

如果token是在授权头（Authorization header）中发送的，那么跨源资源共享(CORS)将不会成为问题，因为它不使用cookie.

• 客户端向授权接口请求授权
• 服务端授权后返回一个access token给客户端
• 客户端使用access token访问受保护的资源

基于Token的身份认证和基于服务器的身份认证

1.基于服务器的认证

前面说到过session，cookie以及token的区别，在之前传统的做法就是基于存储在服务器上的session来做用户的身份认证，但是通常会有如下问题:

• Sessions: 认证通过后需要将用户的session数据保存在内存中，随着认证用户的增加，内存开销会大
• 扩展性: 由于session存储在内存中，扩展性会受限，虽然后期可以使用redis,memcached来缓存数据
• CORS: 当多个终端访问同一份数据时，可能会遇到禁止请求的问题
• CSRF: 用户容易受到CSRF攻击

2.Session和JWT Token的异同

都可以存储用户相关信息，但是session存储在服务端，JWT存储在客户端

3.基于Token的身份认证如何工作

基于Token的身份认证是无状态的，服务器或者session中不会存储任何用户信息.(很好的解决了共享session的问题)

• 用户携带用户名和密码请求获取token(接口数据中可使用appId,appKey)
• 服务端校验用户凭证，并返回用户或客户端一个Token
• 客户端存储token,并在请求头中携带Token
• 服务端校验token并返回数据

注意:

• 随后客户端的每次请求都需要使用token
• token应该放在header中
• 需要将服务器设置为接收所有域的请求: Access-Control-Allow-Origin: *

4.用Token的好处

• 无状态和可扩展性
• 安全: 防止CSRF攻击;token过期重新认证

5.JWT和OAuth的区别

• 1.OAuth2是一种授权框架 ，JWT是一种认证协议
• 2.无论使用哪种方式切记用HTTPS来保证数据的安全性
• 3.OAuth2用在使用第三方账号登录的情况(比如使用weibo, qq, github登录某个app)，而JWT是用在前后端分离, 需要简单的对后台API进行保护时使用

使用Gin框架集成JWT

在Golang语言中，jwt-go库提供了一些jwt编码和验证的工具，因此我们很容易使用该库来实现token认证。

另外，我们也知道gin框架中支持用户自定义middleware，我们可以很好的将jwt相关的逻辑封装在middleware中，然后对具体的接口进行认证。

自定义中间件

在gin框架中，自定义中间件比较容易，只要返回一个gin.HandlerFunc即完成一个中间件定义。

接下来，我们先定义一个用于jwt认证的中间件.

// 定义一个JWTAuth的中间件
func JWTAuth() gin.HandlerFunc {
    return func(c *gin.Context) {
        // 通过http header中的token解析来认证
        token := c.Request.Header.Get("token")
        if token == "" {
            c.JSON(http.StatusOK, gin.H{
                "status": -1,
                "msg":    "请求未携带token，无权限访问",
                "data":   nil,
            })
            c.Abort()
            return
        }

        log.Print("get token: ", token)

        // 初始化一个JWT对象实例，并根据结构体方法来解析token
        j := NewJWT()
        // 解析token中包含的相关信息(有效载荷)
        claims, err := j.ParserToken(token)

        if err != nil {
            // token过期
            if err == TokenExpired {
                c.JSON(http.StatusOK, gin.H{
                    "status": -1,
                    "msg":    "token授权已过期，请重新申请授权",
                    "data":   nil,
                })
                c.Abort()
                return
            }
            // 其他错误
            c.JSON(http.StatusOK, gin.H{
                "status": -1,
                "msg":    err.Error(),
                "data":   nil,
            })
            c.Abort()
            return
        }

        // 将解析后的有效载荷claims重新写入gin.Context引用对象中
        c.Set("claims", claims)

    }
}

定义jwt编码和解码逻辑

根据前面提到的jwt-token的组成部分，以及jwt-go中相关的定义，我们可以使用如下方法进行生成token.

// 定义一个jwt对象
type JWT struct {
    // 声明签名信息
    SigningKey []byte
}

// 初始化jwt对象
func NewJWT() *JWT {
    return &JWT{
        []byte("bgbiao.top"),
    }
}

// 自定义有效载荷(这里采用自定义的Name和Email作为有效载荷的一部分)
type CustomClaims struct {
    Name  string `json:"name"`
    Email string `json:"email"`
    // StandardClaims结构体实现了Claims接口(Valid()函数)
    jwt.StandardClaims
}


// 调用jwt-go库生成token
// 指定编码的算法为jwt.SigningMethodHS256
func (j *JWT) CreateToken(claims CustomClaims) (string, error) {
    // https://gowalker.org/github.com/dgrijalva/jwt-go#Token
    // 返回一个token的结构体指针
    token := jwt.NewWithClaims(jwt.SigningMethodHS256, claims)
    return token.SignedString(j.SigningKey)
}


// token解码
func (j *JWT) ParserToken(tokenString string) (*CustomClaims, error) {
    // https://gowalker.org/github.com/dgrijalva/jwt-go#ParseWithClaims
    // 输入用户自定义的Claims结构体对象,token,以及自定义函数来解析token字符串为jwt的Token结构体指针
    // Keyfunc是匿名函数类型: type Keyfunc func(*Token) (interface{}, error)
    // func ParseWithClaims(tokenString string, claims Claims, keyFunc Keyfunc) (*Token, error) {}
    token, err := jwt.ParseWithClaims(tokenString, &CustomClaims{}, func(token *jwt.Token) (interface{}, error) {
        return j.SigningKey, nil
    })

    if err != nil {
        // https://gowalker.org/github.com/dgrijalva/jwt-go#ValidationError
        // jwt.ValidationError 是一个无效token的错误结构
        if ve, ok := err.(*jwt.ValidationError); ok {
            // ValidationErrorMalformed是一个uint常量，表示token不可用
            if ve.Errors&jwt.ValidationErrorMalformed != 0 {
                return nil, fmt.Errorf("token不可用")
                // ValidationErrorExpired表示Token过期
            } else if ve.Errors&jwt.ValidationErrorExpired != 0 {
                return nil, fmt.Errorf("token过期")
                // ValidationErrorNotValidYet表示无效token
            } else if ve.Errors&jwt.ValidationErrorNotValidYet != 0 {
                return nil, fmt.Errorf("无效的token")
            } else {
                return nil, fmt.Errorf("token不可用")
            }

        }
    }

    // 将token中的claims信息解析出来并断言成用户自定义的有效载荷结构
    if claims, ok := token.Claims.(*CustomClaims); ok && token.Valid {
        return claims, nil
    }

    return nil, fmt.Errorf("token无效")

}

定义登陆验证逻辑

接下来的部分就是普通api的具体逻辑了，比如可以在登陆时进行用户校验，成功后未该次认证请求生成token。

// 定义登陆逻辑
// model.LoginReq中定义了登陆的请求体(name,passwd)
func Login(c *gin.Context) {
    var loginReq model.LoginReq
    if c.BindJSON(&loginReq) == nil {
        // 登陆逻辑校验(查库，验证用户是否存在以及登陆信息是否正确)
        isPass, user, err := model.LoginCheck(loginReq)
        // 验证通过后为该次请求生成token
        if isPass {
            generateToken(c, user)
        } else {
            c.JSON(http.StatusOK, gin.H{
                "status": -1,
                "msg":    "验证失败" + err.Error(),
                "data":   nil,
            })
        }

    } else {
        c.JSON(http.StatusOK, gin.H{
            "status": -1,
            "msg":    "用户数据解析失败",
            "data":   nil,
        })
    }
}

// token生成器
// md 为上面定义好的middleware中间件
func generateToken(c *gin.Context, user model.User) {
    // 构造SignKey: 签名和解签名需要使用一个值
    j := md.NewJWT()

    // 构造用户claims信息(负荷)
    claims := md.CustomClaims{
        user.Name,
        user.Email,
        jwtgo.StandardClaims{
            NotBefore: int64(time.Now().Unix() - 1000), // 签名生效时间
            ExpiresAt: int64(time.Now().Unix() + 3600), // 签名过期时间
            Issuer:    "bgbiao.top",                    // 签名颁发者
        },
    }

    // 根据claims生成token对象
    token, err := j.CreateToken(claims)

    if err != nil {
        c.JSON(http.StatusOK, gin.H{
            "status": -1,
            "msg":    err.Error(),
            "data":   nil,
        })
    }

    log.Println(token)
    // 封装一个响应数据,返回用户名和token
    data := LoginResult{
        Name:  user.Name,
        Token: token,
    }

    c.JSON(http.StatusOK, gin.H{
        "status": 0,
        "msg":    "登陆成功",
        "data":   data,
    })
    return

}

定义普通待验证接口

// 定义一个普通controller函数，作为一个验证接口逻辑
func GetDataByTime(c *gin.Context) {
    // 上面我们在JWTAuth()中间中将'claims'写入到gin.Context的指针对象中，因此在这里可以将之解析出来
    claims := c.MustGet("claims").(*md.CustomClaims)
    if claims != nil {
        c.JSON(http.StatusOK, gin.H{
            "status": 0,
            "msg":    "token有效",
            "data":   claims,
        })
    }
}


// 在主函数中定义路由规则
    router := gin.Default()
    v1 := router.Group("/apis/v1/")
    {
        v1.POST("/register", controller.RegisterUser)
        v1.POST("/login", controller.Login)
    }

    // secure v1
    sv1 := router.Group("/apis/v1/auth/")
    // 加载自定义的JWTAuth()中间件,在整个sv1的路由组中都生效
    sv1.Use(md.JWTAuth())
    {
        sv1.GET("/time", controller.GetDataByTime)

    }
    router.Run(":8081")

验证使用JWT后的接口

# 运行项目
$ go run main.go
127.0.0.1
13306
root:bgbiao.top@tcp(127.0.0.1:13306)/test_api?charset=utf8mb4&parseTime=True&loc=Local
[GIN-debug] [WARNING] Creating an Engine instance with the Logger and Recovery middleware already attached.

[GIN-debug] [WARNING] Running in "debug" mode. Switch to "release" mode in production.
 - using env:   export GIN_MODE=release
 - using code:  gin.SetMode(gin.ReleaseMode)

[GIN-debug] POST   /apis/v1/register         --> warnning-trigger/controller.RegisterUser (3 handlers)
[GIN-debug] POST   /apis/v1/login            --> warnning-trigger/controller.Login (3 handlers)
[GIN-debug] GET    /apis/v1/auth/time        --> warnning-trigger/controller.GetDataByTime (4 handlers)
[GIN-debug] Listening and serving HTTP on :8081

# 注册用户
$ curl -i -X POST \
   -H "Content-Type:application/json" \
   -d \
'{
  "name": "hahaha1",
  "password": "hahaha1",
  "email": "hahaha1@bgbiao.top",
  "phone": 10000000000
}' \
 'http://localhost:8081/apis/v1/register'
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json; charset=utf-8
Date: Sun, 15 Mar 2020 07:09:28 GMT
Content-Length: 41

{"data":null,"msg":"success ","status":0}%


# 登陆用户以获取token
$ curl -i -X POST \
   -H "Content-Type:application/json" \
   -d \
'{
  "name":"hahaha1",
  "password":"hahaha1"
}' \
 'http://localhost:8081/apis/v1/login'
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json; charset=utf-8
Date: Sun, 15 Mar 2020 07:10:41 GMT
Content-Length: 290

{"data":{"token":"eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VyTmFtZSI6ImhhaGFoYTEiLCJlbWFpbCI6ImhhaGFoYTFAYmdiaWFvLnRvcCIsImV4cCI6MTU4NDI1OTg0MSwiaXNzIjoiYmdiaWFvLnRvcCIsIm5iZiI6MTU4NDI1NTI0MX0.HNXSKISZTqzjKd705BOSARmgI8FGGe4Sv-Ma3_iK1Xw","name":"hahaha1"},"msg":"登陆成功","status":0}


# 访问需要认证的接口
# 因为我们对/apis/v1/auth/的分组路由中加载了jwt的middleware，因此该分组下的api都需要使用jwt-token认证
$ curl http://localhost:8081/apis/v1/auth/time
{"data":null,"msg":"请求未携带token，无权限访问","status":-1}%

# 使用token认证
$ curl http://localhost:8081/apis/v1/auth/time -H 'token: eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VyTmFtZSI6ImhhaGFoYTEiLCJlbWFpbCI6ImhhaGFoYTFAYmdiaWFvLnRvcCIsImV4cCI6MTU4NDI1OTg0MSwiaXNzIjoiYmdiaWFvLnRvcCIsIm5iZiI6MTU4NDI1NTI0MX0.HNXSKISZTqzjKd705BOSARmgI8FGGe4Sv-Ma3_iK1Xw'
{"data":{"userName":"hahaha1","email":"hahaha1@bgbiao.top","exp":1584259841,"iss":"bgbiao.top","nbf":1584255241},"msg":"token有效","status":0}%

gin-jwt-go源码

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