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Jwt源码

gui.h 人气:0

前言

JWT是目前最为流行的接口认证方案之一，有关JWT协议的详细内容，请参考：https://jwt.io/introduction

今天分享一下在使用JWT在项目中遇到的一个问题，主要是一个协议的细节，非常容易被忽略，如果不是自己遇到，或者去看源码的实现，我估计至少80%的人都会栽在这里，下面来还原一下这个问题的过程，由于这个问题出现有一定的概率，不是每次都会出现，所以才容易掉坑里。

集成JWT

在Asp.Net Core中集成JWT认证的方式在网络上随便一搜就能找到一堆，主要有两个步骤：

1.在IOC容器中注入依赖

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    // 添加这一行添加jwt验证：
    services.AddAuthentication(JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme)
        .AddJwtBearer(options => {
            options.TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
            {
                ValidateIssuer = true,//是否验证Issuer
                ValidateAudience = true,//是否验证Audience
                ValidateLifetime = true,//是否验证失效时间
                ClockSkew = TimeSpan.FromSeconds(30),
                ValidateIssuerSigningKey = true,//是否验证SecurityKey
                ValidAudience = Const.Domain,//Audience
                ValidIssuer = Const.Domain,//Issuer，这两项和前面签发jwt的设置一致
                IssuerSigningKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes(Const.SecurityKey))//拿到SecurityKey
            };
        });
}

2.应用认证中间件

public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env)
{
    // 添加这一行 使用认证中间件
    app.UseAuthentication();
    if (env.IsDevelopment())
    {
        app.UseDeveloperExceptionPage();
    }
    app.UseMvc(routes =>
    {
        routes.MapRoute(
            name: "default",
                template: "{controller=Home}/{action=Index}/{id?}");
    });
}

3.在Controller

[Route("api/[controller]")]
[ApiController] // 添加这一行
public class MyBaseController : ControllerBase
{
}

4.提供一个认证的接口，用于前端获取token

[AllowAnonymous]
[HttpGet]
public IActionResult Get(string userName, string pwd)
{
    if (!string.IsNullOrEmpty(userName) && !string.IsNullOrEmpty(pwd))
    {
        var claims = new[]
        {
            new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Nbf,$"{new DateTimeOffset(DateTime.Now).ToUnixTimeSeconds()}") ,
            new Claim (JwtRegisteredClaimNames.Exp,$"{new DateTimeOffset(DateTime.Now.AddMinutes(30)).ToUnixTimeSeconds()}"),
            new Claim(ClaimTypes.Name, userName)
        };
        var key = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes(Const.SecurityKey));
        var creds = new SigningCredentials(key, SecurityAlgorithms.HmacSha256);
        var token = new JwtSecurityToken(
            issuer: Const.Domain,
            audience: Const.Domain,
            claims: claims,
            expires: DateTime.Now.AddMinutes(30),
            signingCredentials: creds);

        return Ok(new
        {
            token = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(token)
        });
    }
    else
    {
        return BadRequest(new { message = "username or password is incorrect." });
    }
}

至此，你的应用已经完成了集成JWT认证。

坑在哪里

直接上代码，下面这段代码是我用来能复现该大坑的示例，有空的可以按照该代码重现下面的问题。

using Microsoft.IdentityModel.Tokens;
using System.IdentityModel.Tokens.Jwt;
using System.Security.Claims;
using System.Text;
var SecurityKey = "MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDI2a2EJ7m872v0afyoSDJT2o1+SitIeJSWtLJU8/Wz2m7gStexajkeD+Lka6DSTy8gt9UwfgVQo6uKjVLG5Ex7PiGOODVqAEghBuS7JzIYU5RvI543nNDAPfnJsas96mSA7L/mD7RTE2drj6hf3oZjJpMPZUQI/B1Qjb5H3K3PNwIDAQAB";
var Domain = "http://localhost:5000";
var email = "username@qq.com";
var userName = "阿哈";
var claims = new[]
{
        new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Nbf,$"{new DateTimeOffset(DateTime.Now).ToUnixTimeSeconds()}") ,
        new Claim (JwtRegisteredClaimNames.Exp,$"{new DateTimeOffset(DateTime.Now.AddMinutes(30)).ToUnixTimeSeconds()}"),
        new Claim("Name", userName),
        new Claim("Email", email),
    };
var key = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes(SecurityKey));
var creds = new SigningCredentials(key, SecurityAlgorithms.HmacSha256);
var token = new JwtSecurityToken(
    issuer: Domain,
    audience: Domain,
    claims: claims,
    expires: DateTime.Now.AddMinutes(30),
    signingCredentials: creds);
var JWTToken = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(token);
Console.WriteLine(JWTToken);
Console.ReadLine();

上面代码运行的结果是：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCIsImN0eSI6IkpXVCJ9.eyJuYmYiOiIxNjUzNDAwNjk0IiwiZXhwIjoxNjUzNDAyNDk0LCJOYW1lIjoi6Zi_5ZOIIiwiRW1haWwiOiJ1c2VybmFtZUBxcS5jb20iLCJpc3MiOiJodHRwOi8vbG9jYWxob3N0OjUwMDAiLCJhdWQiOiJodHRwOi8vbG9jYWxob3N0OjUwMDAifQ.RBtP7zroK7YueGlDdZNHGy3tT8-xcGkf8ZyiTL81w2I

我们知道Token由三部分组成，使用.分割，如果是标准的Jwt协议加密的，那这三部分均为Base64加密(此处不准确，下文解释为什么)，也可以说就是明文，我们将三部分内容进行Base64解密看看。

我们在线验证一下我们的Jwt是否符合标准：
打开网站：https://jwt.io/，选择顶部菜单的Debugger，将我们的token填进去：

然后将代码中用的SecurityKey填到图中标记的位置

显示签名认证通过。

头

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCIsImN0eSI6IkpXVCJ9
{  "alg": "HS256",  "typ": "JWT",  "cty": "JWT" }

载荷

eyJuYmYiOiIxNjUzNDAwNjk0IiwiZXhwIjoxNjUzNDAyNDk0LCJOYW1lIjoi6Zi_5ZOIIiwiRW1haWwiOiJ1c2VybmFtZUBxcS5jb20iLCJpc3MiOiJodHRwOi8vbG9jYWxob3N0OjUwMDAiLCJhdWQiOiJodHRwOi8vbG9jYWxob3N0OjUwMDAifQ

{
  "nbf": "1653400694",
  "exp": 1653402494,
  "Name": "阿哈",
  "Email": "username@qq.com",
  "iss": "http://localhost:5000",
  "aud": "http://localhost:5000"
}

签名

RBtP7zroK7YueGlDdZNHGy3tT8-xcGkf8ZyiTL81w2I

到目前未知一切都十分顺利。

既然Token的内容前端直接可以通过base64解密出来，那在需要展示用户名的地方，我们就可以直接解析token的载荷，然后获得Name
,下面是使用在线base64工具解密上面的token载荷内容，可以看到用户名为啊哈。

逻辑没有任何问题，那就开始前端进行解析token中的用户名用于展示在个人中心吧。
下面是在Vue3框架和Piana中的演示，window.atob是浏览器自带base64decode的方法

export const useUserStore = defineStore({
  id: 'user',
  state: () => {
    return {
      token: '',
    }
  },
  getters: {
    accessToken: (state) => {
      return state.accesstoken || localStorage.getItem("accesstoken");
    },
    /**
     * 获取token中解密后的用户信息
     */
    userInfo(state) {
      var token = state.token || localStorage.getItem("accesstoken");
      if (!token || token == '') {
        return null;
      }

      var json = window.atob(token.split(".")[1]);
      return JSON.parse(json);
    }
  }
})

在需要获取用户名的地方使用

computed:{
  ...mapState(useUserStore, ["userInfo"]),
}

感觉一切都很优雅的写完了代码，但是实际运行会报错：
这里为了方便是直接在浏览器的调式器中执行的

报错的意思来看是说我们的字符串没用正确的加密（就是它说咱这个字符串不是合法的base64加密）。
可是我们通过一些在线base64解密工具，还有Jwt的debugger工具都能解密出来明文。而且这不是我第一次将token拿出来进行解密了，之前也都没问题。

是不是token有问题？
经过测试，调用接口完全不会有问题，只是前端解密时报错，排除token不合法。前端的atob函数存在bug？
那我们在后端用c#的base64解密一下看看：

居然后端解密也报错了，头部解密成功，载荷部分解密异常，和前端报错一样都是说字符串不是合法的base64内容，不知道你是不是偶尔遇到过这个问题，如果没有，那你更要往下看了，不然以后遇到了，要耽误不少时间去排查了。

查看源码探索问题原因

上面遇到的问题曾经花了我不少时间去排查，关键是有工具能解密的还有工具不能解密，一时不知道到底是谁的问题了，抱着试试看的态度，看看源码生成token三部分的字符串过程。

1.既然token是这个函数生成的，那就直接看它的实现，直接F12即可，这个包是不是框架自带的，所以能直接通过vs看源码，比较方便的。

2.源码如下，encodedPayload根据它的命名不难看出是机密后的载荷，我们需要看的是它如何加密的

3.查看jwtToken.EncodedPayload这个属性怎么来的（F12）

图中标记了三个数字：

上一步我们已经锁定进加密的逻辑在Payload.Base64UrlEncode()中，看JwtPayload的类定义

可以看出，载荷的加密和我们想象的一样简单，把JwtPayload对象转成Json，然后进行Base64Url加密
5. 现在只剩Base64UrlEncoder.Encode的实现能为我们揭秘了

整体看下类定义，我们调用的Encode按标记顺序，依次调用了三个重载方法，最终实现都标记为3的那个方法。
6. 不知道你有没有注意到这些内容

看到这里我恍然大悟了一点，再看看他这里面的decode方法

看见了吧，我们因为是单纯的Base64加解密，其实不然，在进行Convert.FromBase64String(decodedString)解密前还需要进行一些字符串的替换,我赶紧看下上面出问题的载荷内容，发现其中有_这个字符，我赶紧将其进行替换成+,在次在尝试：

eyJuYmYiOiIxNjUzNDAwNjk0IiwiZXhwIjoxNjUzNDAyNDk0LCJOYW1lIjoi6Zi_5ZOIIiwiRW1haWwiOiJ1c2VybmFtZUBxcS5jb20iLCJpc3MiOiJodHRwOi8vbG9jYWxob3N0OjUwMDAiLCJhdWQiOiJodHRwOi8vbG9jYWxob3N0OjUwMDAifQ

// 替换后
eyJuYmYiOiIxNjUzNDAwNjk0IiwiZXhwIjoxNjUzNDAyNDk0LCJOYW1lIjoi6Zi+5ZOIIiwiRW1haWwiOiJ1c2VybmFtZUBxcS5jb20iLCJpc3MiOiJodHRwOi8vbG9jYWxob3N0OjUwMDAiLCJhdWQiOiJodHRwOi8vbG9jYWxob3N0OjUwMDAifQ

果然如此，替换后解密成功了，只有一个汉字的编码问题。

这下找到问题了，优化下前端的解密代码

userInfo(state) {
      var token = state.token || localStorage.getItem("accesstoken");
      if (!token || token == '') {
        return null;
      }
      
      token = token.replace("_", "/").replace("-", "+") // 添加这一行
      var json = window.atob(token.split(".")[1]);
      return JSON.parse(json);
    }

问题解决了。

注意官方对加密过程的描述

哈哈，是不是草率了，并不是Base64加密~~

总结

我们都以为Jwt三部分是用Base64加密，其实不完全对，因为他确切的加密方式是Base64Url加密，没有深入理解的我们只以为就是纯粹的base64,而且在大部分情况下确实是这样，更加坚定了我们这种错误认知。而只有当Base64加密后出现字符+或/时，才会有所不同，希望对大家有帮助。

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