Node入门系列-前后端的身份认证 — JWT（10）

1. 了解 Session 认证的局限性

Session 认证机制需要配合 Cookie 才能实现。由于 Cookie 默认不支持跨域访问，所以，当涉及到前端跨域请求后端接口的时候，需要做很多额外的配置，才能实现跨域 Session 认证。

注意：

当前端请求后端接口不存在跨域问题的时候，推荐使用 Session 身份认证机制。
当前端需要跨域请求后端接口的时候，不推荐使用 Session 身份认证机制，推荐使用 JWT 认证机制。

2. 什么是 JWT

JWT（英文全称：JSON Web Token）是目前最流行的跨域认证解决方案。

3. JWT 的工作原理

总结：用户的信息通过 Token 字符串的形式，保存在客户端浏览器中。服务器通过还原 Token 字符串的形式来认证用户的身份。

4. JWT 的组成部分

JWT 通常由三部分组成，分别是 Header（头部）、Payload（有效荷载）、Signature（签名）。

三者之间使用英文的“.”分隔，格式如下：

Header.Payload.Signature

下面是 JWT 字符串的示例：

Bearer eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6ImFkbWluIiwiaWF0IjoxNjQ0ODI3NzI2LCJleHAiOjE2NDQ4Mjc3NTZ9.gdZKg9LkPiQZIgNAZ1Mn14GQd9kZZua-_unwHQoRsKE

注意：Bearer 是手动添加的头部信息，必须携带此信息才能解析token ！

5. JWT 的三个部分各自代表的含义

JWT 的三个组成部分，从前到后分别是 Header、Payload、Signature。其中：

Payload 部分才是真正的用户信息，它是用户信息经过加密之后生成的字符串。
Header 和 Signature 是安全性相关的部分，只是为了保证 Token 的安全性。

6. JWT 的使用方式

客户端收到服务器返回的 JWT 之后，通常会将它储存在 localStorage 或 sessionStorage 中。

此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT 的字符串，从而进行身份认证。推荐的做法是把 JWT 放在 HTTP 请求头的 Authorization 字段中，格式如下：

Authorization: Bearer <token>

在 Express 中使用 JWT

7. 安装 JWT 相关的包

运行如下命令，安装如下两个 JWT 相关的包：

npm i jsonwebtoken express-jwt

其中：

jsonwebtoken 用于生成 JWT 字符串
express-jwt 用于将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象

8. 导入 JWT 相关的包

使用 require() 函数，分别导入 JWT 相关的两个包：

// 导入用于生成 JWT 字符串的包
const jwt = require('jsonwebtoken')

// 导入用户将客户端发送过来的 JWT 字符串，解析还原成 JSON 对象的包
const expressJWT = require('express-jwt')

9. 定义 secret 密钥 *

为了保证 JWT 字符串的安全性，防止 JWT 字符串在网络传输过程中被别人破解，我们需要专门定义一个用于加密和解密的 secret 密钥：

当生成 JWT 字符串的时候，需要使用 secret 密钥对用户的信息进行加密，最终得到加密好的 JWT 字符串
当把 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的时候，需要使用 secret 密钥进行解密

// 这个 secretKey 的是可以是任意的字符串
const secretKey = 'smiling ^_^'

10. 在登录成功后生成 JWT 字符串 *

调用 jsonwebtoken 包提供的 sign() 方法，将用户的信息加密成 JWT 字符串，响应给客户端：

// 登录接口
app.post('/api/login', function (req, res) {
  // 将 req.body 请求体中的数据，转存为 userinfo 常量
  const userinfo = req.body
  // 省略登录失败情况下的代码...

  // 登录成功
  // TODO_03：在登录成功之后，调用 jwt.sign() 方法生成 JWT 字符串。并通过 token 属性发送给客户端
  // 记住：千万不要把密码加密到 token 字符串中！
  // 参数 1：用户的信息对象
  // 参数 2：解密的秘钥
  // 参数 3：配置对象，可以配置 token 的有效期
  const tokenStr = jwt.sign({ username: userinfo.username }, secretKey, { expiresIn: '30s' })
  res.send({
    status: 200,
    message: '登录成功！',
    token: tokenStr // 要发送给客户端的 token 字符串
  })
})

11. 将 JWT 字符串还原为 JSON 对象 *

客户端每次在访问那些有权限接口的时候，都需要主动通过请求头中的 Authorization 字段，将 Token 字符串发送到服务器进行身份认证。

此时，服务器可以通过 express-jwt 这个中间件，自动将客户端发送过来的 Token 解析还原成 JSON 对象：

// 1. 使用 app.use() 来注册中间件
// 2. express.JWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }) 就是用来解析 Token 的中间件
// 2.1 express-jwt 模块，现在默认为 6版本以上，必须加上： algorithms: ['HS256']
// 3. .unless({ path: [/^\/api\//] }) 用来指定哪些接口不需要访问权限
// 4. 注意：只要配置成功了 express-jwt 这个中间件，就会自动把解析出来的用户信息，挂载到 req.user 属性上
app.use(expressJWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }).unless({ path: [/^\/api\//] }))

12. 使用 req.user 获取用户信息

当 express-jwt 这个中间件配置成功之后，即可在那些有权限的接口中，使用 req.user 对象，来访问从 JWT 字符串中解析出来的用户信息了，示例代码如下：

// 这是一个有权限的 API 接口，必须在 Header 中携带 Authorization 字段，值为 token，才允许访问
app.get('/admin/getinfo', function (req, res) {
  // TODO_05：使用 req.user 获取用户信息，并使用 data 属性将用户信息发送给客户端
  console.log(req.user);
  res.send({
    status: 200,
    message: '获取用户信息成功！',
    data: req.user // 要发送给客户端的用户信息
  })
})

13. 捕获解析 JWT 失败后产生的错误

当使用 express-jwt 解析 Token 字符串时，如果客户端发送过来的 Token 字符串过期或不合法，会产生一个解析失败的错误，影响项目的正常运行。我们可以通过 Express 的错误中间件，捕获这个错误并进行相关的处理，示例代码如下:

app.use((err, req, res, next) => {
  // 这次错误是由 token 解析失败导致的
  if (err.name === 'UnauthorizedError') {
    return res.send({
      status: 401,
      message: '无效的token'
    })
  }
  res.send({
    status: 500,
    message: '未知的错误'
  })
})

14. 完整代码

app.js 中

// 导入 express 模块
const express = require('express')
// 创建 express 的服务器实例
const app = express()

// TODO_01：安装并导入 JWT 相关的两个包，分别是 jsonwebtoken 和 express-jwt
const jwt = require('jsonwebtoken')
const expressJWT = require('express-jwt')


// 允许跨域资源共享
const cors = require('cors')
app.use(cors())

// 解析 post 表单数据的中间件
const bodyParser = require('body-parser')
// 这里用内置的中间件也行： app.use(express.urlencoded({ extended: false }))
app.use(bodyParser.urlencoded({ extended: false }))

// TODO_02：定义 secret 密钥，建议将密钥命名为 secretKey
// 这个 secretKey 的是可以是任意的字符串
const secretKey = 'smiling ^_^'

// TODO_04：注册将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的中间件
// 1. 使用 app.use() 来注册中间件
// 2. express.JWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }) 就是用来解析 Token 的中间件
// 2.1 express-jwt 模块，现在默认为 6版本以上，必须加上： algorithms: ['HS256']
// 3. .unless({ path: [/^\/api\//] }) 用来指定哪些接口不需要访问权限
// 4. 注意：只要配置成功了 express-jwt 这个中间件，就会自动把解析出来的用户信息，挂载到 req.user 属性上
app.use(expressJWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }).unless({ path: [/^\/api\//] }))

// 登录接口
app.post('/api/login', function (req, res) {
  // 将 req.body 请求体中的数据，转存为 userinfo 常量
  const userinfo = req.body
  // 登录失败
  if (userinfo.username !== 'admin' || userinfo.password !== '000000') {
    return res.send({
      status: 400,
      message: '登录失败！'
    })
  }
  // 登录成功
  // TODO_03：在登录成功之后，调用 jwt.sign() 方法生成 JWT 字符串。并通过 token 属性发送给客户端
  // 参数 1：用户的信息对象
  // 参数 2：解密的秘钥
  // 参数 3：配置对象，可以配置 token 的有效期
  // 记住：千万不要把密码加密到 token 字符串中！
  const tokenStr = jwt.sign({ username: userinfo.username }, secretKey, { expiresIn: '30s' })
  res.send({
    status: 200,
    message: '登录成功！',
    token: tokenStr // 要发送给客户端的 token 字符串
  })
})

// 这是一个有权限的 API 接口，必须在 Header 中携带 Authorization 字段，值为 token，才允许访问
app.get('/admin/getinfo', function (req, res) {
  // TODO_05：使用 req.user 获取用户信息，并使用 data 属性将用户信息发送给客户端
  console.log(req.user);
  res.send({
    status: 200,
    message: '获取用户信息成功！',
    data: req.user // 要发送给客户端的用户信息
  })
})

// TODO_06：使用全局错误处理中间件，捕获解析 JWT 失败后产生的错误
app.use((err, req, res, next) => {
  // 这次错误是由 token 解析失败导致的
  if (err.name === 'UnauthorizedError') {
    return res.send({
      status: 401,
      message: '无效的token'
    })
  }
  res.send({
    status: 500,
    message: '未知的错误'
  })
})

// 调用 app.listen 方法，指定端口号并启动web服务器
app.listen(8888, function () {
  console.log('Express server running at http://127.0.0.1:8888')
})