JWT之token生成和解析鑑權驗證[C++]

實現Token的方式有很多，本篇介紹的是利用Json Web Token(JWT)生成的Token.JWT生成的Token有什麼好處呢？

• 安全性比較高，加上密匙加密而且支持多種算法。
• 攜帶的信息是自定義的，而且可以做到驗證token是否過期。
• 驗證信息可以由前端保存，後端不需要爲保存token消耗內存。

 1.JWT構成

第一部分我們稱它爲頭部（header),第二部分我們稱其爲載荷（payload)，第三部分是簽證（signature).網上也有很多其他資料關於header 、payload的格式，其中要知道：

header，頭部信息主要包括（參數的類型--JWT,簽名的算法--HS256、HS512等等）
poyload，負荷基本就是自己想要存放的信息(因爲信息會暴露，不應該在載荷裏面加入任何敏感的數據)
sign，簽名的作用就是爲了防止惡意篡改數據.

最終的token : xxxxxx.yyyyyyyy.zzzzzz

2.服務器端進行鑑權

（1）客戶端連接服務端時，攜帶的鑑權token 比如：（以下的所有源碼中需要用到的token信息都是如下token）

eyJhbGciOiJIUzUxMiJ9.eyJzdWIiOiJRTVVMVVhBQSIsInNjb3BlIjpbIlJPTEVfQ0xJRU5U
Il0sImlzcyI6Imh0dHA6Ly9za3lsaWdodC5jb20uaGsiLCJpZCI6ImZmNTdjOWUzLWI4YTItNGVkYi05
MDUzLTc1MzMxZTg4ZjQ4YSIsImV4cCI6MTU1MzA1MTI5NSwiaWF0IjoxNTUzMDQ3Njk1fQ.Em8HJJM2vCK2bqYD5qw-Czxz__hYuOw-DiDHYZPxmzH5clYIAFJ9WUgciihdbps8Fmm88gspYFoHqYRz8X5BfA

我們可以拿到base64後的head：eyJhbGciOiJIUzUxMiJ9

base64後的payload：

eyJzdWIiOiJRTVVMVVhBQSIsInNjb3BlIjpbIlJPTEVfQ0xJRU5UIl0sImlzcyI6Imh0dHA6Ly9za3lsaWdodC5jb20uaGsiLCJpZCI6ImZmNTdjOWUzLWI4YTItNGVkYi05MDUzLTc1MzMxZTg4ZjQ4YSIsImV4cCI6MTU1MzA1MTI5NSwiaWF0IjoxNTUzMDQ3Njk1fQ

以及sign：

Em8HJJM2vCK2bqYD5qw-Czxz__hYuOw-DiDHYZPxmzH5clYIAFJ9WUgciihdbps8Fmm88gspYFoHqYRz8X5BfA

鑑權是如何通過的呢？或者說，我們認爲服務端如何判斷客戶端鑑權通過與否呢？

在生成token時：

jwt的第三部分是一個簽證信息，這個簽證信息由三部分組成：

• header (base64後的)
• payload (base64後的)
• secret

這個部分需要base64加密後的header和base64加密後的payload使用.連接組成的字符串，然後通過header中聲明的加密方式進行secret（密鑰）組合加密，然後就構成了JWT的第三部分。

// javascript  以HMACSHA256算法爲例
var encodedString = base64UrlEncode(header) + '.' + base64UrlEncode(payload);

var signature = HMACSHA256(encodedString, 'secret');

（2）服務端鑑權

可以對header進行base64解碼，得到具體的算法，代碼如下：

Base64解碼函數：

/*
Base64解碼
*/
static const std::string base64_chars =
"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
"0123456789+/";

static inline bool is_base64(unsigned char c) 
{
	return (isalnum(c) || (c == '+') || (c == '/'));
}
std::string Base64Decode(std::string const& encoded_string) 
{
	int in_len = encoded_string.size();
	int i = 0;
	int j = 0;
	int in_ = 0;
	unsigned char char_array_4[4], char_array_3[3];
	std::string ret;

	while (in_len-- && (encoded_string[in_] != '=') && is_base64(encoded_string[in_]))
      {
		char_array_4[i++] = encoded_string[in_]; in_++;
		if (i == 4)
               {
			for (i = 0; i < 4; i++)
				char_array_4[i] = base64_chars.find(char_array_4[i]);

			char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4);
			char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0xf) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2);
			char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x3) << 6) + char_array_4[3];

			for (i = 0; (i < 3); i++)
				ret += char_array_3[i];
			i = 0;
		}
	}

	if (i) 
        {
		for (j = i; j < 4; j++)
			char_array_4[j] = 0;

		for (j = 0; j < 4; j++)
			char_array_4[j] = base64_chars.find(char_array_4[j]);

		char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4);
		char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0xf) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2);
		char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x3) << 6) + char_array_4[3];

		for (j = 0; (j < i - 1); j++) ret += char_array_3[j];
	}

	return ret;
}

當我們將頭（eyJhbGciOiJIUzUxMiJ9）解析出來，信息如下，因此就可以知道是用什麼算法加密；

int main(int argc, char argv[])
{

	std::string headerstr = Base64Decode("eyJhbGciOiJIUzUxMiJ9");
	printf("header:%s\n", headerstr.c_str());

	/*
	header:{"alg":"HS512"}
	
	*/

	return 0;
}

此時，我們做這樣的操作：

encode = Base64Encode(header) + '.' +Base64Encode(payload)，即是token中的xxxx.yyyyy部分，因此對於服務端無需再做Base64操作。

在進行具體的sign過程，先要知道Base64Encode實現過程，接下來會用到：

std::string Base64Encode(unsigned char const* bytes_to_encode, unsigned int in_len) 
{
	std::string ret;
	int i = 0;
	int j = 0;
	unsigned char char_array_3[3];
	unsigned char char_array_4[4];

	while (in_len--)
      {
		char_array_3[i++] = *(bytes_to_encode++);
		if (i == 3) 
                {
			char_array_4[0] = (char_array_3[0] & 0xfc) >> 2;
			char_array_4[1] = ((char_array_3[0] & 0x03) << 4) + ((char_array_3[1] & 0xf0) >> 4);
			char_array_4[2] = ((char_array_3[1] & 0x0f) << 2) + ((char_array_3[2] & 0xc0) >> 6);
			char_array_4[3] = char_array_3[2] & 0x3f;

			for (i = 0; (i < 4); i++)
				ret += base64_chars[char_array_4[i]];
			i = 0;
		}
	}

	if (i)
	{
		for (j = i; j < 3; j++)
			char_array_3[j] = '\0';

		char_array_4[0] = (char_array_3[0] & 0xfc) >> 2;
		char_array_4[1] = ((char_array_3[0] & 0x03) << 4) + ((char_array_3[1] & 0xf0) >> 4);
		char_array_4[2] = ((char_array_3[1] & 0x0f) << 2) + ((char_array_3[2] & 0xc0) >> 6);
		char_array_4[3] = char_array_3[2] & 0x3f;

		for (j = 0; (j < i + 1); j++)
			ret += base64_chars[char_array_4[j]];

		while ((i++ < 3))
			ret += '=';

	}

	return ret;

}

接下來，使用HMAC512加密，密鑰我們認爲服務端已經獲取,權限驗證過程如下：

#include <string>
#include <stdint.h>
#include "openssl/hmac.h"
#include "openssl/evp.h"     //使用openssl
#include<algorithm>
#include<string>
#include<iostream>

int main(int argc, char argv[])
{

        //注意密鑰
	const char * key = "ee394b990568d08a";

	const  char  str[] = "eyJhbGciOiJIUzUxMiJ9.eyJzdWIiOiJRTVVMVVhBQSIsInNjb3BlIjpbIlJPTEVfQ0xJRU5UIl0sImlzcyI6Imh0dHA6Ly9za3lsaWdodC5jb20uaGsiLCJpZCI6ImZmNTdjOWUzLWI4YTItNGVkYi05MDUzLTc1MzMxZTg4ZjQ4YSIsImV4cCI6MTU1MzA1MTI5NSwiaWF0IjoxNTUzMDQ3Njk1fQ";
        
	HMAC_CTX       mdctx;

	const EVP_MD * evpmd = NULL;

	evpmd = EVP_sha512();     //算法

	HMAC_CTX_init(&mdctx);

	HMAC_Init_ex(&mdctx, key, strlen(key), evpmd, NULL);

        unsigned char * outdate = (unsigned char*)malloc(EVP_MAX_MD_SIZE);

	unsigned int   size = 0;

	HMAC_Update(&mdctx, (const unsigned char *)str, strlen(str));

	HMAC_Final(&mdctx, outdate, &size);

	HMAC_CTX_cleanup(&mdctx);

	for (int i = 0; i < size; i++)
	{
	    printf("%x", (unsigned int)outdate[i]);
	}
	printf("\n");

        //注意：此時得到的outdate並非是token中的sign，還需要繼續處理，如下：

	std::string encode = Base64Encode(outdate, size);   //使用Base64Encode

	printf("encode:%s\n", encode.c_str());

	std::string signature = encode;

        //思考：爲什麼接下來要對符號處理？？這操作不能缺少！！
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
	replace(signature.begin(), signature.end(), '+', '-');
	replace(signature.begin(), signature.end(), '/', '_');

	std::string::iterator iter;
	for (iter = signature.begin(); iter != signature.end(); iter++)
	if (*iter == '=')
	{
		signature.erase(iter);
		iter--;
	}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
	printf("signature:%s\n", signature.c_str());

	int lsuccess = 0;
	lsuccess = strncmp("Em8HJJM2vCK2bqYD5qw-Czxz__hYuOw-DiDHYZPxmzH5clYIAFJ9WUgciihdbps8Fmm88gspYFoHqYRz8X5BfA", signature.c_str(), signature.size());
       //字符串比較相等，鑑權也就通過了，簽名OK

	printf("lsuccess:%d\n", lsuccess);

	return 0;
}

注：以上的Base64Encode，Base64Decode,都是經過驗證，方法可以正常使用，如有需要自己保留，如有問題歡迎留言指導，謝謝！[歡迎添加微信公總號：yansuirengui ]