Django + JWT实现令牌认证

基于令牌的鉴权机制越来越多的用在了项目中，尤其是对于纯完全只对外提供API没有网页页面的项目，例如我们通常所讲的前分离架构中的纯替代服务，只提供API给前端，前端通过API提供的数据对页面进行渲染展示或增加修改等，我们知道HTTP是一种无状态的协议，从而导致服务并不知道是谁发来的请求，那么如何验证请求的合法性呢？这需要通过一些方式对请求进行鉴权

先来看看传统的登录鉴权跟基于令牌的鉴权有什么区别

以Django的帐号密码登录为例来说明传统的验证鉴权方式是怎么工作的，当我们登录页面输入帐号密码提交表单后，会发送请求给服务器，服务器对发送过来的帐号密码进行验证鉴权，验证鉴权通过后，把用户信息记录在服务器端（django_session表中），同时返回给浏览器一个session id唯一标识这个用户，浏览器将session id保存在cookie中，之后浏览器的每次请求都一分为会话ID发送给服务器，服务器根据会话ID与记录的信息做对比以验证身份

令牌的鉴权方式就可以了很多，客户端用自己的账号密码进行登录，服务端验证鉴权，验证鉴权通过生成令牌返回给客户端，之后客户端每次请求都将令牌放在标头里一并发送，服务端收到请求时校验令牌重置访问者身份
会话的主要目的是给无状态的HTTP协议添加状态保持，通常在浏览器作为客户端的情况下比较通用。而令牌的主要目的是为了鉴权，同时又不需要考虑CSRF防护以及跨域的问题，所以更多的用在专门为第三方提供API的情况下，客户端请求无论是浏览器发起还是其他的程序发起都能很好的支持。所以目前基于令牌的鉴权机制几乎已经变成了先前分离架构或对外提供API访问的鉴权标准，得到广泛使用

JSON Web令牌（JWT）是现有令牌鉴权机制下最流行的方案，网上关于JWT的介绍有很多，这里不细说，只讲下Django如何利用JWT实现对API的认证鉴权，搜了几乎所有的文章都是说JWT如何结合DRF使用的，如果你的项目没有用到DRF框架，也不想仅仅为了鉴权API就剩下庞大复杂的DRF框架，那么可以接着往下看

我的需求如下：

  • 1.同一个视图函数既给前端页面提供数据，又对外提供API服务，要同时满足基于账号密码的验证和JWT验证
  • 2.项目用了Django最小的权限系统，既能对账号密码登录的进行权限验证，又能对基于JWT的请求进行权限重置

PyJWT介绍

要实现上边的需求1，我们首先得约会JWT模块，python下有现成的PyJWT模块可以直接用，先看下JWT的简单用法

安装PyJWT
$ pip install pyjwt
利用PyJWT生成令牌
>>> import jwt
>>> encoded_jwt = jwt.encode({'username':'运维咖啡吧','site':'https://ops-coffee.cn'},'secret_key',algorithm='HS256')

这里传了三部分内容给JWT：

第一部分是一个Json对象，称为有效载荷，主要用于存放有效的信息，例如用户名，过期时间等等所有你想要传递的信息

第二部分是一个秘钥字串，这个秘钥主要用在某些签名签名中，服务端被重置令牌合法性，这个秘钥只有服务端知道，不能替换

第三部分指定了Signature签名的算法

查看生成的令牌
>>> print(encoded_jwt)
b'eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6Ilx1OGZkMFx1N2VmNFx1NTQ5Nlx1NTU2MVx1NTQyNyIsInNpdGUiOiJodHRwczovL29wcy1jb2ZmZWUuY24ifQ.fIpSXy476r9F9i7GhdYFNkd-2Ndz8uKLgJPcd84BkJ4'

JWT生成的令牌是一个用两个点（.）分割的长字符串

点分割成的三部分分别是Header头部，有效载荷负载，签名：Header.Payload.Signature

JWT是不加密的，任何人都可以读的到其中的信息，其中第一部分Header和第二部分有效载荷只是对原始输入的信息转成base64编码，第三部分签名是用header + payload + secret_key进行加密的结果

可以直接用base64对Header和Payload进行解码得到相应的信息

>>> import base64
>>> base64.b64decode('eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9')
b'{"typ":"JWT","alg":"HS256"}'

>>> base64.b64decode('eyJ1c2VybmFtZSI6Ilx1OGZkMFx1N2VmNFx1NTQ5Nlx1NTU2MVx1NTQyNyIsInNpdGUiOiJodHRwczovL29wcy1jb2ZmZWUuY24ifQ==')
# 这里最后加=的原因是base64解码对传入的参数长度不是2的对象，需要再参数最后加上一个或两个等号=

因为JWT不会对结果进行加密，所以不要保存敏感信息在Header或Payload中，服务端也主要继续最后的签名来验证令牌是否有效以及有无被篡改

解密令牌
>>> jwt.decode(encoded_jwt,'secret_key',algorithms=['HS256'])
{'username': '运维咖啡吧', 'site': 'https://ops-coffee.cn'}

服务端在有秘钥的情况下可以直接对JWT生成的令牌进行解密，解密成功说明令牌正确，且数据没有被篡改

当然我们前文说了JWT并没有对数据进行加密，如果没有secret_key也可以直接获取到Payload里边的数据，只是所有权了签名算法无法验证数据正确，pyjwt也提供了直接获取Payload数据的方法，如下

>>> jwt.decode(encoded_jwt, verify=False)
{'username': '运维咖啡吧', 'site': 'https://ops-coffee.cn'}

Django案例

Django以兼容会话认证的方式，还需要同时支持JWT，并且两种验证需要共用同一套权限系统，该如何处理呢？我们可以参考Django的解决方案：装饰器，例如使用检查用户是否登录的login_required和已验证检查用户是否有权限的permission_required两个装饰器，我们可以自己实现一个装饰器，检查用户的认证模式，同时认证完成后验证用户是否有权限操作

于是一个auth_permission_required的装饰器产生了：

from django.conf import settings
from django.http import JsonResponse
from django.contrib.auth import get_user_model
from django.core.exceptions import PermissionDenied

UserModel = get_user_model()


def auth_permission_required(perm):
    def decorator(view_func):
        def _wrapped_view(request, *args, **kwargs):
            # 格式化权限
            perms = (perm,) if isinstance(perm, str) else perm

            if request.user.is_authenticated:
                # 正常登录用户判断是否有权限
                if not request.user.has_perms(perms):
                    raise PermissionDenied
            else:
                try:
                    auth = request.META.get('HTTP_AUTHORIZATION').split()
                except AttributeError:
                    return JsonResponse({"code": 401, "message": "No authenticate header"})

                # 用户通过API获取数据验证流程
                if auth[0].lower() == 'token':
                    try:
                        dict = jwt.decode(auth[1], settings.SECRET_KEY, algorithms=['HS256'])
                        username = dict.get('data').get('username')
                    except jwt.ExpiredSignatureError:
                        return JsonResponse({"status_code": 401, "message": "Token expired"})
                    except jwt.InvalidTokenError:
                        return JsonResponse({"status_code": 401, "message": "Invalid token"})
                    except Exception as e:
                        return JsonResponse({"status_code": 401, "message": "Can not get user object"})

                    try:
                        user = UserModel.objects.get(username=username)
                    except UserModel.DoesNotExist:
                        return JsonResponse({"status_code": 401, "message": "User Does not exist"})

                    if not user.is_active:
                        return JsonResponse({"status_code": 401, "message": "User inactive or deleted"})

                    # Token登录的用户判断是否有权限
                    if not user.has_perms(perms):
                        return JsonResponse({"status_code": 403, "message": "PermissionDenied"})
                else:
                    return JsonResponse({"status_code": 401, "message": "Not support auth type"})

            return view_func(request, *args, **kwargs)

        return _wrapped_view

    return decorator

在视图使用时就可以用这个装饰器来代替原本的login_required和permission_required装饰器了

@auth_permission_required('account.select_user')
def user(request):
    if request.method == 'GET':
        _jsondata = {
            "user": "ops-coffee",
            "site": "https://ops-coffee.cn"
        }

        return JsonResponse({"state": 1, "message": _jsondata})
    else:
        return JsonResponse({"state": 0, "message": "Request method 'POST' not supported"})

我们还需要一个生成用户令牌的方法，通过给用户模型添加一个令牌的静态方法来处理

class User(AbstractBaseUser, PermissionsMixin):
    create_time = models.DateTimeField(auto_now_add=True, verbose_name='创建时间')
    update_time = models.DateTimeField(auto_now=True, verbose_name='更新时间')
    username = models.EmailField(max_length=255, unique=True, verbose_name='用户名')
    fullname = models.CharField(max_length=64, null=True, verbose_name='中文名')
    phonenumber = models.CharField(max_length=16, null=True, unique=True, verbose_name='电话')
    is_active = models.BooleanField(default=True, verbose_name='激活状态')

    objects = UserManager()

    USERNAME_FIELD = 'username'
    REQUIRED_FIELDS = []

    def __str__(self):
        return self.username

    @property
    def token(self):
        return self._generate_jwt_token()

    def _generate_jwt_token(self):
        token = jwt.encode({
            'exp': datetime.utcnow() + timedelta(days=1),
            'iat': datetime.utcnow(),
            'data': {
                'username': self.username
            }
        }, settings.SECRET_KEY, algorithm='HS256')

        return token.decode('utf-8')

    class Meta:
        default_permissions = ()

        permissions = (
            ("select_user", "查看用户"),
            ("change_user", "修改用户"),
            ("delete_user", "删除用户"),
        )

可以直接通过用户对象来生成令牌：

>>> from accounts.models import User
>>> u = User.objects.get(username='admin@ops-coffee.cn')
>>> u.token
'eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJleHAiOjE1NDgyMjg3NzksImlhdCI6MTU0ODE0MjM3OSwiZGF0YSI6eyJ1c2VybmFtZSI6ImFkbWluQDE2My5jb20ifX0.akZNU7t_z2kwPxDJjmc-QxtNdICK0yhnwWmKxqqXKLw'

生成的Token给到客户端，客户端就可以拿这个Token进行鉴权

>>> import requests
>>> token = 'eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJleHAiOjE1NDgyMjg4MzgsImlhdCI6MTU0ODE0MjQzOCwiZGF0YSI6eyJ1c2VybmFtZSI6ImFkbWluQDE2My5jb20ifX0.oKc0SafgksMT9ZIhTACupUlz49Q5kI4oJA-B8-GHqLA'
>>>
>>> r = requests.get('http://localhost/api/user', headers={'Authorization': 'Token '+token})
>>> r.json()
{'username': 'admin@ops-coffee.cn', 'fullname': '运维咖啡吧', 'is_active': True}

这样一个auth_permission_required方法就可以搞定定边的全部需求了，简单好用。

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