CSRF攻击预防的Token生成以及验证原理

1.Token的特性

唯一性
时效性
不可预测性
无状态性

2.Token的结构组成

token由msg、separator、signature三部分组成

msg部分

msg由客户端标识信息(uid、did)、随机字符主体、过期时间戳两部分组成。

separator分隔符部分

用符号分隔msg部分和加密后的signature签名部分，比如“$”、"."等

签名signature部分

signature签名，是对上面提到的msg，按照msg中提到的msg的信息部分，按照特定的密匙进行加密。

token = base64(msg)格式化..base64(sha256("密匙", msg))

Token验证

当用户从客户端，得到token，再次提交给服务器的时候，服务器先判断token的有效性，如果有效则处理请求。

验证流程

客户端使用用户名和密码请求登录

服务端收到请求，验证登录是否成功

验证成功后，服务端会返回一个Token给客户端，反之，返回身份验证失败的信息

客户端收到Token并存储

客户端每次发起请求时都会将Token发给服务端

服务端收到请求后，验证Token的合法性，合法就返回客户端所需数据，反之，返回验证失败的信息

（1）token解构

服务器对客户端发来的token进行解构为msg、separator、signature三部分。

（2）验证时效

服务器先验证token是否还具有时效性，如果不具有时效性则拒绝访问。

（3）签名验证

服务器对客户端发送的信息进行签名，如果得到的签名与客户端发来的签名相同，则token有效

3.JWT(JSON Web Token)

组成部分

JWT由以下三部分组成：

Header（头部）
Payload（负载）
Signature（签名）

即：

Header.Payload.Signature

Header

Header 部分是一个 JSON 对象，描述 JWT 的元数据，通常是下面的样子。

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

alg属性表示签名的算法（algorithm），默认是 HMAC SHA256（写成 HS256）
typ属性表示这个令牌（token）的类型（type），JWT 令牌统一写为JWT。

Payload

Payload 部分也是一个 JSON 对象，用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段，供选用。

iss (issuer)：签发人
exp (expiration time)：过期时间
sub (subject)：主题
aud (audience)：受众
nbf (Not Before)：生效时间
iat (Issued At)：签发时间
jti (JWT ID)：编号

除了官方字段，你还可以在这个部分定义私有字段，下面就是一个例子:

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true
}

注意，JWT 默认是不加密的，任何人都可以读到，所以不要把秘密信息放在这个部分。
这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。

Signature

Signature 部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。

首先，需要指定一个密钥（secret）。这个密钥只有服务器才知道，不能泄露给用户。然后，使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256），按照下面的公式产生签名:

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

算出签名以后，把 Header、Payload、Signature 三个部分拼成一个字符串，每个部分之间用"点"（.）分隔，就可以返回给用户。

Base64URL

前面提到，Header 和 Payload 串型化的算法是 Base64URL。这个算法跟 Base64 算法基本类似，但有一些小的不同。

JWT 作为一个令牌（token），有些场合可能会放到 URL（比如 api.example.com/?token=xxx）。Base64 有三个字符+、/和=，在 URL 里面有特殊含义，所以要被替换掉：=被省略、+替换成-，/替换成_ 。这就是 Base64URL 算法。

JWT 的使用方式

客户端收到服务器返回的 JWT，可以储存在 Cookie 里面，也可以储存在 localStorage。

此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT。你可以把它放在 Cookie 里面自动发送，但是这样不能跨域，所以更好的做法是放在 HTTP 请求的头信息Authorization字段里面。

Authorization: Bearer <token>

另一种做法是，跨域的时候，JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

JWT 的几个特点

（1）JWT 默认是不加密，但也是可以加密的。生成原始 Token 以后，可以用密钥再加密一次。
（2）JWT 不加密的情况下，不能将秘密数据写入 JWT。
（3）JWT 不仅可以用于认证，也可以用于交换信息。有效使用 JWT，可以降低服务器查询数据库的次数。
（4）JWT 的最大缺点是，由于服务器不保存 session 状态，因此无法在使用过程中废止某个 token，或者更改 token 的权限。也就> 是说，一旦 JWT 签发了，在到期之前就会始终有效，除非服务器部署额外的逻辑。
（5）JWT 本身包含了认证信息，一旦泄露，任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT 的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限，使用时应该再次对用户进行认证。
（6）为了减少盗用，JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输，要使用 HTTPS 协议传输。