微服务统一登录认证怎么做?JWT ?

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作者:hongxinerke 

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无状态登录原理

1.1.什么是有状态?

有状态服务,即服务端需要记录每次会话的客户端信息,从而识别客户端身份,根据用户身份进行请求的处理,典型的设计如tomcat中的session。

例如登录:用户登录后,我们把登录者的信息保存在服务端session中,并且给用户一个cookie值,记录对应的session。然后下次请求,用户携带cookie值来,我们就能识别到对应session,从而找到用户的信息。

缺点是什么?

  • 服务端保存大量数据,增加服务端压力

  • 服务端保存用户状态,无法进行水平扩展

  • 客户端请求依赖服务端,多次请求必须访问同一台服务器

1.2.什么是无状态

微服务集群中的每个服务,对外提供的都是Rest风格的接口。而Rest风格的一个最重要的规范就是:服务的无状态性,即:

  • 服务端不保存任何客户端请求者信息

  • 客户端的每次请求必须具备自描述信息,通过这些信息识别客户端身份

带来的好处是什么呢?

  • 客户端请求不依赖服务端的信息,任何多次请求不需要必须访问到同一台服务

  • 服务端的集群和状态对客户端透明

  • 服务端可以任意的迁移和伸缩

  • 减小服务端存储压力

1.3.如何实现无状态

无状态登录的流程:

  1. 当客户端第一次请求服务时,服务端对用户进行信息认证(登录)

  2. 认证通过,将用户信息进行加密形成token,返回给客户端,作为登录凭证

  3. 以后每次请求,客户端都携带认证的token

  4. 服务端对token进行解密,判断是否有效。

流程图:

微服务统一登录认证怎么做?JWT ?

整个登录过程中,最关键的点是什么?

token的安全性

token是识别客户端身份的唯一标示,如果加密不够严密,被人伪造那就完蛋了。

采用何种方式加密才是安全可靠的呢?

我们将采用JWT + RSA非对称加密

1.4.JWT

1.4.1.简介

JWT,全称是Json Web Token, 是JSON风格轻量级的授权和身份认证规范,可实现无状态、分布式的Web应用授权;官网:https://jwt.io

GitHub上jwt的java客户端:https://github.com/jwtk/jjwt

1.4.2.数据格式

JWT包含三部分数据:

Header:头部,通常头部有两部分信息:

  • 声明类型,这里是JWT

  • 加密算法,自定义

我们会对头部进行base64加密(可解密),得到第一部分数据

Payload:载荷,就是有效数据,一般包含下面信息:

  • 用户身份信息(注意,这里因为采用base64加密,可解密,因此不要存放敏感信息)

  • 注册声明:如token的签发时间,过期时间,签发人等

这部分也会采用base64加密,得到第二部分数据

Signature:签名,是整个数据的认证信息。一般根据前两步的数据,再加上服务的密钥(secret)(不要泄漏,最好周期性更换),通过加密算法生成。用于验证整个数据完整和可靠性

生成的数据格式:

微服务统一登录认证怎么做?JWT ?

可以看到分为3段,每段就是上面的一部分数据

1.4.3.JWT交互流程

流程图:

微服务统一登录认证怎么做?JWT ?

步骤翻译:

  1. 用户登录

  2. 服务的认证,通过后根据secret生成token

  3. 将生成的token返回给浏览器

  4. 用户每次请求携带token

  5. 服务端利用公钥解读jwt签名,判断签名有效后,从Payload中获取用户信息

  6. 处理请求,返回响应结果

因为JWT签发的token中已经包含了用户的身份信息,并且每次请求都会携带,这样服务的就无需保存用户信息,甚至无需去数据库查询,完全符合了Rest的无状态规范。扩展:彻底理解cookie,session,token

1.4.4.非对称加密

加密技术是对信息进行编码和解码的技术,编码是把原来可读信息(又称明文)译成代码形式(又称密文),其逆过程就是解码(解密),加密技术的要点是加密算法,加密算法可以分为三类:

对称加密,如AES

  • 基本原理:将明文分成N个组,然后使用密钥对各个组进行加密,形成各自的密文,最后把所有的分组密文进行合并,形成最终的密文。

  • 优势:算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高

  • 缺陷:双方都使用同样密钥,安全性得不到保证

非对称加密,如RSA

  • 基本原理:同时生成两把密钥:私钥和公钥,私钥隐秘保存,公钥可以下发给信任客户端

  • 私钥加密,持有私钥或公钥才可以解密

  • 公钥加密,持有私钥才可解密

  • 优点:安全,难以破解

  • 缺点:算法比较耗时

不可逆加密,如MD5,SHA

  • 基本原理:加密过程中不需要使用密钥,输入明文后由系统直接经过加密算法处理成密文,这种加密后的数据是无法被解密的,无法根据密文推算出明文。

RSA算法历史:

1977年,三位数学家Rivest、Shamir 和 Adleman 设计了一种算法,可以实现非对称加密。这种算法用他们三个人的名字缩写:RSA

结合Zuul的鉴权流程

我们逐步演进系统架构设计。需要注意的是:secret是签名的关键,因此一定要保密,我们放到鉴权中心保存,其它任何服务中都不能获取secret。

1.5.1.没有RSA加密时

在微服务架构中,我们可以把服务的鉴权操作放到网关中,将未通过鉴权的请求直接拦截,如图:

微服务统一登录认证怎么做?JWT ?

  1. 用户请求登录

  2. Zuul将请求转发到授权中心,请求授权

  3. 授权中心校验完成,颁发JWT凭证

  4. 客户端请求其它功能,携带JWT

  5. Zuul将jwt交给授权中心校验,通过后放行

  6. 用户请求到达微服务

  7. 微服务将jwt交给鉴权中心,鉴权同时解析用户信息

  8. 鉴权中心返回用户数据给微服务

  9. 微服务处理请求,返回响应

发现什么问题了?

每次鉴权都需要访问鉴权中心,系统间的网络请求频率过高,效率略差,鉴权中心的压力较大。

结合RSA的鉴权

直接看图:

微服务统一登录认证怎么做?JWT ?

  • 我们首先利用RSA生成公钥和私钥。私钥保存在授权中心,公钥保存在Zuul和各个微服务

  • 用户请求登录

  • 授权中心校验,通过后用私钥对JWT进行签名加密

  • 返回jwt给用户

  • 用户携带JWT访问

  • Zuul直接通过公钥解密JWT,进行验证,验证通过则放行

  • 请求到达微服务,微服务直接用公钥解析JWT,获取用户信息,无需访问授权中心


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