Token的作用及原理

讲到Token的作用和原理，网上有很多相关的技术文章，通过搜集整理并加入自己的理解体会，做一个总结整理，希望可以帮助到更多有需要的人。

1、token作用及原理

Token，即令牌，是服务器产生的，具有随机性和不可预测性，它主要有两个作用：

（1）防止表单重复提交；

使用Token防表单重复提交步骤：

①在服务器端生成一个唯一的随机标识号，专业术语称为Token(令牌)，同时在当前用户的Session域中保存这个Token；

②将Token发送到客户端的Form表单中，在Form表单中使用隐藏域来存储这个Token，表单提交的时候连同这个Token一起提交到服务器端；

③在服务器端判断客户端提交上来的Token与服务器端生成的Token是否一致，如果不一致，那就是重复提交了，此时服务器端就可以不处理重复提交的表单。如果相同则处理表单提交，处理完后清除当前用户的Session域中存储的标识号。

FromServlet.java

import java.io.IOException;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;public class FormServlet extends HttpServlet {public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)throws ServletException, IOException {String token = TokenUtil.getInstance().makeToken();//创建令牌System.out.println("在FormServlet中生成的token："+token);request.getSession().setAttribute("token", token);  //在服务器使用session保存token(令牌)request.getRequestDispatcher("/Form.jsp").forward(request, response);//跳转到form.jsp页面}public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)throws ServletException, IOException {this.doGet(request, response);}
}

TokenUtil.java

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Random;
import sun.misc.BASE64Encoder;public class TokenUtil {/**单例设计模式（保证类的对象在内存中只有一个）*1、把类的构造函数私有*2、自己创建一个类的对象*3、对外提供一个公共的方法，返回类的对象*/private TokenUtil(){}private static final TokenUtil instance = new TokenUtil();/*** 返回类的对象* @return*/public static TokenUtil getInstance(){return instance;}/*** 生成Token* Token：Nv6RRuGEVvmGjB+jimI/gw==* @return*/public String makeToken(){String token = (System.currentTimeMillis() + new Random().nextInt(999999999)) + "";//数据指纹   128位长   16个字节  md5try {MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("md5");//对于给定数量的更新数据，digest 方法只能被调用一次。digest 方法被调用后，MessageDigest对象被重新设置成其初始状态。byte md5[] =  md.digest(token.getBytes());//base64编码--任意二进制编码明文字符   adfsdfsdfsfBASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();return encoder.encode(md5);} catch (NoSuchAlgorithmException e) {throw new RuntimeException(e);}}
}

Form.jsp

<%@ page language="java" import="java.util.*" pageEncoding="utf-8"%>
<%
String path = request.getContextPath();
String basePath = request.getScheme()+"://"+request.getServerName()+":"+request.getServerPort()+path+"/";
%>
<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN">
<html>
<head>
<base href="<%=basePath%>">
<title>Form.jsp</title>
<meta http-equiv="pragma" content="no-cache">
<meta http-equiv="cache-control" content="no-cache">
<meta http-equiv="expires" content="0">
<meta http-equiv="keywords" content="keyword1,keyword2,keyword3">
<meta http-equiv="description" content="This is my page">
<!--<link rel="stylesheet" type="text/css" href="styles.css">-->
</head>
<body><form action="DoFormServlet" method="post"><%--使用隐藏域存储生成的token--%><%--<input type="hidden" name="token" value="<%=session.getAttribute("token") %>">--%><%--使用EL表达式取出存储在session中的token--%><input type="hidden" name="token" value="${token}" /> 用户名：<inputtype="text" name="username"> <input type="submit" value="提交"></form>
</body>
</html>

DoFormServlet.java

import java.io.IOException;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;public class DoFormServlet extends HttpServlet {public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)throws ServletException, IOException {boolean isRepeat = isRepeatSubmit(request);//判断用户是否是重复提交if(isRepeat){request.setAttribute("MSG", "请不要重复提交");System.out.println("请不要重复提交");request.getRequestDispatcher("/Msg.jsp").forward(request, response);return;}request.getSession().removeAttribute("token");//移除session中的tokenrequest.setAttribute("MSG","处理用户提交请求！！");request.getRequestDispatcher("/Msg.jsp").forward(request, response);System.out.println("处理用户提交请求！！");}/*** 判断客户端提交上来的令牌和服务器端生成的令牌是否一致* @param request* @return * true 用户重复提交了表单 * false 用户没有重复提交表单*/private boolean isRepeatSubmit(HttpServletRequest request) {String client_token = request.getParameter("token");//1、如果用户提交的表单数据中没有token，则用户是重复提交了表单if(client_token==null){return true;}//取出存储在Session中的tokenString server_token = (String) request.getSession().getAttribute("token");//2、如果当前用户的Session中不存在Token(令牌)，则用户是重复提交了表单if(server_token==null){return true;}//3、存储在Session中的Token(令牌)与表单提交的Token(令牌)不同，则用户是重复提交了表单if(!client_token.equals(server_token)){return true;}return false;}public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)throws ServletException, IOException {this.doGet(request, response);}
}

Msg.jsp

<%@ page language="java" import="java.util.*" pageEncoding="utf-8"%>
<%
String path = request.getContextPath();
String basePath = request.getScheme()+"://"+request.getServerName()+":"+request.getServerPort()+path+"/";
%><!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN">
<html><head><base href="<%=basePath%>"><title>result show</title><meta http-equiv="pragma" content="no-cache"><meta http-equiv="cache-control" content="no-cache"><meta http-equiv="expires" content="0">    <meta http-equiv="keywords" content="keyword1,keyword2,keyword3"><meta http-equiv="description" content="This is my page"><!--<link rel="stylesheet" type="text/css" href="styles.css">--></head><body>${MSG}</body>
</html>

（2）用来作身份验证

使用基于 Token 的身份验证流程如下：

①用户首次登录，将输入的账号和密码提交给服务器；

②服务器对输入内容进行校验，若账号和密码匹配则验证通过，登录成功，并生成一个token值，将其保存到数据库，并返回给客户端；

③客户端拿到返回的token值将其保存在本地（如cookie/localStorage），作为公共参数，以后每次请求服务器时都携带该token（放在响应头里），提交给服务器进行校验；

④服务器接收到请求后，首先验证是否携带token，若携带则取出请求头里的token值与数据库存储的token进行匹配校验，若token值相同则登录成功，且当前正处于登录状态，此时正常返回数据，让app显示数据；若不存在或两个值不一致，则说明原来的登录已经失效，此时返回错误状态码，提示用户跳转至登录界面重新登录；

⑤注意：用户每进行一次登录，登录成功后服务器都会更新一个token新值返回给客户端；

实现原理图：

引入java-jwt依赖

<dependency>
<groupId>com.auth0</groupId><artifactId>java-jwt</artifactId><version>3.3.0</version>
</dependency>

签名工具JwtUtil.java

import com.auth0.jwt.JWT;
import com.auth0.jwt.JWTVerifier;
import com.auth0.jwt.algorithms.Algorithm;
import com.auth0.jwt.exceptions.JWTDecodeException;
import com.auth0.jwt.interfaces.DecodedJWT;
import com.fasterxml.jackson.annotation.ObjectIdGenerators;import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class JwtUtil {/*** 过期时间一天，* TODO 正式运行时修改为15分钟*/private static final long EXPIRE_TIME = 24 * 60 * 60 * 1000;/*** token私钥*/private static final String TOKEN_SECRET = "f26e587c28064d0e855e72c0a6a0e618";/*** 校验token是否正确** @param token 密钥* @return 是否正确*/public static boolean verify(String token) {try {Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256(TOKEN_SECRET);JWTVerifier verifier = JWT.require(algorithm).build();DecodedJWT jwt = verifier.verify(token);return true;} catch (Exception exception) {return false;}}/*** 生成签名,15min后过期** @param username 用户名* @return 加密的token*/public static String sign(String username,String userId) {try {
//            过期时间Date date = new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRE_TIME);
//            私钥及加密算法Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256(TOKEN_SECRET);
//            设置头部信息Map<String, Object> header = new HashMap<>(2);header.put("typ", "JWT");header.put("alg", "HS256");// 附带username，userId信息，生成签名return JWT.create().withHeader(header).withClaim("loginName", username).withClaim("userId",userId).withExpiresAt(date).sign(algorithm);} catch (UnsupportedEncodingException e) {return null;}}
}

身份认证LoginController.java

import com.joe.entity.ApiResponse;
import com.joe.entity.User;
import com.joe.enums.ApiResponseEnum;
import com.joe.service.IUserService;
import com.joe.util.ApiResponseUtil;
import com.joe.util.JwtUtil;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMethod;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;
import java.util.Map;@Controller
@RequestMapping("/")
public class LoginController {@Autowiredprivate IUserService userService;/*** 登陆接口** @return token*/@RequestMapping(value = "/login", method = RequestMethod.POST)@ResponseBodypublic ApiResponse login(@RequestBody Map<String, String> map) {String loginName = map.get("loginName");String password = map.get("password");//身份验证是否成功boolean isSuccess = userService.checkUser(loginName, password);if (isSuccess) {User user = userService.getUserByLoginName(loginName);if (user != null) {//返回tokenString token = JwtUtil.sign(user.getName(), user.getId());if (token != null) {return ApiResponseUtil.getApiResponse(token);}}}//返回登陆失败消息return ApiResponseUtil.getApiResponse(ApiResponseEnum.LOGIN_FAIL);}
}

配置拦截器TokenInterceptor.java

import com.alibaba.fastjson.JSONObject;
import com.joe.entity.ApiResponse;
import com.joe.enums.ApiResponseEnum;
import com.joe.util.ApiResponseUtil;
import com.joe.util.JwtUtil;
import org.springframework.web.servlet.HandlerInterceptor;
import org.springframework.web.servlet.ModelAndView;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.PrintWriter;public class TokenInterceptor implements HandlerInterceptor {@Overridepublic boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {response.setCharacterEncoding("utf-8");String token = request.getHeader("access_token");//token不存在if (null != token) {//验证token是否正确boolean result = JwtUtil.verify(token);if (result) {return true;}}ApiResponse apiResponse = ApiResponseUtil.getApiResponse(ApiResponseEnum.AUTH_ERROR);responseMessage(response,response.getWriter(),apiResponse);return false;}@Overridepublic void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception {}@Override
public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) throws Exception {}/*** 返回信息给客户端** @param response* @param out* @param apiResponse*/private void responseMessage(HttpServletResponse response, PrintWriter out, ApiResponse apiResponse) {response.setContentType("application/json; charset=utf-8");out.print(JSONObject.toJSONString(apiResponse));out.flush();out.close();}
}

spring-mvc.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"xmlns:mvc="http://www.springframework.org/schema/mvc"xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans   http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd 
http://www.springframework.org/schema/context 
http://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd 
http://www.springframework.org/schema/mvc 
http://www.springframework.org/schema/mvc/spring-mvc.xsd"><!--此文件负责整个mvc中的配置--><!--启用spring的一些annotation --><context:annotation-config/><!-- 配置注解驱动 可以将request参数与绑定到controller参数上 --><mvc:annotation-driven/><mvc:interceptors><mvc:interceptor><mvc:mapping path="/**" /><mvc:exclude-mapping path="/login/"/><bean class="com.joe.interceptor.TokenInterceptor"></bean></mvc:interceptor></mvc:interceptors><!-- 自动扫描装配 --><context:component-scan base-package="com.joe"/>
</beans>

2、token优点

①支持跨域访问，将token置于请求头中，而cookie是不支持跨域访问的；

②无状态化，服务端无需存储token，只需要验证token信息是否正确即可，而session需要在服务端存储，一般是通过cookie中的sessionID在服务端查找对应的session；

③无需绑定到一个特殊的身份验证方案（传统的用户名密码登陆），只需要生成的token是符合我们预期设定的即可；

④适用于移动端（Android，iOS，小程序等等），若原生平台不支持cookie（比如说微信小程序），每一次请求都是一次会话，当然我们可以手动为他添加cookie；

⑤可避免CSRF跨站伪造攻击；

⑥适用于RESTful API，这样可以与各种后端（java，.net，python......）相结合。

3、token存储

（1）本地通过DB数据库或txt文本保存

①通过数据库保存

a.获取access_token时，把当前系统时间和access_token保存到数据表(t_access_token)中;

b.再次获取时，把上次获取时间(getTime)与当前系统时间作比较，看时间是否超过2小时;