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[Vue+Flask]前後端分離JWT使用者認證授權

[Vue+Flask]前後端分離JWT使用者認證授權

傳統Flask通過Flask-Login的login_user()解決登入問題,通過session進行處理,不适合前後端分離系統,是以使用JWT進行使用者認證

Session-cookie:

Session是對于服務端來說的,用戶端是沒有Session一說的。Session是伺服器在和用戶端建立連接配接時添加用戶端連接配接标志,最終會在伺服器軟體(Apache、Tomcat、JBoss)轉化為一個臨時Cookie(SessionId)發送給給用戶端,當用戶端請求時伺服器會檢查是否攜帶了這個SessionId(臨時Cookie),如果沒有則會要求重新登入。

問題:

  1. 如果我們的頁面出現了 XSS 漏洞,由于 cookie 可以被 JavaScript 讀取,XSS 漏洞會導緻使用者SessionId洩露,而作為後端識别使用者的辨別,cookie 的洩露意味着使用者資訊不再安全。在設定 cookie 的時候,其實你還可以設定 httpOnly 以及 secure 項。設定 httpOnly 後 cookie 将不能被 JS 讀取,浏覽器會自動的把它加在請求的 header 當中,設定 secure 的話,cookie 就隻允許通過 HTTPS 傳輸。
  2. httpOnly 選項使得 JS 不能讀取到 cookie,那麼 XSS 注入的問題也基本不用擔心了。但設定 httpOnly 就帶來了另一個問題,就是很容易的被 XSRF或CSRF(跨站請求僞造)。當你浏覽器開着這個頁面的時候,另一個頁面可以很容易的跨站請求這個頁面的内容。因為 cookie 預設被發了出去。
  3. 由于後端儲存了所有使用者的Session,後端每次都需要根據SessionId查出使用者Session進行比對,加大了伺服器端的壓力。
JWT:
JWT 是一個開放标準(RFC 7519),它定義了一種用于簡潔,自包含的用于通信雙方之間以 JSON 對象的形式安全傳遞資訊的方法。JWT 可以使用 HMAC 算法或者是 RSA 的公鑰密鑰對進行簽名。它具備兩個特點:
  1. 簡潔(Compact)

    可以通過URL, 參數或者在 HTTP header 發送,因為資料量小,傳輸速度快

  2. 自包含(Self-contained)

    負載中包含了所有使用者所需要的資訊,避免了多次查詢資料庫

    JWT一共由三部分組成,header(頭部)、payload(負載)、signature(簽名)通過‘.’進行拼接

    [Vue+Flask]前後端分離JWT使用者認證授權

    header(頭部) 轉Base64

    payload(負載) 自定義資訊内容, 不建議存儲敏感資訊(如密碼) 轉Base64

    signature(簽名) 一共三部分。轉base64的header和轉base64的payload拼接之後,然後使用header中聲明的加密方式和secret加鹽的方式加密字元串

  • 轉Base64的header
  • 轉Base64的payload
  • secret(私鑰)

    最後一步簽名的過程,實際上是對頭部以及負載内容進行簽名,防止内容被竄改。如果有人對頭部以及負載的内容解碼之後進行修改,再進行編碼,最後加上之前的簽名組合形成新的JWT的話,那麼伺服器端會判斷出新的頭部和負載形成的簽名和JWT附帶上的簽名是不一樣的。如果要對新的頭部和負載進行簽名,在不知道伺服器加密時用的密鑰的話,得出來的簽名也是不一樣的。

  • iss 簽發者
  • sub 面向的使用者
  • aud 接收jwt的一方
  • exp 過期時間(必須大于簽發時間jat)
  • nbf 定義在什麼時間之前,該jwt都是不可用的
  • jat 簽發時間
  • jti 唯一身份辨別,主要用來作為一次性token,進而回避重播攻擊
  • alg 加密算法
  • typ 類型
  • 差異比較

Session方式存儲使用者id的最大弊病在于Session是存儲在伺服器端的,是以需要占用大量伺服器記憶體,對于較大型應用而言可能還要儲存許多的狀态。一般而言,大型應用還需要借助一些KV資料庫和一系列緩存機制來實作Session的存儲。

JWT方式将使用者狀态分散到了用戶端中,可以明顯減輕服務端的記憶體壓力。除了使用者id之外,還可以存儲其他的和使用者相關的資訊,例如該使用者是否是管理者、使用者所在的分組等。雖說JWT方式讓伺服器有一些計算壓力(例如加密、編碼和解碼),但是這些壓力相比磁盤存儲而言可能就不算什麼了。具體是否采用,需要在不同場景下用資料說話

  • 單點登入
Session方式來存儲使用者id,一開始使用者的Session隻會存儲在一台伺服器上。對于有多個子域名的站點,每個子域名至少會對應一台不同的伺服器,例如:www.taobao.com,nv.taobao.com,nz.taobao.com,login.taobao.com。是以如果要實作在login.taobao.com登入後,在其他的子域名下依然可以取到Session,這要求我們在多台伺服器上同步Session。使用JWT的方式則沒有這個問題的存在,因為使用者的狀态已經被傳送到了用戶端。

JWT認證流程

[Vue+Flask]前後端分離JWT使用者認證授權
  1. 首先,前端通過Web表單将自己的使用者名和密碼發送到後端的接口。這一過程一般是一個HTTP POST請求。建議的方式是通過SSL加密的傳輸(https協定),進而避免敏感資訊被嗅探。
  2. 後端核對使用者名和密碼成功後,将使用者的id等其他資訊作為JWT Payload(負載),将其與頭部分别進行Base64編碼拼接後簽名,形成一個JWT。形成的JWT就是一個形同hhh.ppp.sss的字元串。
  3. 後端将JWT字元串作為登入成功的傳回結果傳回給前端。前端可以将傳回的結果儲存在localStorage或sessionStorage上,登出時前端删除儲存的JWT即可。
  4. 前端在每次請求時将JWT放入HTTP Header中的Authorization位。(解決XSS和XSRF問題)
  5. 後端檢查是否存在,如存在驗證JWT的有效性。例如,檢查簽名是否正确;檢查JWT是否過期;檢查JWT的接收方是否是自己
  6. 驗證通過後後端使用JWT中包含的使用者資訊進行其他邏輯操作,傳回相應結果。

Vue前端

Vue-router

成功登入時,将後端傳回的jwt存入sessionStorage

使用Vue-router在前端每次界面切換前都判斷jwt,不符合要求則跳轉至login登入界面

// 路由守護
router.beforeEach((to, from, next)=>{
  const accessToken = window.sessionStorage.getItem('accessToken')
  
  if(accessToken) 
  {
      // 重新登入後,轉到之前的頁面
      if(Object.keys(from.query).length !== 0)
      {
        let redirect = from.query.redirect
        if(to.path === redirect) // 解決無限循環問題
        {
          next()
        }
        else
        {
          next({path:redirect}) // 重新登入後,轉到之前的頁面
        }
      }
  }

  if(accessToken && to.path !== '/login')
  {
    // 有token 但不是去 login頁面
    next()
  }
  else if(accessToken && to.path === '/login')
  {
    //使用者已經登陸,不讓通路Login登入界面
    next({path: from.fullPath})
  }
  else if(!accessToken && to.path !== '/login')
  {
    // 未登入
    next('/login')
  }
  else
  {
    next()
  }
})      

axios

axios 全局配置攔截器

request攔截器每次向後端請求攜帶header頭Authorization資訊

// http request 攔截器
axios.interceptors.request.use(
  config =>{
    if(sessionStorage.getItem("accessToken"))
    {
        config.headers.Authorization = sessionStorage.getItem("accessToken")
    }
    return config;
  },
  err => {
    return Promise.reject(err);
  }
)      

response攔截器若接收到403錯誤,則是未登入,無權通路,則清除sessionStorage資訊并跳轉至login登入界面

/ http response 攔截器
axios.interceptors.response.use(
  response => {
    return response;
  },
  error => {
    if(error.response){
      console.log('axios:' + error.response.status);
      switch(error.response.status){
        case 403:
          // 傳回403 清除token資訊并跳轉到登入頁面
          sessionStorage.clear() 
          router.replace({
            path: '/login',
            query: {redirect: router.currentRoute.fullPath}   // 重新登入後,傳回之前的頁面
          })
          Message({showClose:true, message:'未登入,傳回登陸界面', type:'error', duration:3000})  
   
      }
    }
    return Promise.reject(error);   // 傳回接口的錯誤資訊
  }
)      

Flask後端

  1. 安裝PyJWT pip install PyJWT
  2. 編寫JWT生成函數與解密函數(util.py)
    key = "123456" # secret私鑰,可通過配置檔案導入
    
    def generate_access_token(username: str = "", algorithm: str = 'HS256', exp: float = 2):
        """
        生成access_token
        :param username: 使用者名(自定義部分)
        :param algorithm: 加密算法
        :param exp: 過期時間
        :return:token
        """
    
        now = datetime.utcnow()
        exp_datetime = now + timedelta(hours=exp)
        access_payload = {
            'exp': exp_datetime,
            'flag': 0,   #辨別是否為一次性token,0是,1不是
            'iat': now,   # 開始時間
            'iss': 'leon',   # 簽名
            'username': username   #使用者名(自定義部分)
        }
        access_token = jwt.encode(access_payload, key, algorithm=algorithm)
        return access_token
    
    
    def decode_auth_token(token: str):
        """
        解密token
        :param token:token字元串
        :return:
        """
        try:
            payload = jwt.decode(token, key=key, algorithms='HS256')
        except (jwt.ExpiredSignatureError, jwt.InvalidTokenError, jwt.InvalidSignatureError):
            return ""
        else:
            return payload
    
    
    def identify(auth_header: str):
        """
        使用者鑒權
        """
    
        if auth_header:
            payload = decode_auth_token(auth_header)
            if not payload:
                return False
            if "username" in payload and "flag" in payload:
                if payload["flag"] == 0:
                    return payload["username"]
                else:
                    return False
        return False      
  3. def login_required(f):
        """
        登入保護,驗證使用者是否登入
        :param f:
        :return:
        """
    
        @wraps(f)
        def wrapper(*args, **kwargs):
            token = request.headers.get("Authorization", default=None)
            if not token:
                return 'not Login','403 Permission Denied'
            username = identify(token)
            if not username:
                return 'not Login','403 Permission Denied'      # return 響應體, 狀态碼, 響應頭
            return f(*args, **kwargs)
        return wrapper      

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