Django之JWT库与SimpleJWT库的使用

JWT

JWT概述

JWT（JSON Web Token）是一种轻量级的认证和授权机制，它是基于 JSON 格式的标准，用于在网络应用程序或服务之间传递声明。

JWT官网：https://jwt.io/

特点：

无状态：JWT 在服务器端不保存任何信息，因此可以跨多个请求进行身份验证。

自包含：JWT 包含了所有必要的信息，这样不需要去查询数据库或其他存储设施来验证用户身份。

可扩展性：由于 JWT 是基于 JSON 格式的标准，因此可以很容易地扩展以添加自定义数据。

强安全性：JWT 使用数字签名来验证消息的完整性和真实性，这样可以确保消息没有被篡改。

跨域支持：由于 JWT 是通过 HTTP 头部传输的，因此可以轻松地在跨域场景中使用。

主要应用：

JWT通常用于身份验证和授权。当用户成功登录时，服务器会生成一个 JWT，并将其返回给客户端。客户端随后将该令牌放入每个后续请求的Authorization标头中，以证明其已通过身份验证。服务器使用私钥来验证签名，并从 JWT 中提取必要的信息，例如用户 ID 和权限。

JWT组成：

JWT由三部分组成：头部、载荷和签名。

1.头部包含关于生成 JWT的算法和类型的元数据。

2.载荷是JWT的主体内容，它包含有关用户或其他实体的信息，例如其 ID 或角色。

3.签名是使用密钥对头部和载荷进行加密的字符串，以确保JWT 在传输过程中不被篡改。

一个JWT Token字符串，由3部分组成，用.隔开

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

头部(header)

JWT的头部承载两部分信息：

声明类型，这里是jwt

声明加密的算法 通常直接使用HMAC SHA256

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

将头部进行base64加密构成了第一部分

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9

载荷(payload)

载荷就是存放有效信息的地方。有效信息包含三个部分

1.标准中注册的声明(建议但不强制使用) ：

iss: jwt签发者
sub: jwt所面向的用户
aud: 接收jwt的一方
exp: jwt的过期时间，这个过期时间必须要大于签发时间
nbf: 定义在什么时间之前，该jwt都是不可用的
iat: jwt的签发时间
jti: jwt的唯一身份标识，主要用来作为一次性token,从而回避重放攻击

2.公共的声明

公共的声明可以添加任何的信息，一般添加用户的相关信息或其他业务需要的必要信息。但不建议添加敏感信息，因为该部分在客户端可解密

3.私有的声明

私有声明是提供者和消费者所共同定义的声明，一般不建议存放敏感信息，因为base64是对称解密的，意味着该部分信息可以归类为明文信息

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "iat": 1656239122
}

将其进行base64加密，得到JWT的第二部分

eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ

签名(signature)

JWT的第三部分是一个签名信息，用来防止JWT token被伪造。

签名生成过程:

1.服务器在生成jwt token时，会将header和payload字符串进行拼接，用.隔开

2.使用一个只有服务器知道的密钥对拼接后的内容进行加密，加密之后生成的字符串就是signature内容

签名验证过程:

1.将客户端传递的jwt token中的header和payload字符串进行拼接，用.隔开

2.使用服务器自己的密钥对拼接之后的字符串进行加密

3.将加密之后的内容和将客户端传递的jwt token中signature进行对比，如果不一致，就说明jwt token是被伪造的

HMACSHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." +
  base64UrlEncode(payload),
  256-bit-secret
)

注意:

不要在jwt的payload部分存放敏感信息，客户端可解密得到

保护好secret密钥，使用https协议

Django使用JWT说明

在Python项目中使用JWT生成和校验Token，可以使用django-rest-framework-jwt或djangorestframework-simplejwt扩展来完成。

django-rest-framework-jwt

• GitHub地址：https://github.com/jpadilla/django-rest-framework-jwt

• 文档：https://jpadilla.github.io/django-rest-framework-jwt/

djangorestframework-simplejwt

• GitHub地址：https://github.com/jazzband/djangorestframework-simplejwt
• 文档：https://django-rest-framework-simplejwt.readthedocs.io/en/latest/

注意：django-rest-framework-jwt不再维护，且适合低版本框架使用，若使用最新版本的Django和DRF如果使用JSON Web Token，项目启动会报错

ImportError: Could not import 'rest_framework_jwt.authentication.JSONWebTokenAuthentication' for API setting 'DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES'. ImportError: cannot import name 'smart_text' from 'django.utils.encoding'

jwt库的使用

安装依赖库

使用pip命令安装djangorestframework-jwt库

pip install djangorestframework-jwt

配置settings.py文件

添加以下内容到INSTALLED_APPS和REST_FRAMEWORK配置中

INSTALLED_APPS = [
    ...
    'rest_framework',
]

REST_FRAMEWORK = {
    'DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES': (
        # 引入JWT认证机制，当客户端将jwt token传递给服务器之后
        # 此认证机制会自动校验jwt token的有效性，无效会直接返回401(未认证错误)
        'rest_framework_jwt.authentication.JSONWebTokenAuthentication',
        'rest_framework.authentication.SessionAuthentication',
        'rest_framework.authentication.BasicAuthentication',
    ),
}

# JWT扩展配置
JWT_AUTH = {
    # 设置生成jwt token的有效时间
    'JWT_EXPIRATION_DELTA': datetime.timedelta(days=1),
}

其他可选配置项：

 'ACCESS_TOKEN_LIFETIME': timedelta(minutes=5),  # 访问令牌的有效时间
    'REFRESH_TOKEN_LIFETIME': timedelta(days=1),    # 刷新令牌的有效时间
 
    'ROTATE_REFRESH_TOKENS': False,     # 若为True，则刷新后新的refresh_token有更新的有效时间
    'BLACKLIST_AFTER_ROTATION': True,   # 若为True，刷新后的token将添加到黑名单中, 
                                        # When True,'rest_framework_simplejwt.token_blacklist',should add to INSTALLED_APPS
 
    'ALGORITHM': 'HS256',       # 对称算法：HS256 HS384 HS512  非对称算法：RSA
    'SIGNING_KEY': SECRET_KEY,
    'VERIFYING_KEY': None,      # if signing_key, verifying_key will be ignore.
    'AUDIENCE': None,
    'ISSUER': None,
 
    'AUTH_HEADER_TYPES': ('Bearer',),           # Authorization: Bearer <token>
    'AUTH_HEADER_NAME': 'HTTP_AUTHORIZATION',   # if HTTP_X_ACCESS_TOKEN, X_ACCESS_TOKEN: Bearer <token>
    'USER_ID_FIELD': 'id',                      # 使用唯一不变的数据库字段,将包含在生成的令牌中以标识用户
    'USER_ID_CLAIM': 'user_id',
 
    # 'AUTH_TOKEN_CLASSES': ('rest_framework_simplejwt.tokens.AccessToken',),   # default: access
    # 'TOKEN_TYPE_CLAIM': 'token_type',         # 用于存储令牌唯一标识符的声明名称 value:'access','sliding','refresh'
    #
    # 'JTI_CLAIM': 'jti',
    #
    # 'SLIDING_TOKEN_REFRESH_EXP_CLAIM': 'refresh_exp',     # 滑动令牌是既包含到期声明又包含刷新到期声明的令牌
    # 'SLIDING_TOKEN_LIFETIME': timedelta(minutes=5),       # 只要滑动令牌的到期声明中的时间戳未通过，就可以用来证明身份验证
    # 'SLIDING_TOKEN_REFRESH_LIFETIME': timedelta(days=1),  # path('token|refresh', TokenObtainSlidingView.as_view())

配置urls.py文件

配置urls.py文件，添加以下路由配置

from rest_framework_jwt.views import obtain_jwt_token, refresh_jwt_token, verify_jwt_token

urlpatterns = [
    path('api-token-auth/', obtain_jwt_token),
    path('api-token-refresh/', refresh_jwt_token),
    path('api-token-verify/', verify_jwt_token),
]

创建视图

创建自定义视图以生成JWT令牌

JWT扩展的提供了生成JWT Token的方法：

from rest_framework_jwt.settings import api_settings

data = {"name": "Django", "name": "20"}
payload = api_settings.JWT_PAYLOAD_HANDLER(user)
jwt_token = api_settings.JWT_ENCODE_HANDLER(payload)

from rest_framework_jwt.settings import api_settings

# 继承JSONWebTokenAPIView，使用CustomJWTSerializer进行序列化和验证
class CustomObtainJSONWebToken(JSONWebTokenAPIView):
    serializer_class = CustomJWTSerializer

class CustomJWTSerializer(JSONWebTokenSerializer):
	# validate 方法对提交的用户凭据进行验证，如果验证通过则生成 JWT token 并返回给客户端
    def validate(self, attrs):
    	# 从请求中获取用户名和密码
        credentials = {
            self.username_field: attrs.get(self.username_field),
            'password': attrs.get('password')
        }

		# 通过 Django 自带的 authenticate 函数进行认证
        if all(credentials.values()):
            user = authenticate(**credentials)

            if user:
            	# 检查该用户是否处于活跃状态，如果被禁用则返回错误信息
                if not user.is_active:
                    raise serializers.ValidationError('User account is disabled.')
				# 生成JWT的payload（负载）
                payload = api_settings.JWT_PAYLOAD_HANDLER(user)
                # 生成JWT token
                jwt_token = api_settings.JWT_ENCODE_HANDLER(payload)
                response_data = {
                    'token': jwt_token,
                }
                # 将生成的 JWT token 返回给客户端
                return response_data
            else:
                raise serializers.ValidationError('Unable to log in with provided credentials.')
        else:
            raise serializers.ValidationError('Must include "{username_field}" and "password".'.format(username_field=self.username_field))

配置权限

在视图中使用 @permission_classes 装饰器指定需要验证的权限。

from rest_framework.permissions import IsAuthenticated

class CustomView(APIView):
    permission_classes = (IsAuthenticated,)

SimpleJWT库的使用

安装SimpleJWT库

通过pip命令安装SimpleJWT库：

pip install djangorestframework-simplejwt

配置Django项目

在settings.py文件中添加以下配置：

INSTALLED_APPS = [
    'rest_framework',
    'rest_framework_simplejwt',
]

REST_FRAMEWORK = {
    'DEFAULT_PERMISSION_CLASSES': (
        # 将全局权限控制方案设置为仅允许认证用户访问
        'rest_framework.permissions.IsAuthenticated',
    ),
    'DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES': (
        # JWT认证:使用SimpleJWT库提供的JWTAuthentication类来进行认证
        'rest_framework_simplejwt.authentication.JWTAuthentication',
        # sesssion认证
        'rest_framework.authentication.SessionAuthentication',
        # 基本认证
        'rest_framework.authentication.BasicAuthentication',
    ),
}
SIMPLE_JWT = {
    # token有效时长(返回的 access 有效时长)
    'ACCESS_TOKEN_LIFETIME': datetime.timedelta(seconds=30),
    # token刷新的有效时间(返回的 refresh 有效时长)
    'REFRESH_TOKEN_LIFETIME': datetime.timedelta(seconds=20),
}

更多Simple JWT的配置参考: https://django-rest-framework-simplejwt.readthedocs.io/en/latest/settings.html

配置路由

配置项目级路由

from django.urls import path, include, re_path

urlpatterns = [
    path('admin/', include(('apps.admin.urls', 'admin'), namespace="admin")),
]

配置子应用JWT视图的路由

from django.urls import include, path
from rest_framework_simplejwt.views import TokenObtainPairView, TokenRefreshView, TokenVerifyView

urlpatterns = [
    path('login/', TokenObtainPairView.as_view(), name='token_obtain_pair'),
    path('refresh/', TokenRefreshView.as_view(), name='token_refresh'),
    path('verify/', TokenVerifyView.as_view(), name='token_verify'),
]

上面视图路由使用的是使用JWT自身的类，也可以自定义视图实现相关功能

from rest_framework.views import APIView
from rest_framework.response import Response
from rest_framework_simplejwt.tokens import AccessToken, RefreshToken
from rest_framework.permissions import IsAuthenticated

class TokenObtainView(APIView):
	# 视图需要被认证才能访问
    permission_classes = [IsAuthenticated]

    def post(self, request):
    	# 使用了SimpleJWT提供的AccessToken和RefreshToken类，为认证成功的用户生成对应的JWT令牌
        access_token = AccessToken.for_user(request.user)
        refresh_token = RefreshToken.for_user(request.user)

        return Response({
            'access_token': str(access_token),
            'refresh_token': str(refresh_token),
        })

from django.urls import path
from .views import TokenObtainView

urlpatterns = [
    path('api/token/', TokenObtainView.as_view(), name='token_obtain'),
]

创建用户

使用Django自带用户认证系统，创建一个用户，用于登录

import os

from django.test import TestCase

from django.contrib.auth.models import User
if not os.environ.get('DJANGO_SETTINGS_MODULE'):
    os.environ.setdefault('DJANGO_SETTINGS_MODULE', 'meiduo_mall.settings')

import django
django.setup()


class MyTest(TestCase):
    User.objects.create_user(username='admin', password='admin')

接口测试

1.访问login 2.登录 登录接口，返回refresh和access值

refresh用来刷新获取新的Token值

access用来请求身份认证的Token

access的过期时间参照配置ACCESS_TOKEN_LIFETIME

refresh的过期时间参照配置REFRESH_TOKEN_LIFETIME

当用refresh刷新后，access的过期时间等于：当前刷新的此刻时间+ACCESS_TOKEN_LIFETIME

3.Token校验 使用登录接口返回的access值，调用Token校验接口 4.刷新Token

使用登录接口返回的refresh值，调用Token刷新接口

当此短期访问令牌过期时，可以使用长期存在的刷新令牌来获取另一个访问令牌：

身份认证

使用返回的访问令牌来证明受保护视图的身份验证

path('test/', TestView.as_view(), name='test'),

from rest_framework.response import Response
from rest_framework.views import APIView


class TestView(APIView):

    def get(self, request):
        return Response("tet successfully")

在请求头加上Authorization，格式：Bearer token值 有空格

自定义令牌声明

自定义令牌需要视图创建一个子类，并为其相应的序列化程序创建一个子类

from rest_framework_simplejwt.serializers import TokenObtainPairSerializer
from rest_framework_simplejwt.views import TokenObtainPairView


class MyTokenObtainPairSerializer(TokenObtainPairSerializer):

    def validate(self, attrs):
        data = super().validate(attrs)
        refresh = self.get_token(self.user)
        data['refresh'] = str(refresh)
        data['access'] = str(refresh.access_token)
        data['username'] = self.user.username
        return data


class MyTokenObtainPairView(TokenObtainPairView):
    serializer_class = MyTokenObtainPairSerializer

配置指向子类视图的url路由

re_path(r'^login/$', views.MyTokenObtainPairView.as_view()),

手动创建令牌

为用户手动创建令牌，例如用户注册，注册完后直接返回token

class MyCreateTokenView(APIView):
    permission_classes = [permissions.AllowAny]

    def get(self, request, *args, **kwargs):
        return Response("Get method is not supported !")

    def post(self, request, *args, **kwargs):
        refresh = RefreshToken.for_user(request.user)
        content = {
            'refresh': str(refresh),
            'access': str(refresh.access_token),
        }
        return Response(content)

    re_path(r'^register/$', views.MyCreateTokenView.as_view()),

SimpleJWT的应用

实现用户身份验证和JWT token的生成

from django.contrib.auth.models import User
from django.utils import timezone
from rest_framework import serializers
from rest_framework_simplejwt.serializers import TokenObtainPairSerializer
from rest_framework_simplejwt.tokens import RefreshToken


class AuthSerializer(TokenObtainPairSerializer):
    id = serializers.IntegerField(label='用户ID', read_only=True)
    username = serializers.CharField(label='用户名')
    token = serializers.CharField(label='Token', read_only=True)
    refresh = serializers.CharField(label='Refresh', read_only=True)

	# 从attrs参数中获取到传入的用户名和密码
    def validate(self, attrs):
        # 获取username和password
        username = attrs['username']
        password = attrs['password']

        # 进行用户名和密码校验
        try:
            user = User.objects.get(username=username)
        except User.DoesNotExist:
            raise serializers.ValidationError('用户名或密码错误.')
        else:
            # 校验密码
            if not user.check_password(password):
                raise serializers.ValidationError('用户名或密码错误')

            # 给attrs中添加user属性，保存登录用户
            attrs['user'] = user

        return attrs

    def create(self, validated_data):
        # 获取登录用户user
        user = validated_data['user']

        # 设置最新登录时间
        user.last_login = timezone.now()
        user.save()

        refresh = RefreshToken.for_user(user)
        # 给user对象增加属性，保存jwt token的数据
        user.refresh = str(refresh)
        user.token = str(refresh.access_token)

        return user

登录实现

创建了AuthSerializer对象，并将POST请求的参数传入进行校验。如果校验通过，则调用serializer.save()方法生成JWT token，并将token数据作为响应返回。

from rest_framework import status
from rest_framework.generics import CreateAPIView
from rest_framework.permissions import AllowAny
from rest_framework.response import Response
from rest_framework.views import APIView

from apps.zd_admin.serializers.user import AuthSerializer


class LoginView1(APIView):
    permission_classes = [AllowAny]

    def post(self, request):
        # 获取参数并进行校验
        serializer = AuthSerializer(data=request.data)
        serializer.is_valid(raise_exception=True)

        # 调用序列化器类的create方法,实现服务器签发jwt token
        serializer.save()

        return Response(serializer.data, status=status.HTTP_201_CREATED)


class LoginView(CreateAPIView):
    permission_classes = [AllowAny]
    serializer_class = AuthSerializer

urlpatterns = [
    re_path(r'^login/$', views.LoginView.as_view()),
]

注册实现

注册接口进行注册返回token认证信息也是同理

 re_path(r'^register/$', views.RegisterView.as_view()),

class RegisterView(APIView):
    permission_classes = [AllowAny]

    def post(self, request):
        user = request.data
        username = user['username']
        password = user['password']

        # 保存注册数据
        try:
            user = User.objects.create_user(username=username, password=password)
        except DatabaseError:
            raise serializers.ValidationError('注册失败')

        refresh = RefreshToken.for_user(user)

        user = {"username": user.username, "token": str(refresh.access_token), "refresh": str(refresh)}
        return JsonResponse(user)

Token验证

使用登录、注册得到的Token随着请求携带进行测试

re_path(r'^test/$', views.TestView.as_view()),

class TestView(APIView):

    def get(self, request):
        return Response("tet successfully")