使用 Django 编写的 B/S 应用通常会使用 Cookie + Session 的方式来做身份验证，用户登录信息存储在后台数据库中，前端 Cookie 也会存储少量用于身份核验的数据，由后台直接写入。但是在开发调试阶段，使用 Postman 等请求工具请求登录时，可能会缺失前端本应存储的数据，而导致登录信息核验一直不成功。在本地联调前后端时可能也会有问题。
本篇介绍基于 Token 的身份验证机制，并使用 Vue 和 Django 实现。
基于 Token 的验证流程
与 Session 不同的是，Token 机制不会将用户登录信息存储在后台数据库中，而是生成含有身份信息的 Token 字符串存储在前端中。在前端请求需要验证的后台 API 时，后端将优先拦截并核验身份信息。
基于 Token 的验证流程如下：
- 客户端使用用户名和密码请求登录
- 服务器收到请求后，验证用户名和密码
- 验证成功后，服务端根据用户信息签发一个 Token，返回给客户端
- 客户端存储 Token
- 客户端每次向服务器发送其它请求时，都要携带 Token
- 服务器收到请求，若请求的 API 需要验证身份，则先验证 Token，成功后再返回数据
Token 的组成
构造 Token 的方法较多，只要客户端和服务端约定好了生成和验证的格式，则有很多自定义的方法。当然，也有一些标准的写法，例如 JWT，读作 /jot/，表示 JSON Web Tokens。
JWT 标准的 Token 有三个部分：
- header
- payload
- signature
三个部分使用 . 分隔开，且使用 Base64 编码，示例如下：
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJpc3MiOiJuaW5naGFvLm5ldCIsImV4cCI6IjE0Mzg5NTU0NDUiLCJuYW1lIjoid2FuZ2hhbyIsImFkbWluIjp0cnVlfQ.SwyHTEx_RQppr97g4J5lKXtabJecpejuef8AqKYMAJc
Header
Header 主要蕴含两部分内容的信息，分别是 Token 的类型和加密使用的方法。
初始数据对象示例如下：
{
"typ": "JWT",
"alg": "HS256"
}
上述数据对象在经过算法加密、Base64 编码后，变为 Token 的第一部分：
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
Payload
Payload 为 Token 的具体内容，下面是可选的标准字段，也可以自定义添加需要的内容。
- iss: Issuer, 发行者
- sub: Subject, 主题
- aud: Audience, 观众
- exp: Expiration time, 过期时间, 可为时间戳格式
- nbf: Not before
- iat: Issued at, 发行时间, 可为时间戳格式
- jti: JWT ID
同样的，该部分初始数据对象经过算法加密、Base64 编码后，变为 Token 的第二部分。
Signature
Signature 为 Token 的签名部分，相当于是前两部分的签名，用于防止其他人篡改 Token 中的信息。在处理时，可以将生成的 Token 前两段内容，使用 MD5 等签名算法进行处理，将结果作为本部分内容。
加密算法
从上面对 Token 组成部分的介绍中，可以了解到，在规定 Token 需蕴含的数据信息后，需要经过一定的算法加密、Base64 编码后成为 Token 的第一、二部分。因此，在生成 Token 时，要解决使用什么加密算法。
此处的加密算法一定要是可逆的、可解密的，因为我们不仅要生成 Token，还要能从 Token 中解析出我们生成时存储的数据，以验证用户信息和 Token 的有效期。因此，这里不能采用 MD5、SHA1 这样的哈希算法，因为它们无法解密，只能用于生成签名。
在 Django 中内置了加密模块 django.core.signing，我们调用其中的 dumps 和 loads 函数实现加密和解密。
示例：
from django.core import signing
data = {
"username": "Zewan"
}
value = signing.dumps(data) # encrypt
raw = signing.loads(value) # decrypt
print(value, src)
Django 生成和验证 Token
上面我们已经了解了 Token 机制的流程和采取的加密算法，接下来介绍 Django 中如何编写代码以实现 Token 机制。
我规定 Token 的 Header 部分为 {"typ": "JWP", "alg": "default"}，Payload 部分含有用户名 username 和过期时间 exp，Signature 我使用 MD5 算法生成签名。在登录成功后，后端返回给前端 username 和 Token，由前端存储起来；当前端发送需要验证身份信息的请求时，将 username 和 Token 加入请求头中，后端从请求头获取这两部分，从 Token 中解析得到用户名和过期时间，核验请求头中的 username 是否正确及 Token 是否有效。
处理 Token
我在 utils/token.py 文件中实现 Token 的生成和解析数据的功能：
import time
from django.core import signing
import hashlib
HEADER = {'typ': 'JWP', 'alg': 'default'}
KEY = "Zewan"
SALT = "blog.zewan.cc"
def encrypt(obj):
"""加密：signing 加密 and Base64 编码"""
value = signing.dumps(obj, key=KEY, salt=SALT)
value = signing.b64_encode(value.encode()).decode()
return value
def decrypt(src):
"""解密：Base64 解码 and signing 解密"""
src = signing.b64_decode(src.encode()).decode()
raw = signing.loads(src, key=KEY, salt=SALT)
return raw
def create_token(username):
"""生成token信息"""
# 1. 加密头信息
header = encrypt(HEADER)
# 2. 构造Payload(有效期14天)
payload = {"username": username, "iat": time.time(),
"exp": time.time()+1209600.0}
payload = encrypt(payload)
# 3. MD5 生成签名
md5 = hashlib.md5()
md5.update(("%s.%s" % (header, payload)).encode())
signature = md5.hexdigest()
token = "%s.%s.%s" % (header, payload, signature)
return token
def get_payload(token):
"""解析 token 获取 payload 数据"""
payload = str(token).split('.')[1]
payload = decrypt(payload)
return payload
def get_username(token):
"""解析 token 获取 username"""
payload = get_payload(token)
return payload['username']
def get_exp_time(token):
"""解析 token 获取过期时间"""
payload = get_payload(token)
return payload['exp']
def check_token(username, token):
"""验证 token：检查 username 和 token 是否一致且未过期"""
return get_username(token) == username and get_exp_time(token) > time.time()
登录成功批发 Token
在登录请求处理函数中，验证用户名和密码成功后，调用 utils/token.py 文件中的 create_token 函数生成 token，并将 username 和 token 返回前端。代码较为简单，此处不多展示。
中间件拦截验证 (Middleware)
创建一个中间件(Middleware)，在前端请求需要身份核验的后端路由时，由该中间件核验其 username 和 token，验证成功后再放行，进入业务处理的 API 中。
我的项目名称为 backend_demo，在自动生成的 backend_demo 包中，我创建 middleware.py 文件，构建中间件。该文件内容如下：
提示：前端向请求头添加 xxx 信息，一般会自动转变为 HTTP_XXX (全部大写)
from utils.token import check_token
from django.http import JsonResponse
try:
from django.utils.deprecation import MiddlewareMixin # Django 1.10.x
except ImportError:
MiddlewareMixin = object
# 白名单，表示请求里面的路由时不验证登录信息
API_WHITELIST = ["/api/user/login", "/api/user/register"]
class AuthorizeMiddleware(MiddlewareMixin):
def process_request(self, request):
if request.path not in API_WHITELIST:
# 从请求头中获取 username 和 token
username = request.META.get('HTTP_USERNAME')
token = request.META.get('HTTP_AUTHORIZATION')
if username is None or token is None:
return JsonResponse({'errno': 100001, 'msg': "未查询到登录信息"})
else:
# 调用 check_token 函数验证
if check_token(username, token):
pass
else:
return JsonResponse({'errno': 100002,
'msg': "登录信息错误或已过期"})
实现中间件后，将其添加进项目中，在 settings.py 文件的 MIDDLEWARE 中添加建立的中间件：
MIDDLEWARE = [
'backend_demo.middleware.AuthorizeMiddleware',
# ...
]
Vue 存储和携带 Token
登录成功存储 Token
登录成功后，前端获取并存储后端返回的 username 和 token。前端实现存储的方式有很多，我这里使用简单的方法，将其存储在 localStorage 中。
// 此处用 username 和 authorization 表示，放到项目中要依据情况修改该变量标识
localStorage.setItem("username", username);
localStorage.setItem("authorization", authorization);
请求头携带用户名和 Token
接下来实现请求头携带用户名和 Token 信息。
在 Vue.js 实现的项目中，我一般是用 Axios 向后端发送请求。在 Axios 中，不需要在每一处请求的代码中添加请求头代码，只需要在 main.js 中配置 Axios 的默认请求器，即可使所有的请求中 headers 都携带用户名和 token。
main.js 中核心代码如下：
提示：这里填入 headers 中虽然是
username和authorization，但会被自动转化为HTTP_USERNAME和HTTP_AUTHORIZATION
import axios from 'axios';
// add username and token into headers
axios.interceptors.request.use(
config => {
var username = localStorage.getItem('username');
var authorization = localStorage.getItem('authorization');
// 若 localStorage 中含有这两个字段，则添加入请求头
if (username & authorization) {
config.headers.authorization = authorization;
config.headers.username = username;
}
return config;
},
error => {
return Promise.reject(error);
}
);
这样，就在 Vue.js 和 Django 编写的前后端项目中，实现了基于 Token 的身份验证机制。其他前后端框架的 Token 实现原理与本文一致，但是代码需要根据所用框架进行合理修改。
