Token生成演算法詳解

一、生成Token演算法

Token(令牌)生成是一種驗證用戶身份的方法，通常用於保證API介面的安全性。Token生成演算法可以採用多種方式，其中JWT(Json Web Token)是廣泛使用的一種。

二、Token生成

Token生成通常分為以下兩個步驟：

1、生成一個含有必要信息的JSON對象，如用戶id、用戶名以及過期時間等。

{
  "userId": "123456",
  "username": "john",
  "exp": 1627074891
}

2、將JSON對象進行簽名，生成最終的Token字元串，如下所示：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VySWQiOiIxMjM0NTYiLCJ1c2VybmFtZSI6ImpvaG4iLCJleHAiOjE2MjcwNzQ4OTF9.kSuq7xyQbUXZQNP3AnXlcZxTtCMVJHJGUJQjcBOpP8M

Token中包含了頭部、載荷和簽名三部分。其中，頭部指定了簽名演算法，載荷包含了必要信息，簽名通過頭部和載荷計算而來。

三、生成演算法的步驟是

1、將頭部和載荷進行Base64編碼，並將編碼後的字元串用”.”連接起來，形成一個未簽名的Token字元串。

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VySWQiOiIxMjM0NTYiLCJ1c2VybmFtZSI6ImpvaG4iLCJleHAiOjE2MjcwNzQ4OTF9

2、使用密鑰對未簽名的Token字元串進行簽名。簽名演算法可以採用HMAC-SHA256等。

HMACSHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." +
  base64UrlEncode(payload),
  secret)

3、將簽名結果用”.”連接到未簽名的Token字元串後面，形成最終的Token字元串。

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VySWQiOiIxMjM0NTYiLCJ1c2VybmFtZSI6ImpvaG4iLCJleHAiOjE2MjcwNzQ4OTF9.kSuq7xyQbUXZQNP3AnXlcZxTtCMVJHJGUJQjcBOpP8M

四、服務端Token生成演算法

服務端Token生成演算法通常採用JWT。

在實現服務端Token生成演算法時，需要定義Token的有效期、密鑰以及加密方式等參數，如下所示：

const jwt = require('jsonwebtoken')
const secret = 'my_secret_key'
const expiresIn = '2h'

function generateToken(payload) {
  const token = jwt.sign(payload, secret, { expiresIn })
  return token
}

以上實現了一個簡單的Token生成方法，通過傳遞payload參數即可生成Token字元串。

五、登錄Token生成演算法

登錄Token生成演算法是指在用戶登錄成功後，生成一個Token用於驗證用戶身份。

登錄Token生成演算法通常包含以下步驟：

1、驗證用戶身份，驗證成功後生成一個JSON對象，包含用戶id、用戶名以及過期時間等信息。

const user = {
  userId: '123456',
  username: 'john',
  exp: Math.floor(Date.now() / 1000) + (60 * 60)
}

2、將JSON對象轉換成Token字元串，並返回給客戶端。

const token = generateToken(user)
res.json({token})

六、隨機數生成演算法

隨機數生成演算法通常用於生成密鑰、鹽以及Token中的nonce等。

Node.js內置了crypto模塊，提供了豐富的加密演算法以及隨機數生成方法，如下所示：

const crypto = require('crypto')
const secret = crypto.randomBytes(16).toString('hex')

以上代碼使用了crypto.randomBytes方法生成了一個16位元組的隨機數，並將其轉換成了hex字元串。

七、登錄令牌Token生成演算法

登錄令牌Token生成演算法可以用於生成用於用戶身份驗證的Token。

通常採用JWT方式實現，以服務端生成的令牌為例，其生成方法可如下：

const jwt = require('jsonwebtoken')
const secret = 'my_secret_key'
const expiresIn = '30d'

function generateLoginToken(user) {
  const payload = {
    subject: user.id,
    iat: Math.floor(Date.now() / 1000),
    exp: Math.floor(Date.now() / 1000) + (60 * 60 * 24 * 30),
    alg: 'HS256'
  }
  const options = {
    expiresIn: expiresIn
  }
  const token = jwt.sign(payload, secret, options)
  return token
}

八、Token生成原理

Token生成原理是採用了JWT規範，由頭部、載荷以及簽名三部分構成，經過base64編碼形成Token字元串。

其中，Payload中保存了用戶信息、過期時間等數據，用於驗證用戶身份。

簽名則是通過加密演算法將頭部和載荷計算出的簽名值，用於保證Token在傳輸過程中不被篡改。

九、Token簽名演算法

Token簽名演算法通常採用HMAC-SHA256等加密演算法，用於對Token進行加密。

const crypto = require('crypto')

function sign(payload, secret) {
  const header = {
    alg: 'HS256',
    typ: 'JWT'
  }
  const encodingHeader = base64UrlEncode(JSON.stringify(header))
  const encodingPayload = base64UrlEncode(JSON.stringify(payload))
  const signature = crypto.createHmac('sha256', secret).update(encodingHeader + "." + encodingPayload).digest('base64')
  return encodingHeader + '.' + encodingPayload + '.' + signature
}

以上代碼演示了如何使用HMAC-SHA256演算法對Token進行簽名。

十、Token加密演算法

Token加密演算法通常採用AES等演算法，用於保證Token在傳輸中的安全性。

const crypto = require('crypto')

function encrypt(text, secret) {
  const iv = crypto.randomBytes(16)
  const cipher = crypto.createCipheriv('aes-256-cbc', Buffer.from(secret), iv)
  let encrypted = cipher.update(text)
  encrypted = Buffer.concat([encrypted, cipher.final()])
  return iv.toString('hex') + ':' + encrypted.toString('hex')
}

function decrypt(text, secret) {
  const parts = text.split(':')
  const iv = Buffer.from(parts[0], 'hex')
  const encryptedText = Buffer.from(parts[1], 'hex')
  const decipher = crypto.createDecipheriv('aes-256-cbc', Buffer.from(secret), iv)
  let decrypted = decipher.update(encryptedText)
  decrypted = Buffer.concat([decrypted, decipher.final()])
  return decrypted.toString()
}

以上代碼實現了AES加密演算法的加密和解密方法。