Django—使用PyJWT模块实现Token认证

2022年5月6日 9点热度 0人点赞 0条评论

对外提供API不用django rest framework（DRF）就是旁门左道吗？

基于Token的鉴权机制越来越多的用在了项目中，尤其是对于纯后端只对外提供API没有web页面的项目，例如我们通常所讲的前后端分离架构中的纯后端服务，只提供API给前端，前端通过API提供的数据对页面进行渲染展示或增加修改等，我们知道HTTP是一种无状态的协议，也就是说后端服务并不知道是谁发来的请求，那么如何校验请求的合法性呢？这就需要通过一些方式对请求进行鉴权了

先来看看传统的登录鉴权跟基于Token的鉴权有什么区别

以Django的账号密码登录为例来说明传统的验证鉴权方式是怎么工作的，当我们登录页面输入账号密码提交表单后，会发送请求给服务器，服务器对发送过来的账号密码进行验证鉴权，验证鉴权通过后，把用户信息记录在服务器端（django_session表中），同时返回给浏览器一个sessionid用来唯一标识这个用户，浏览器将sessionid保存在cookie中，之后浏览器的每次请求都一并将sessionid发送给服务器，服务器根据sessionid与记录的信息做对比以验证身份

Token的鉴权方式就清晰很多了，客户端用自己的账号密码进行登录，服务端验证鉴权，验证鉴权通过生成Token返回给客户端，之后客户端每次请求都将Token放在header里一并发送，服务端收到请求时校验Token以确定访问者身份

session的主要目的是给无状态的HTTP协议添加状态保持，通常在浏览器作为客户端的情况下比较通用。而Token的主要目的是为了鉴权，同时又不需要考虑CSRF防护以及跨域的问题，所以更多的用在专门给第三方提供API的情况下，客户端请求无论是浏览器发起还是其他的程序发起都能很好的支持。所以目前基于Token的鉴权机制几乎已经成了前后端分离架构或者对外提供API访问的鉴权标准，得到广泛使用

JSON Web Token（JWT)是目前Token鉴权机制下最流行的方案，网上关于JWT的介绍有很多，这里不细说，只讲下Django如何利用JWT实现对API的认证鉴权，搜了几乎所有的文章都是说JWT如何结合DRF使用的，如果你的项目没有用到DRF框架，也不想仅仅为了鉴权API就引入庞大复杂的DRF框架，那么可以接着往下看

我的需求如下：
1. 同一个view函数既给前端页面提供数据，又对外提供API服务，要同时满足基于账号密码的验证和JWT验证
2. 项目用了Django默认的权限系统，既能对账号密码登录的进行权限校验，又能对基于JWT的请求进行权限校验

PyJWT介绍

要实现上边的需求1，我们首先得引入JWT模块，python下有现成的PyJWT模块可以直接用，先看下JWT的简单用法

安装PyJWT

$ pip install pyjwt

利用PyJWT生成Token

>>> import jwt
>>> encoded_jwt = jwt.encode({'username':'运维咖啡吧','site':'https://ops-coffee.cn'},'secret_key',algorithm='HS256')

这里传了三部分内容给JWT，

第一部分是一个Json对象，称为Payload，主要用来存放有效的信息，例如用户名，过期时间等等所有你想要传递的信息

第二部分是一个秘钥字串，这个秘钥主要用在下文Signature签名中，服务端用来校验Token合法性，这个秘钥只有服务端知道，不能泄露

第三部分指定了Signature签名的算法

查看生成的Token

>>> print(encoded_jwt)
b'eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6Ilx1OGZkMFx1N2VmNFx1NTQ5Nlx1NTU2MVx1NTQyNyIsInNpdGUiOiJodHRwczovL29wcy1jb2ZmZWUuY24ifQ.fIpSXy476r9F9i7GhdYFNkd-2Ndz8uKLgJPcd84BkJ4'

JWT生成的Token是一个用两个点（.）分割的长字符串

点分割成的三部分分别是Header头部，Payload负载，Signature签名：Header.Payload.Signature

JWT是不加密的，任何人都可以读的到其中的信息，其中第一部分Header和第二部分Payload只是对原始输入的信息转成了base64编码，第三部分Signature是用header+payload+secret_key进行加密的结果

可以直接用base64对Header和Payload进行解码得到相应的信息

>>> import base64
>>> base64.b64decode('eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9')
b'{"typ":"JWT","alg":"HS256"}'

>>> base64.b64decode('eyJ1c2VybmFtZSI6Ilx1OGZkMFx1N2VmNFx1NTQ5Nlx1NTU2MVx1NTQyNyIsInNpdGUiOiJodHRwczovL29wcy1jb2ZmZWUuY24ifQ==')
# 这里最后加=的原因是base64解码对传入的参数长度不是2的对象，需要再参数最后加上一个或两个等号=

因为JWT不会对结果进行加密，所以不要保存敏感信息在Header或者Payload中，服务端也主要依靠最后的Signature来验证Token是否有效以及有无被篡改

解密Token

>>> jwt.decode(encoded_jwt,'secret_key',algorithms=['HS256'])
{'username': '运维咖啡吧', 'site': 'https://ops-coffee.cn'}

服务端在有秘钥的情况下可以直接对JWT生成的Token进行解密，解密成功说明Token正确，且数据没有被篡改

当然我们前文说了JWT并没有对数据进行加密，如果没有secret_key也可以直接获取到Payload里边的数据，只是缺少了签名算法无法验证数据是否准确，pyjwt也提供了直接获取Payload数据的方法，如下

>>> jwt.decode(encoded_jwt, verify=False)
{'username': '运维咖啡吧', 'site': 'https://ops-coffee.cn'}

Django案例

Django要兼容session认证的方式，还需要同时支持JWT，并且两种验证需要共用同一套权限系统，该如何处理呢？我们可以参考Django的解决方案：装饰器，例如用来检查用户是否登录的login_required和用来检查用户是否有权限的permission_required两个装饰器，我们可以自己实现一个装饰器，检查用户的认证模式，同时认证完成后验证用户是否有权限操作

于是一个auth_permission_required的装饰器产生了：

from django.conf import settings
from django.http import JsonResponse
from django.contrib.auth import get_user_model
from django.core.exceptions import PermissionDenied

UserModel = get_user_model()


def auth_permission_required(perm):
    def decorator(view_func):
        def _wrapped_view(request, *args, **kwargs):
            # 格式化权限
            perms = (perm,) if isinstance(perm, str) else perm

            if request.user.is_authenticated:
                # 正常登录用户判断是否有权限
                if not request.user.has_perms(perms):
                    raise PermissionDenied
            else:
                try:
                    auth = request.META.get('HTTP_AUTHORIZATION').split()
                except AttributeError:
                    return JsonResponse({"code": 401, "message": "No authenticate header"})

                # 用户通过API获取数据验证流程
                if auth[0].lower() == 'token':
                    try:
                        dict = jwt.decode(auth[1], settings.SECRET_KEY, algorithms=['HS256'])
                        username = dict.get('data').get('username')
                    except jwt.ExpiredSignatureError:
                        return JsonResponse({"status_code": 401, "message": "Token expired"})
                    except jwt.InvalidTokenError:
                        return JsonResponse({"status_code": 401, "message": "Invalid token"})
                    except Exception as e:
                        return JsonResponse({"status_code": 401, "message": "Can not get user object"})

                    try:
                        user = UserModel.objects.get(username=username)
                    except UserModel.DoesNotExist:
                        return JsonResponse({"status_code": 401, "message": "User Does not exist"})

                    if not user.is_active:
                        return JsonResponse({"status_code": 401, "message": "User inactive or deleted"})

                    # Token登录的用户判断是否有权限
                    if not user.has_perms(perms):
                        return JsonResponse({"status_code": 403, "message": "PermissionDenied"})
                else:
                    return JsonResponse({"status_code": 401, "message": "Not support auth type"})

            return view_func(request, *args, **kwargs)

        return _wrapped_view

    return decorator

在view使用时就可以用这个装饰器来代替原本的login_required和permission_required装饰器了

@auth_permission_required('account.select_user')
def user(request):
    if request.method == 'GET':
        _jsondata = {
            "user": "ops-coffee",
            "site": "https://ops-coffee.cn"
        }

        return JsonResponse({"state": 1, "message": _jsondata})
    else:
        return JsonResponse({"state": 0, "message": "Request method 'POST' not supported"})

我们还需要一个生成用户Token的方法，通过给User model添加一个token的静态方法来处理

class User(AbstractBaseUser, PermissionsMixin):
    create_time = models.DateTimeField(auto_now_add=True, verbose_name='创建时间')
    update_time = models.DateTimeField(auto_now=True, verbose_name='更新时间')
    username = models.EmailField(max_length=255, unique=True, verbose_name='用户名')
    fullname = models.CharField(max_length=64, null=True, verbose_name='中文名')
    phonenumber = models.CharField(max_length=16, null=True, unique=True, verbose_name='电话')
    is_active = models.BooleanField(default=True, verbose_name='激活状态')

    objects = UserManager()

    USERNAME_FIELD = 'username'
    REQUIRED_FIELDS = []

    def __str__(self):
        return self.username

    @property
    def token(self):
        return self._generate_jwt_token()

    def _generate_jwt_token(self):
        token = jwt.encode({
            'exp': datetime.utcnow() + timedelta(days=1),
            'iat': datetime.utcnow(),
            'data': {
                'username': self.username
            }
        }, settings.SECRET_KEY, algorithm='HS256')

        return token.decode('utf-8')

    class Meta:
        default_permissions = ()

        permissions = (
            ("select_user", "查看用户"),
            ("change_user", "修改用户"),
            ("delete_user", "删除用户"),
        )

可以直接通过用户对象来生成Token：

>>> from accounts.models import User
>>> u = User.objects.get(username='admin@ops-coffee.cn')
>>> u.token
'eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJleHAiOjE1NDgyMjg3NzksImlhdCI6MTU0ODE0MjM3OSwiZGF0YSI6eyJ1c2VybmFtZSI6ImFkbWluQDE2My5jb20ifX0.akZNU7t_z2kwPxDJjmc-QxtNdICK0yhnwWmKxqqXKLw'

生成的Token给到客户端，客户端就可以拿这个Token进行鉴权了

>>> import requests
>>> token = 'eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJleHAiOjE1NDgyMjg4MzgsImlhdCI6MTU0ODE0MjQzOCwiZGF0YSI6eyJ1c2VybmFtZSI6ImFkbWluQDE2My5jb20ifX0.oKc0SafgksMT9ZIhTACupUlz49Q5kI4oJA-B8-GHqLA'
>>>
>>> r = requests.get('http://localhost/api/user', headers={'Authorization': 'Token '+token})
>>> r.json()
{'username': 'admin@ops-coffee.cn', 'fullname': '运维咖啡吧', 'is_active': True}

这样一个auth_permission_required方法就可以搞定上边的全部需求了，简单好用。