【AI图像生成网站Golang】JWT认证与令牌桶算法

AI图像生成网站

目录

一、项目介绍

二、雪花算法

三、JWT认证与令牌桶算法

四、项目架构

五、图床上传与图像生成API搭建

六、项目测试与调试(等待更新)

三、JWT认证与令牌桶算法

在现代后端开发中，用户认证和接口限流是确保系统安全性和性能的两大关键要素。本文将基于实际代码，介绍 JWT 认证 和 令牌桶限流算法 的原理和实现。

1. JWT认证

JWT（JSON Web Token）是一种开放标准（RFC 7519），定义了一种紧凑的、自包含的方式，用于在各方之间安全地传输信息。这些信息经过签名验证后，可以信任其真实性。它通常用于用户认证场景，流程如下：

1. 用户登录成功后，服务器生成一个JWT并返回给客户端。
2. 客户端每次访问受保护的接口时，将JWT放入请求头中。
3. 服务器解析JWT验证用户身份。

一个典型的JWT由三部分组成：

• Header：描述加密算法类型（如 HS256）。
• Payload（有效载荷）：实际数据，例如用户信息和 Token 过期时间。
• Signature：通过密钥和 Header、Payload 签名生成，用于验证数据的完整性。

        JWT 的标准声明只包含一些通用字段（如 exp、iat¹），但在实际应用中，我们需要存储更多的业务数据，比如用户 ID 和用户名。
        在 JWT 中，Payload 就是 Token 的核心数据部分，用来存储那些需要在两方之间传递的信息。它包含了自定义的声明（Claims），例如用户的标识（user_id）或过期时间（exp）。Payload 不会被加密，但会被签名以保证数据的完整性。我们可以自定义结构体 MyClaims来实现自定义声明：

type MyClaims struct {
	UserID   uint64 `json:"user_id"`
	Username string `json:"username"`
	jwt.StandardClaims
}

之后，我们需要生成Access Token和Refresh Token来减少用户的重复登录行为，从而在保证安全性的同时提高交互体验，具体交互过程为：

用户登录阶段

1. 用户在登录页面输入用户名和密码。
2. 服务器验证用户的身份后，生成并返回：
   • 一个短期有效的 Access Token。
   • 一个长期有效的 Refresh Token。
3. 客户端存储 Token（通常 Access Token 存在内存中，Refresh Token 存在安全存储区）。

生成 Access Token 和 Refresh Token 的函数如下：

// 定义Secret 用于加密的字符串
var mySecret = []byte("aidraw")

func GenToken(userID uint64, username string) (aToken, rToken string, err error) {
	c := MyClaims{
		UserID:   userID,
		Username: username,
		StandardClaims: jwt.StandardClaims{
			ExpiresAt: time.Now().Add(AccessTokenExpireDuration).Unix(),
			Issuer:    "aidraw",
		},
	}
	aToken, err = jwt.NewWithClaims(jwt.SigningMethodHS256, c).SignedString(mySecret)

	rToken, err = jwt.NewWithClaims(jwt.SigningMethodHS256, jwt.StandardClaims{
		ExpiresAt: time.Now().Add(RefreshTokenExpireDuration).Unix(),
		Issuer:    "aidraw",
	}).SignedString(mySecret)

	return
}

与网站交互阶段

1. 初始请求：客户端将 Access Token 添加到每个请求的 HTTP 头部（Authorization: Bearer <Access Token>）。服务器解析 Token 并验证用户身份。

解析Token的代码为：

func keyFunc(_ *jwt.Token) (i interface{}, err error) {
	return mySecret, nil
}

// ParseToken 解析Token.
func ParseToken(tokenString string) (claims *MyClaims, err error) {
	claims = new(MyClaims)
	token, err := jwt.ParseWithClaims(tokenString, claims, keyFunc)
	if err != nil {
		return
	}
	if !token.Valid {
		err = errors.New("invalid token")
	}
	return
}

2. Access Token 过期：当 Access Token 失效时，客户端会用 Refresh Token 请求新的 Access Token。

刷新Token的代码为：

func RefreshToken(aToken, rToken string) (newAToken, newRToken string, err error) {
	// 验证 Refresh Token 是否有效
	if _, err = jwt.Parse(rToken, keyFunc); err != nil {
		return
	}

	// 解析 Access Token 提取用户信息
	var claims MyClaims
	_, err = jwt.ParseWithClaims(aToken, &claims, keyFunc)
	v, _ := err.(*jwt.ValidationError)

	// 如果 Access Token 是过期错误，生成新的 Token
	if v.Errors == jwt.ValidationErrorExpired {
		return GenToken(claims.UserID, claims.Username)
	}
	return
}

3. 刷新 Token 过程：
   1. 客户端发送 Refresh Token 给 /refresh_token API。
   2. 服务器验证 Refresh Token 是否有效。
   3. 如果 Refresh Token 合法且未过期，生成新的 Access Token 和 新的 Refresh Token。

2. 基于 JWT 的认证中间件

为了在路由处理函数中提取用户信息，我们需要实现一个基于 JWT 的 Gin 中间件:

1. 从请求头的 Authorization 字段提取 Token。
2. 验证 Token 的合法性。
3. 将解析出的用户信息保存到上下文中，供后续的路由函数使用。
   代码如下：

package middlewares

import (
	"backend/controller"
	"backend/pkg/jwt"
	"fmt"
	"strings"
	"github.com/gin-gonic/gin"
)

// JWTAuthMiddleware 基于JWT的认证中间件
func JWTAuthMiddleware() func(c *gin.Context) {
	return func(c *gin.Context) {
		// 客户端携带Token有三种方式 1.放在请求头 2.放在请求体 3.放在URI
		// 这里假设Token放在Header的Authorization中，并使用Bearer开头
		// 这里的具体实现方式要依据你的实际业务情况决定
		authHeader := c.Request.Header.Get("Authorization")
		if authHeader == "" {
			controller.ResponseErrorWithMsg(c, controller.CodeInvalidToken, "请求头缺少Auth Token")
			c.Abort()
			return
		}
		// 按空格分割
		parts := strings.SplitN(authHeader, " ", 2)
		if !(len(parts) == 2) {
			controller.ResponseErrorWithMsg(c, controller.CodeInvalidToken, "Token格式不对")
			c.Abort()
			return
		}
		// parts[1]是获取到的tokenString，我们使用之前定义好的解析JWT的函数来解析它
		mc, err := jwt.ParseToken(parts[1])
		if err != nil {
			fmt.Println(err)
			controller.ResponseError(c, controller.CodeInvalidToken)
			c.Abort()
			return
		}
		// 将当前请求的userID信息保存到请求的上下文c上
		c.Set(controller.ContextUserIDKey, mc.UserID)
		c.Next() // 后续的处理函数可以用过c.Get(ContextUserIDKey)来获取当前请求的用户信息
	}
}

3. 令牌桶限流算法

在现代 Web 开发中，流量控制是确保系统稳定性的重要手段之一。令牌桶算法（Token Bucket Algorithm）是一种广泛使用的限流算法，可以高效处理突发流量。其核心思想如下：

• 固定速率发放令牌：按照指定的时间间隔，将令牌加入桶中。
• 允许突发流量：桶有一个固定的容量，当令牌数量达到容量时，新的令牌会被丢弃。
• 请求消耗令牌：每次请求需要消耗一定数量的令牌，如果桶中没有足够的令牌，请求将被拒绝或等待。

适用于需要控制 API 的访问频率、允许短时间内的突发请求（如秒杀活动）的场景。

令牌桶中间件实现

实现令牌桶限流中间件代码如下：

package middlewares

import (
	"github.com/gin-gonic/gin"
	"github.com/juju/ratelimit"
	"net/http"
	"time"
)

// RateLimitMiddleware 创建指定填充速率和容量大小的令牌桶
func RateLimitMiddleware(fillInterval time.Duration, cap int64) func(c *gin.Context) {
	// 创建令牌桶
	bucket := ratelimit.NewBucket(fillInterval, cap)
	return func(c *gin.Context) {
		// 检查是否能够获取令牌
		if bucket.TakeAvailable(1) == 0 {
			// 如果令牌不足，返回限流提示
			c.String(http.StatusOK, "rate limit...")
			c.Abort() // 中断请求
			return
		}
		// 如果获取到令牌，继续处理请求
		c.Next()
	}
}

参数说明：

• fillInterval：令牌添加的时间间隔。
• cap：桶的容量。

调用代码

本项目通过在所有路由之前设置令牌桶中间件实现了全局限流：

//初始化 gin Engine  新建一个没有任何默认中间件的路由
r := gin.New()
//设置中间件
r.Use(
	middlewares.RateLimitMiddleware(2*time.Second, 40), // 每两秒钟添加十个令牌  全局限流
)

r.LoadHTMLFiles("templates/index.html") // 加载html