JWT（JSON Web Token）的基本原理

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-09-12 01:48 178阅读 0赞

## JWT（JSON Web Token）的基本原理 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
**JSON Web Token（缩写 JWT）是目前最流行的跨域认证解决方案**

## 一、跨域认证的问题 ##

1、用户向服务器发送用户名和密码。

2、服务器验证通过后，在当前对话（session）里面保存相关数据，比如用户角色、登录时间等等。

3、服务器向用户返回一个 session\_id，写入用户的 Cookie。

4、用户随后的每一次请求，都会通过 Cookie，将 session\_id 传回服务器。

5、服务器收到 session\_id，找到前期保存的数据，由此得知用户的身份。

### 这种模式的问题在于，扩展性（scaling）不好。单机当然没有问题，如果是服务器集群，或者是跨域的服务导向架构，就要求 session 数据共享，每台服务器都能够读取 session。 ###

## 问：A 网站和 B 网站是同一家公司的关联服务。现在要求，用户只要在其中一个网站登录，再访问另一个网站就会自动登录，请问怎么实现？ ##

一种解决方案是 session 数据持久化，写入数据库或别的持久层。各种服务收到请求后，都向持久层请求数据。这种方案的优点是架构清晰，缺点是工程量比较大。另外，持久层万一挂了，就会单点失败。

另一种方案是服务器索性不保存 session 数据了，所有数据都保存在客户端，每次请求都发回服务器。JWT 就是这种方案的一个代表。

## 二、JWT 的原理 ##

JWT 的原理是，服务器认证以后，生成一个 JSON 对象，发回给用户，就像下面这样。

![在这里插入图片描述][64b7977639124c5ab9d18bbcdd553b05.png]  
以后，用户与服务端通信的时候，都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。为了防止用户篡改数据，服务器在生成这个对象的时候，会加上签名（详见后文）。

服务器就不保存任何 session 数据了，也就是说，服务器变成无状态了，从而比较容易实现扩展。

## 三、JWT 的数据结构 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]

它是一个很长的字符串 中间用点分隔成三部分

## JWT的三部分依次如下： ##

![在这里插入图片描述][93d34cdb070d40458e646877531b2a80.png]

## 写成一行，就是下面的样子 ##

Header.Payload.Signature

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]

## 四、Header ##

Header 部分是一个 JSON 对象，描述 JWT 的元数据，通常是下面的样子。

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

上面代码中，alg属性表示签名的算法（algorithm），默认是 HMAC SHA256（写成 HS256）；typ属性表示这个令牌（token）的类型（type），JWT 令牌统一写为JWT。

## 五、Payload ##

Payload 部分也是一个 JSON 对象，用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段，供选用。

iss (issuer)：签发人
    exp (expiration time)：过期时间
    sub (subject)：主题
    aud (audience)：受众
    nbf (Not Before)：生效时间
    iat (Issued At)：签发时间
    jti (JWT ID)：编号

## 六、Signature ##

Signature 部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。

首先，需要指定一个密钥（secret）。这个密钥只有服务器才知道，不能泄露给用户。然后，使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256），按照下面的公式产生签名。

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

算出签名以后，把 Header、Payload、Signature 三个部分拼成一个字符串，每个部分之间用"点"（.）分隔，就可以返回给用户。

## 七、JWT 的使用方式 ##

客户端收到服务器返回的 JWT，可以储存在 Cookie 里面，也可以储存在 localStorage。

此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT。你可以把它放在 Cookie 里面自动发送，但是这样不能跨域，所以更好的做法是放在 HTTP 请求的头信息Authorization字段里面。

![在这里插入图片描述][bd55f295ddbb422b8fcb16ad8bc2af05.png]

## 八、JWT 的几个特点 ##

（1）JWT 默认是不加密，但也是可以加密的。生成原始 Token 以后，可以用密钥再加密一次。

（2）JWT 不加密的情况下，不能将秘密数据写入 JWT。

（3）JWT 不仅可以用于认证，也可以用于交换信息。有效使用 JWT，可以降低服务器查询数据库的次数。

（4）JWT 的最大缺点是，由于服务器不保存 session 状态，因此无法在使用过程中废止某个 token，或者更改 token 的权限。也就是说，一旦 JWT 签发了，在到期之前就会始终有效，除非服务器部署额外的逻辑。

（5）JWT 本身包含了认证信息，一旦泄露，任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT 的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限，使用时应该再次对用户进行认证。

（6）为了减少盗用，JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输，要使用 HTTPS 协议传输。

## 九、基本语法 ##

jwt.sign(payload, secretOrPrivateKey)：生成JWT字符串
    jwt.verify(token,secretOrPublicKey):验证token的合法性
    jwt.decode(token)

## 十、后台生成JWT ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]

## 十一、后台验证JWT ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 7]

[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220828/876f0148973547c4ae42bf5f01aacd6c.png
[64b7977639124c5ab9d18bbcdd553b05.png]: /images/20220828/003cd1cb204842c4a0dfd7348c4fa74c.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]: /images/20220828/8ad976a2a1d54bb9b7873ded2fea2768.png
[93d34cdb070d40458e646877531b2a80.png]: /images/20220828/33d987d6b2c6452c882d1df3db48df27.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]: /images/20220828/9b801dcb10d848c0ba13d5612b2e300f.png
[bd55f295ddbb422b8fcb16ad8bc2af05.png]: /images/20220828/20a377e40c9840488769b4ac8f4b9bf1.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]: /images/20220828/e41bde92503e4e24af5de7959a7721b8.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]: /images/20220828/b2b194a91c5f47d0b86e4415964e39cb.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]: /images/20220828/217ce8a8e49842278f9e463b58787cbd.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6]: /images/20220828/debe72aca16649b5847ee7094a499c06.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA546L5ZCM5a2m6KaB5Yqq5Yqb_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 7]: /images/20220828/24c68f0d6022455ebee652026f0fb06d.png