彻底理解JWT认证 _JWT认证

文章插图

JSON WEB Token（JWT，读作 [/d??t/]），是一种基于JSON的、用于在网络上声明某种主张的令牌（token）。JWT通常由三部分组成: 头信息（header）, 消息体（payload）和签名（signature）。
一、跨域认证的问题互联网服务离不开用户认证。一般流程是下面这样。

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。

存在的问题是，扩展性不好。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 。

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。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 的数据结构实际的 JWT 大概就像下面这样。

文章插图

它是一个很长的字符串，中间用点（.）分隔成三个部分。注意，JWT 内部是没有换行的，这里只是为了便于展示，将它写成了几行。
JWT 的三个部分依次如下。

Header（头部）Payload（负载）Signature（签名）

写成一行，就是下面的样子。

Header.Payload.Signature

文章插图

下面依次介绍这三个部分。

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 。最后，将上面的 JSON 对象使用 Base64URL 算法转成字符串。

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

除了官方字段，你还可以在这个部分定义私有字段，下面就是一个例子。

{ "sub": "1234567890", "name": "John Doe", "admin": true }

注意，JWT 默认是不加密的，任何人都可以读到，所以不要把秘密信息放在这个部分。
这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。

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。

Base64URL

前面提到，Header 和 Payload 串型化的算法是 Base64URL 。这个算法跟 Base64 算法基本类似，但有一些小的不同。
JWT 作为一个令牌（token），有些场合可能会放到 URL（比如 api.example.com/?token=xxx）。Base64 有三个字符+、/和=，在 URL 里面有特殊含义，所以要被替换掉：=被省略、+替换成-，/替换成_。这就是 Base64URL 算法。