JWT原理解析

一、概述

虽然现在很多的开发框架会支持JWT的使用，但是对JWT还是没有一个详细的了解，有很多疑惑：

• JWT比之前的session或者token有什么好处？
• JWT的构成元素是什么？
• JWT从生成到使用的详细流程？

二、 JWT

2.1 JWT是什么？

JSON Web Token (JWT)是一个开放标准(RFC 7519)，它定义了一种紧凑的、自包含的方式，用于作为JSON对象在各方之间安全地传输信息。该信息可以被验证和信任，因为它是数字签名的。

2.2 在什么场景使用JWT？

• 授权

  授权是我们使用JWT最常见的场景；用户登录后，后端服务根据JWT规则生成token给到前端，前端之后的请求都会携带这个token访问后端接口，后端对这些请求校验token，保障token的有效性，进而确保是合法请求；JWT非常契合单点登录，因为JWT的后端认证不需要额外访问存储信息，只需要一个秘钥就可以自认证；

• 交换信息

  由于JWT生成的token可以包含业务信息，而且这些业务信息是参与了签名的，所以保障了这些业务信息不被篡改，而且还有有效时间范围；

2.3 JWT生成规则

JWT整体的组成形式类似为： xxxx.yyyy.zzzz

JWT 本质上就是一组字串，通过（.）切分成三个为 Base64 编码的部分：

• Header : 描述 JWT 的元数据，定义了生成签名的算法以及 Token 的类型；
  示例：

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

• Payload : 用来存放实际需要传递的数据；
  示例：

  {"sub":"123456","exp":1713939930564,"userid":"28912"}
  

  注意：由于Payload是明文传输和前端存储，所以不能存放隐私性信息

• Signature（签名）：服务器通过 Payload、Header 和一个密钥(Secret)使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256）生成。
  示例：

  HMACSHA256(
    base64UrlEncode({"typ":"JWT","alg":"HS256"}) + "." +
    base64UrlEncode({"sub":"123456","exp":1713939930564,"userid":"28912"}),
    "123456789qwer")
  

最终得出的token示例：

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.
eyJzdWIiOiIxMjM0NTYiLCJleHAiOjE3MTM5Mzg4NTkzNDIsInVzZXJpZCI6IjI4OTEyIn0.
qFxI_m6XOYMdASi9nXpaOtr3p2SQCy8OOIktWhJBnCQ

至于其中的算法，可以按照JWT的严格算法来实现，也可以按照自己的算法来实现，只需要保证生成token和验证token时的算法一致即可；

2.4 JWT、session、redis存储的token对比

上述表格对比了JWT redis存储的token 本地session 三者的一些特性；

• JWT由于包含了认证的用户信息，那么就不需要后端服务再额外保存这些认证信息，所以节省了后端的资源；

• JWT由于自包含认证信息，所以可以不依赖后端服务，可以在不同的后端服务之间认证使用；所以非常契合单点登录的实现；

• JWT默认使用请求头Authorization向后端传输，当然你也可以使用其他请求头，只需要前后端一致即可；

  Authorization: Bearer {JWTtoken}

• JWT由于摆脱了传统的cookie传输，所以跨资源（CORS）不会成为问题，有助于防止CSRF攻击；

2.5 JWT认证流程

上图是JWT在单点登录的认证流程过程；

如果后端是微服务架构，那么 验证JWT是否合法 这个功能可以集成到API网关层，统一处理即可；