关于JWT，你必须知道

时光笑我温暖如阳啊
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一、什么是JWT

JSON Web Token（缩写 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。

  • 紧凑：可以通过URL，POST参数或者在HTTP header发送，因为数据量小，传输速度也很快
  • 自包含：负载中包含了所有用户所需要的信息，避免了多次查询数据库

通俗来说：JWT的本质就是一个字符串，它是将用户信息保存到一个JSON字符串中，然后进行编码后得到一个JWT token，并且这个token带有签名信息，接收后可以通过密钥校验是否被篡改，所以可以用于在各方之间安全地将信息作为JSON对象传输。

二、为什么要用JWT

传统的session认证

  1. 客户端使用用户名和密码请求登录
  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

存在以下问题

  • 每个用户的登录信息都会保存到服务器的session中，随着用户的增多，服务器开销会明显增大
  • 由于session是存在与服务器的物理内存中，所以在分布式系统中，这种方式将会失效。虽然可以将session统一保存到Redis中，但是这样做无疑增加了系统的复杂性，对于不需要redis的应用也会白白多引入一个缓存中间件
  • 因为session认证本质基于cookie，所以如果cookie被截获，用户很容易收到跨站请求伪造攻击。并且如果浏览器禁用了cookie，这种方式也会失效
  • 前后端分离系统中更加不适用，后端部署复杂，前端发送的请求往往经过多个中间件到达后端，cookie中关于session的信息会转发多次
  • 由于基于Cookie，而cookie无法跨域，所以session的认证也无法跨域，对单点登录不适用

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JWT优势

  • 支持跨域访问：cookie是无法跨域的，把token放到请求头header中，跨域后不会存在信息丢失问题
  • 无状态：token机制在服务端不需要存储session信息，因为token自身包含了所有登录用户的信息，所以可以减轻服务端压力
  • 更适用CDN：可以通过内容分发网络请求服务端的所有资料
  • 无需考虑CSRF：由于不再依赖cookie，所以采用token认证方式不会发生CSRF，所以也就无需考虑CSRF的防御

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三、JWT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

{
 "姓名": "张三",
 "角色": "管理员",
 "到期时间": "2018年7月1日0点0分"
}

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。

四、JWT的结构

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9**.**eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

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JWT是一个字符串，由三个部分组成Header头部、Payload载荷、Signature签名，中间用点（.）分隔

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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（详见后文）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)：用户
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，一般会把包含不敏感的用户信息数据放到payload中。

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true,
	"userId": 12
}

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）… 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。

window.btoa(unescape(encodeURIComponent('{"alg":"HS256","typ":"JWT"}')))
// eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9

window.btoa(unescape(encodeURIComponent(JSON.stringify({"sub": "1234567890", "name": "John Doe", "iat": 1516239022}))))
// eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ==

五、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。

Authorization: Bearer

另一种做法是，跨域的时候，JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

六、JWT 的几个特点

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。

JWT 不加密的情况下，不能将秘密数据写入 JWT。

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。

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。

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。

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。

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