JSON Web Token (JWT) 结构与工作机制

JSON Web Token (JWT) 是一个开放标准 ( RFC 7519 )，它定义了一种紧凑且自包含的方式，用于在各方之间以 JSON 对象的形式安全传输信息。此信息可以验证和信任，因为它是数字签名的。

JWT的结构

在其紧凑的形式中，JWT 由以点 ( .) 分隔的三部分组成，它们是标题、有效载荷和签名。

因此，JWT 通常如下所示。

xxxxx.yyyyy.zzzzz

标题

标头通常由两部分组成：令牌的类型，即 JWT，以及正在使用的签名算法，例如 HMAC SHA256 或 RSA。

例如：

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

然后，这个 JSON 被Base64Url编码以形成 JWT 的第一部分。

有效载荷

令牌的第二部分是有效负载，其中包含声明。声明是关于实体（通常是用户）和附加数据的陈述。声明分为三种类型：注册声明、公开声明和私有声明。

• 注册声明：这些是一组预定义的声明，它们不是强制性的，但建议使用，以提供一组有用的、可互操作的声明。其中一些是： iss（发行人）、 exp（到期时间）、 sub（主题）、 aud（受众）等。

  请注意，声明名称只有三个字符，因为 JWT 是紧凑的。

• 公共声明：这些可以由使用 JWT 的人随意定义。但是为了避免冲突，它们应该在IANA JSON Web Token Registry中定义，或者定义为包含抗冲突命名空间的 URI。

• 私人声明：这些是为在同意使用它们的各方之间共享信息而创建的自定义声明，既不是注册声明也不是公共声明。

一个示例有效载荷可能是：

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

然后对有效负载进行Base64Url编码以形成 JSON Web 令牌的第二部分。

请注意，对于已签名的令牌，此信息虽然受到保护以防篡改，但任何人都可以读取。除非已加密，否则请勿将机密信息放入 JWT 的有效负载或标头元素中。

签名

要创建签名部分，您必须获取编码的标头、编码的有效负载、秘密、标头中指定的算法，并对其进行签名。

例如，如果您想使用 HMAC SHA256 算法，签名将通过以下方式创建：

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

签名用于验证消息在此过程中没有被更改，并且在使用私钥签名的令牌的情况下，它还可以验证 JWT 的发送者就是它所说的那个人。

把所有的放在一起

输出是三个用点分隔的 Base64-URL 字符串，可以在 HTML 和 HTTP 环境中轻松传递，同时与基于 XML 的标准（如 SAML）相比更紧凑。

下面显示了一个 JWT，该 JWT 具有先前的标头和有效负载编码，并使用秘密签名。

如果您想玩 JWT 并将这些概念付诸实践，您可以使用jwt.io Debugger来解码、验证和生成 JWT。

JWT如何工作？

在身份验证中，当用户使用其凭据成功登录时，将返回一个JWT。由于令牌是凭据，因此必须非常小心以防止出现安全问题。通常，您不应将令牌保留超过所需的时间。

由于缺乏安全性，您也不应该在浏览器存储中存储敏感的会话数据。

每当用户想要访问受保护的路由或资源时，用户代理应该发送 JWT，通常在Authorization标头中使用Bearer模式。标头的内容应如下所示：

Authorization: Bearer <token>

在某些情况下，这可以是一种无状态授权机制。服务器的受保护路由将检查Authorization标头中是否存在有效的 JWT，如果存在，则允许用户访问受保护的资源。如果 JWT 包含必要的数据，则可能会减少查询数据库以进行某些操作的需要，尽管情况并非总是如此。

请注意，如果您通过 HTTP 标头发送 JWT 令牌，则应尽量防止它们变得太大。某些服务器不接受超过 8 KB 的标头。如果您试图在 JWT 令牌中嵌入太多信息，例如通过包含所有用户的权限，您可能需要替代解决方案，例如Auth0 Fine-Grained Authorization。

如果令牌在Authorization标头中发送，则跨域资源共享 (CORS) 不会成为问题，因为它不使用 cookie。

下图显示了如何获取 JWT 并将其用于访问 API 或资源：

1. 应用程序或客户端向授权服务器请求授权。这是通过不同的授权流程之一执行的。例如，一个典型的符合OpenID Connect的Web 应用程序将使用授权代码流/oauth/authorize通过端点。
2. 当授权被授予时，授权服务器向应用程序返回一个访问令牌。
3. 应用程序使用访问令牌访问受保护的资源（如 API）。

请注意，使用签名令牌，令牌中包含的所有信息都会向用户或其他方公开，即使他们无法更改。这意味着您不应将秘密信息放入令牌中。

使用限制

1. 如果将令牌通过Http头传输，则需要控制其大小，因为有些服务器头的总大小不能超过8KB的头。

附表

注册声明

所有注册声明都是可选的，但是如果需要使用的话则建议使用这些字段。