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JSON Web Token (JWT) 概述

JSON Web Token (JWT) 是一种开放标准（RFC 7519），用于在网络应用环境间安全地将信息作为JSON对象传输。它通常被用来在客户端和服务器之间传递声明，例如用户的身份验证信息，使得服务端可以在不需要存储会话状态的情况下识别用户。

JWT 的结构

JWT由三部分组成，每部分通过点（.）分隔：

1. Header（头部）
2. Payload（载荷）
3. Signature（签名）

格式如下：

xxxxx.yyyyy.zzzzz

• Header：描述了令牌的基本元数据，比如令牌的类型（即JWT）以及所使用的签名算法。
• Payload：包含声明（claims）。声明是关于实体（通常是用户）和其他数据的声明。
• Signature：确保JWT未被篡改。它是使用Header中指定的算法对Header和Payload进行签名的结果。

各部分详解

Header

Header通常由两部分组成：令牌的类型（即JWT）和使用的签名算法（如HMAC SHA256或RSA）。

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

这个JSON会被Base64Url编码以形成JWT的第一部分。

Payload

Payload包含了声明（claims）。Claims是一些关于实体（通常是用户）和其他数据的声明。Claim有三种类型：注册声明、公共声明和私有声明。

• 注册声明：预定义的，不是强制的，但推荐使用。如：iss（发行人）、exp（过期时间）、sub（主题）、aud（受众）等。
• 公共声明：可以随意定义，但为了避免冲突应该在IANA JSON Web Token Registry中定义或者使用一个URI来定义它们。
• 私有声明：自定义声明，用于在同意使用它们的各方之间共享信息，并且既不是注册声明也不是公共声明。

示例Payload:

{"sub": "1234567890","name": "John Doe","admin": true,"iat": 1516239022
}

同样，这个JSON也会被Base64Url编码成为JWT的第二部分。

Signature

为了生成签名部分，你需要：

1. 使用Header中指定的算法（如HMAC SHA256）。
2. 将Base64Url编码后的Header、Payload与密钥(secret)组合起来进行签名。

例如，使用HMAC SHA256算法，签名计算如下：

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

使用场景

• 身份验证：这是最常见的场景之一。用户登录后，每个后续请求都将包括JWT，允许用户访问该令牌允许的服务和资源。
• 信息交换：由于JWT可以签名（例如使用公钥/私钥对），你可以确保发送者是谁，并能验证其是否被篡改。

优点

• 无状态：因为所有的必要信息都在token里，所以服务器不需要保存会话信息。
• 跨域支持：非常适合于分布式系统，尤其是微服务架构。
• 性能高效：减少了数据库查询次数，提高了响应速度。

缺点

• 安全性考虑：如果密钥泄露，攻击者可以伪造任何JWT。因此，保护好你的密钥非常重要。
• 一旦颁发，除非过期或者手动撤销，否则无法强制使token失效。这可能需要额外的机制来处理token的撤销问题。

通过理解JWT的工作原理及其优缺点，开发者可以根据具体需求选择最适合的身份验证解决方案。JWT因其灵活性和易用性，在现代Web应用程序开发中得到了广泛的应用。