JSON Web Tokens介绍

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什么是JSON WEB TOKEN？

JSON Web Token（JWT）是一种开放标准（RFC 7519），它定义了一种紧凑且独立的方式，可以在各方之间作为JSON对象安全地传输信息。此信息可以通过数字签名进行验证和信任。JWT可以使用秘密（使用HMAC算法）或使用RSA的公钥/私钥对进行签名。

让我们进一步解释这个定义的一些概念。

压缩：由于它的大小，它可以通过URL，POST参数或HTTP头内部发送。此外，由于其尺寸，其传输速度很快。
自包含：有效负载包含有关用户的所有必需信息，以避免多次查询数据库。

有关JSON Web令牌的完整详细信息，请查看JWT手册。

什么时候应该使用JSON WEB TOKEN？

这些是JSON Web Tokens非常有用的场景：

身份验证：这是使用JWT的典型方案，一旦用户登录，每个后续请求将包括JWT，允许用户访问该令牌允许的路由，服务和资源。Single Sign On是一种现在广泛使用JWT的功能，因为它的开销很小，并且能够在不同域的系统中轻松使用。
信息交换：JWT是在各方之间安全传输信息的好方法，因为它们可以签名，例如使用公钥/私钥对，您可以确定发件人是他们所说的人。此外，由于使用标头和有效负载计算签名，您还可以验证内容是否未更改。

哪个是JSON WEB TOKEN结构？

JWT由dot（.）分隔的三个部分组成，它们是：

头
有效载荷
签名

因此，JWT通常如下所示。

xxxxx.yyyyy.zzzzz

让我们分解不同的部分。

标头通常由两部分组成：令牌的类型，即JWT，以及哈希算法，如HMAC SHA256或RSA。

例如：

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

然后，这个JSON被编码为Base64Url，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）和其他元数据的声明。索赔有三种类型：保留，公开和私人索赔。

保留的声明：这些是一组预定义的声明，这些声明不是强制性的，但建议用于提供一组有用的，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（观众）等。

请注意，声明名称只有三个字符，因为JWT意味着紧凑。

公开声明：这些可以由使用JWT的人随意定义。但是为避免冲突，应在IANA JSON Web令牌注册表中定义它们，或者将其定义为包含防冲突命名空间的URI。
私人声明：这些声明是为了在同意使用它们的各方之间共享信息而创建的。

有效载荷的一个例子可能是：

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

然后有效载荷被Base64Url编码以形成JWT的第二部分。

签名

要创建签名部分，您必须采用编码标头，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，如果要使用HMAC SHA256算法，将以下列方式创建签名。

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

签名用于验证JWT的发件人是否是其所说的人，并确保邮件未被更改。

把所有人放在一起

输出是三个由点分隔的Base64字符串，可以在HTML和HTTP环境中轻松传递，与基于XML的标准（如SAML）相比更加紧凑。

下面显示了一个JWT，它具有先前的头和有效负载编码，并使用机密签名。

您可以浏览jwt.io，在那里您可以使用JWT并将这些概念付诸实践。jwt.io允许您解码，验证和生成JWT。

JSON WEB TOKEN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JSON Web令牌并且必须在本地保存（通常在本地存储中，但也可以使用cookie），而不是在传统方法中创建会话。服务器并返回一个cookie。

每当用户想要访问受保护的路由时，它应该使用承载模式发送JWT，通常在Authorization标头中。因此，标题的内容应如下所示。

Authorization: Bearer <token>

这是一种无状态认证机制，因为用户状态永远不会保存在服务器内存中。服务器的受保护路由将在Authorization标头中检查有效的JWT，如果有，则允许用户。由于JWT是自包含的，所有必要的信息都在那里，减少了返回和转发到数据库的需要。

这允许完全依赖无状态的数据API，甚至向下游服务发出请求。由于跨域资源共享（CORS）不使用cookie，因此哪些域正在为您的API提供服务并不重要。

步骤翻译：

1、用户登录
2、服务的认证，通过后根据secret生成token
3、将生成的token返回给浏览器
4、用户每次请求携带token
5、服务端利用公钥解读jwt签名，判断签名有效后，从Payload中获取用户信息
6、处理请求，返回响应结果

因为JWT签发的token中已经包含了用户的身份信息，并且每次请求都会携带，这样服务的就无需保存用户信息，甚至无需去数据库查询，完全符合了Rest的无状态规范。

为什么要使用JSON WEB TOKEN？

让我们来谈谈JSON Web令牌（JWT）将其与简单Web令牌（SWT）和安全断言标记语言令牌（SAML）进行比较的好处。

由于JSON比XML简洁，因此在编码时它的大小也会更小; 使JWT比SAML更紧凑。这使得JWT成为在HTML和HTTP环境中传递的不错选择。

在安全方面，SWT只能使用HMAC算法通过共享密钥进行对称签名。虽然JWT和SAML令牌也可以使用X.509证书形式的公钥/私钥对来签名。但是，与签署JSON的简单性相比，使用XML数字签名对XML进行签名而不会引入模糊的安全漏洞非常困难。

JSON解析器在大多数编程语言中很常见，因为它们直接映射到对象，相反，XML没有自然的文档到对象映射。这使得使用JWT比使用SAML断言更容易。

关于使用，JWT用于互联网规模。这突出了JWT在多个平台（尤其是移动平台）上的客户端处理的简易性。
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