JWT详解

JWT介绍

JWT是JSON Web Token的缩写，是为了在网络应用环境间传递生命而执行的一种基于JSON的开放标准。JWT本身没有定义任何技术实现，它只是定义了一种基于token的会话管理的规则，涵盖Token需要包含的标准内容和Token的生成过程，特别使用与分布式站点的单点登录场景

一个JWT Token格式

它有 . 分割成但部分组成，

• 头部

• 负载

• 签名

  头部和负载以JSON形式存在，这就是JWT中的JSON，三部分的内容都分别单独经过了 Base64编码，以 . 拼接成一个JWT Token

  什么是base64编码？

  Base64编码是一种用64个字符来表示任意数据二进制的编码方法。它使用了AZ、az、0-9这62个字符，再加上两个额外的字符（通常是+和/），来Base64编码通常用于在URL、XML、JSON等文本传输过程中输入二进制数据，因为它能够将二进制数据转换成文本格式，方便在文本协议中传输，并且因为不会因为特殊字符而导致解析问题。

  Base64编码的特点包括：

  1. 可打印字符：Base64编码使用了可打印字符集，编码后面的数据可以在文本中显示，不会出现乱码。

  2. 大小增加：由于Base64编码将二进制数据转换成文本格式，因此编码后的数据大小会比原始数据增加约1/3。

  3. 不可逆：Base64编码是一种不可逆的编码方法，无法通过编码后的文本恢复出原始的二进制数据。

  4. 补充填充：如果编码后的数据长度不是4的倍数，会使用=字符进行填充。

  比如说，一个16字节的二进制数据经过Base64编码后通常会变成22个字符。Base64编码的实现很简单，就是将3个字节的二进制数据转换成4个字符的文本格式。

  Header

  JWT 的Header中存储了所使用的加密算法和Token类型。

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

  PayLoad

  Payload 表示负载，也是一个JSON对象，JWT规定7个官方字段供使用

  

  除了官方字段，开发者也可以自己指定字段例如下面内容

  

  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到这个部分。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到，不能泄露给用户。然后使用Header指定的签名算法（默认是HMAL SHA256），按照下面的公式产生签名。

  

  即：

  将base64加密后的header和base64加密后的payload 用 . 连接组成字符串 然后使用header中声明的加密方式(HS256)加密 + 加盐 (关于加盐不理解的同学可以单独了解，这里不做展开介绍) 对HS256加密后的密文再做base64加密得到第三段字符串

  JWT验证

  校验方式(和加密方式正好反过来)

  1. 获取token

  2. 对token进行切割

  3. 对第二段进行base64解密并获取payload信息，检测token是否已经超时?

  4. 把第一段和第二段进行拼接再次执行SH256加密，再与base64解密后的第三段密文进行比较，如果经比较得出密文是相等则认证通过

  JWT的优缺点

  JWT拥有基于Token的会话管理方式所拥有的一切优势，不依赖于cookie，使得其可以防止CSRF攻击，也能在禁用Cookie的浏览器环境中使用。

  JWT最大的优势是服务端不需要存储Session，使得服务端认证鉴权业务可以更方便的扩展，避免存储Session所需要引入的redis等组件，降低了系统架构复杂度。但这也是JWT最大的劣势，由于有效期存储在token中，JWT Token一旦签发，就会在有效期内一直可用，无法在服务器废止，当用户进行登录操作时，只能依赖客户端删除本地存储的JWTtoken，如果需要禁用用户，单纯使用JWT无法做到

  token验证原理

  以下是 Token 验证的基本工作原理：

  1. 用户登录： 用户提供用户名和密码进行登录。服务端验证用户身份后，生成一个包含用户信息的 Token。

  2. Token颁发： 服务端将生成的 Token 返回给客户端。通常，Token 包含用户的标识信息、过期时间、权限等相关信息，并使用加密算法进行签名。

  3. 客户端存储： 客户端将 Token 存储在安全的地方，通常是在内存中或浏览器的本地存储（如 localStorage 或 sessionStorage）中。

  4. 请求携带 Token： 在每次需要身份验证的请求中，客户端都会将 Token 添加到请求头、请求体或请求参数中，并发送给服务端。

  5. 服务端验证： 服务端在收到请求后，通过解析 Token 来获取用户信息，并验证 Token 的有效性。验证包括检查签名、过期时间等。

  6. 授权检查： 服务端根据 Token 中包含的权限信息来检查用户是否有执行该请求所需的权限。

  7. 响应处理： 如果 Token 有效且权限满足，服务端处理请求并返回相应的数据；如果 Token 无效或权限不足，服务端返回相应的错误信息。

  8. Token 刷新： 在一些情况下，Token 可能会过期。客户端可以使用 refresh token 或重新提供用户名密码等方式获取新的 Token。

  基于JWT实现认证实践

  前面讲的Token，都是Access Token，也就是访问资源接口时所需要的Token，还有另外一种Token，Refresh Token，通常情况下，Refresh Token 的有效期会比较长，而Access Token的有效期比较短，当Access Token 由于过期失效时，使用Refresh Token就可以获取到新的Access Token，如果Refresh Token 也失效了，用户只能重新登陆了。