JWT的原理以及应用

JWT的原理以及应用

1.什么是JWT？
JWT（JSON Web Token ）是一个开放标准协议 (RFC 7519) ，它定义了一种紧凑和自包含的方式，它用于各方之间作为JSON对象安全地传输信息。 该信息可以被验证和信任，因为它是数字签名的。
JSON Web Token，它定义了一种紧凑和自包含的方式，如何理解紧凑和自包含呢？
紧凑：就是说这个数据量比较少，并且能通过url参数，http请求提交的数据以及http header的方式来传递。
自包含：这个串可以包含很多信息，比如用户id，订单号id等，如果其他人拿到该信息，就可以拿到关键业务信息。
为什么要使用JWT？
说起JWT，我们应该来谈一谈基于token的认证和传统的session认证的区别，随着技术的发展，分布式web应用的普及，通过session管理用户登录状态成本越来越高，因此慢慢发展成为token的方式做登录身份校验，然后通过token去取redis中的缓存的用户信息，随着之后jwt的出现，校验方式更加简单便捷化，无需通过redis缓存，而是直接根据token取出保存的用户信息，以及对token可用性校验，单点登录更为简单。
传统的session认证
我们知道，http协议本身是一种无状态的协议，而这就意味着如果用户向我们的应用提供了用户名和密码来进行用户认证，那么下一次请求时，用户还要再一次进行用户认证才行，因为根据http协议，我们并不能知道是哪个用户发出的请求，所以为了让我们的应用能识别是哪个用户发出的请求，我们只能在服务器存储一份用户登录的信息，这份登录信息会在响应时传递给浏览器，告诉其保存为cookie,以便下次请求时发送给我们的应用，这样我们的应用就能识别请求来自哪个用户了,这就是传统的基于session认证。
但是这种基于session的认证使应用本身很难得到扩展，随着不同客户端用户的增加，独立的服务器已无法承载更多的用户，而这时候基于session认证应用的问题就会暴露出来。
Authorization (授权) : 这是使用JWT的最常见场景。一旦用户登录，后续每个请求都将包含JWT，允许用户访问该令牌允许的路由、服务和资源。单点登录是现在广泛使用的JWT的一个特性，因为它的开销很小，并且可以轻松地跨域使用。
Information Exchange (信息交换) : 对于安全的在各方之间传输信息而言，JWT无疑是一种很好的方式。因为JWT可以被签名，例如，用公钥/私钥对，你可以确定发送人就是它们所说的那个人。另外，由于签名是使用头和有效负载计算的，您还可以验证内容没有被篡改。
JWT的优点：
1.适用分布式的单点登录的场景；
2.可以使用跨域认证解决方案；
3.JWT实现自动刷新的方案；
4.自包含：负载中含有了用户所需要的信息，避免多次查询数据库；
5.简洁：可以通过get，post请求参数在http header中传输，数据量小，传输速度高。
JWT的原理
1.用户使用账号发出post请求；
2.服务器用私钥创建一个jwt；
3.服务器返回这个jwt给浏览器；
4.浏览器将该jwt串在请求头中向服务器发起请求；
5.服务器验证jwt；
6.返回响应的资源给浏览器。
服务器认证之后，生成一个json对象，发回给用户。
JWT的三个部分（Header.Payload.Signature）
1.Header（头部）
Header 部分是一个 JSON 对象，描述 JWT 的元数据。
之后使用base64将头部进行加密，该加密对应解密。
2.Payload（负载）
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)：受众
• nbf (Not Before)：生效时间
• iat (Issued At)：签发时间
• jti (JWT ID)：编号

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。
3.Signature（签名）
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）。
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。

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）。Base64 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。
JWT的几个特点
（1）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。
（2）JWT 不加密的情况下，不能将秘密数据写入 JWT。
（3）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。
（4）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。
（5）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。
（6）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。