1. JSON Web Token是什么

JSON Web Token (JWT)是一個開放標(biāo)準(zhǔn)(RFC 7519)，它定義了一種緊湊的、自包含的方式，用于作為JSON對象在各方之間安全地傳輸信息。該信息可以被驗證和信任，因為它是數(shù)字簽名的。

2. 什么時候你應(yīng)該用JSON Web Tokens

下列場景中使用JSON Web Token是很有用的：

Authorization (授權(quán)) : 這是使用JWT的最常見場景。一旦用戶登錄，后續(xù)每個請求都將包含JWT，允許用戶訪問該令牌允許的路由、服務(wù)和資源。單點登錄是現(xiàn)在廣泛使用的JWT的一個特性，因為它的開銷很小，并且可以輕松地跨域使用。

Information Exchange (信息交換) : 對于安全的在各方之間傳輸信息而言，JSON Web Tokens無疑是一種很好的方式。因為JWTs可以被簽名，例如，用公鑰/私鑰對，你可以確定發(fā)送人就是它們所說的那個人。另外，由于簽名是使用頭和有效負載計算的，您還可以驗證內(nèi)容沒有被篡改。

3. JSON Web Token的結(jié)構(gòu)是什么樣的

JSON Web Token由三部分組成，它們之間用圓點(.)連接。這三部分分別是：

• Header

• Payload

• Signature

因此，一個典型的JWT看起來是這個樣子的：

xxxxx.yyyyy.zzzzz

接下來，具體看一下每一部分：

Header

header典型的由兩部分組成：token的類型（“JWT”）和算法名稱（比如：HMAC SHA256或者RSA等等）。

例如：

然后，用Base64對這個JSON編碼就得到JWT的第一部分

Payload

JWT的第二部分是payload，它包含聲明（要求）。聲明是關(guān)于實體(通常是用戶)和其他數(shù)據(jù)的聲明。聲明有三種類型: registered, public 和 private。

Registered claims : 這里有一組預(yù)定義的聲明，它們不是強制的，但是推薦。比如：iss (issuer), exp (expiration time), sub (subject), aud (audience)等。

Public claims : 可以隨意定義。

Private claims : 用于在同意使用它們的各方之間共享信息，并且不是注冊的或公開的聲明。

下面是一個例子：

對payload進行Base64編碼就得到JWT的第二部分

注意，不要在JWT的payload或header中放置敏感信息，除非它們是加密的。

Signature

為了得到簽名部分，你必須有編碼過的header、編碼過的payload、一個秘鑰，簽名算法是header中指定的那個，然對它們簽名即可。

例如：

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

簽名是用于驗證消息在傳遞過程中有沒有被更改，并且，對于使用私鑰簽名的token，它還可以驗證JWT的發(fā)送方是否為它所稱的發(fā)送方。

看一張官網(wǎng)的圖就明白了：

4. JSON Web Tokens是如何工作的

在認證的時候，當(dāng)用戶用他們的憑證成功登錄以后，一個JSON Web Token將會被返回。此后，token就是用戶憑證了，你必須非常小心以防止出現(xiàn)安全問題。一般而言，你保存令牌的時候不應(yīng)該超過你所需要它的時間。

無論何時用戶想要訪問受保護的路由或者資源的時候，用戶代理（通常是瀏覽器）都應(yīng)該帶上JWT，典型的，通常放在Authorization header中，用Bearer schema。

header應(yīng)該看起來是這樣的：

Authorization: Bearer

服務(wù)器上的受保護的路由將會檢查Authorization header中的JWT是否有效，如果有效，則用戶可以訪問受保護的資源。如果JWT包含足夠多的必需的數(shù)據(jù)，那么就可以減少對某些操作的數(shù)據(jù)庫查詢的需要，盡管可能并不總是如此。

如果token是在授權(quán)頭（Authorization header）中發(fā)送的，那么跨源資源共享(CORS)將不會成為問題，因為它不使用cookie。

下面這張圖顯示了如何獲取JWT以及使用它來訪問APIs或者資源：

• 應(yīng)用（或者客戶端）想授權(quán)服務(wù)器請求授權(quán)。例如，如果用授權(quán)碼流程的話，就是/oauth/authorize

• 當(dāng)授權(quán)被許可以后，授權(quán)服務(wù)器返回一個access token給應(yīng)用

• 應(yīng)用使用access token訪問受保護的資源（比如：API）

5. 基于Token的身份認證 與 基于服務(wù)器的身份認證

5.1. 基于服務(wù)器的身份認證

在討論基于Token的身份認證是如何工作的以及它的好處之前，我們先來看一下以前我們是怎么做的：

HTTP協(xié)議是無狀態(tài)的，也就是說，如果我們已經(jīng)認證了一個用戶，那么他下一次請求的時候，服務(wù)器不知道我是誰，我們必須再次認證

傳統(tǒng)的做法是將已經(jīng)認證過的用戶信息存儲在服務(wù)器上，比如Session。用戶下次請求的時候帶著Session ID，然后服務(wù)器以此檢查用戶是否認證過。

這種基于服務(wù)器的身份認證方式存在一些問題：

Sessions : 每次用戶認證通過以后，服務(wù)器需要創(chuàng)建一條記錄保存用戶信息，通常是在內(nèi)存中，隨著認證通過的用戶越來越多，服務(wù)器的在這里的開銷就會越來越大。

Scalability : 由于Session是在內(nèi)存中的，這就帶來一些擴展性的問題。

CORS : 當(dāng)我們想要擴展我們的應(yīng)用，讓我們的數(shù)據(jù)被多個移動設(shè)備使用時，我們必須考慮跨資源共享問題。當(dāng)使用AJAX調(diào)用從另一個域名下獲取資源時，我們可能會遇到禁止請求的問題。

CSRF : 用戶很容易受到CSRF攻擊。

5.2. JWT與Session的差異

相同點是，它們都是存儲用戶信息；然而，Session是在服務(wù)器端的，而JWT是在客戶端的。

Session方式存儲用戶信息的最大問題在于要占用大量服務(wù)器內(nèi)存，增加服務(wù)器的開銷。

而JWT方式將用戶狀態(tài)分散到了客戶端中，可以明顯減輕服務(wù)端的內(nèi)存壓力。

Session的狀態(tài)是存儲在服務(wù)器端，客戶端只有session id；而Token的狀態(tài)是存儲在客戶端。

5.3. 基于Token的身份認證是如何工作的

基于Token的身份認證是無狀態(tài)的，服務(wù)器或者Session中不會存儲任何用戶信息。

沒有會話信息意味著應(yīng)用程序可以根據(jù)需要擴展和添加更多的機器，而不必擔(dān)心用戶登錄的位置。

雖然這一實現(xiàn)可能會有所不同，但其主要流程如下：

• 用戶攜帶用戶名和密碼請求訪問

• 服務(wù)器校驗用戶憑據(jù)

• 應(yīng)用提供一個token給客戶端

• 客戶端存儲token，并且在隨后的每一次請求中都帶著它

• 服務(wù)器校驗token并返回數(shù)據(jù)

注意：

• 每一次請求都需要token

• Token應(yīng)該放在請求header中

• 我們還需要將服務(wù)器設(shè)置為接受來自所有域的請求，用Access-Control-Allow-Origin: *

5.4. 用Token的好處

無狀態(tài)和可擴展性：Tokens存儲在客戶端。完全無狀態(tài)，可擴展。我們的負載均衡器可以將用戶傳遞到任意服務(wù)器，因為在任何地方都沒有狀態(tài)或會話信息。

安全：Token不是Cookie。（The token, not a cookie.）每次請求的時候Token都會被發(fā)送。而且，由于沒有Cookie被發(fā)送，還有助于防止CSRF攻擊。即使在你的實現(xiàn)中將token存儲到客戶端的Cookie中，這個Cookie也只是一種存儲機制，而非身份認證機制。沒有基于會話的信息可以操作，因為我們沒有會話!

還有一點，token在一段時間以后會過期，這個時候用戶需要重新登錄。這有助于我們保持安全。還有一個概念叫token撤銷，它允許我們根據(jù)相同的授權(quán)許可使特定的token甚至一組token無效。

5.5. JWT與OAuth的區(qū)別

• OAuth2是一種授權(quán)框架 ，JWT是一種認證協(xié)議

• 無論使用哪種方式切記用HTTPS來保證數(shù)據(jù)的安全性

• OAuth2用在使用第三方賬號登錄的情況(比如使用weibo, qq, github登錄某個app)，而JWT是用在前后端分離, 需要簡單的對后臺API進行保護時使用。