什么是 JSON Web Token (JWT)？
JSON Web Token (JWT) 广泛应用于现代 Web 应用和开放标准，如 OpenID Connect，促进认证 (Authentication) 和授权 (Authorization)。虽然官方的 RFC 7519 是一个重要的参考，但对于初学者而言可能较难理解。在本文中，我们将专注于 JWT 的核心概念，并通过简单的语言和示例进行介绍。
为什么我们需要 JWT？
如今，使用 JSON 在两个实体之间交换数据相当常见。考虑一个表示用户的 JSON 对象：
{
"sub": "foo",
"name": "John Doe"
}
sub是 “subject” 的缩写，是 OpenID Connect 中的一个 标准声明 (Standard Claim) ，用于表示用户标识符 (user ID)。
我们如何保证这个 JSON 对象的完整性？换句话说，如何确保数据在传输过程中没有被篡改？一个常见的解决方案是使用数字签名。例如，我们可以使用 公钥加密 ：服务器用它的私钥对 JSON 对象签名，客户端可以通过服务器的公钥验证这个签名。
简而言之，JWT 提供了一个标准化的方法来表示 JSON 对象及其签名。
JWT 也可以用于加密 JSON 对象，但这不是本文的重点。
JWT 的格式
由于创建数字签名的算法有很多，有必要在 JWT 签名时指定所使用的算法。这通过构建一个 JSON 对象来实现：
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
alg是 “algorithm” 的缩写，typ是 “type” 的缩写。
通常，typ 被设置为大写的 JWT。在我们的例子中，alg 是 HS256，即
HMAC-SHA256 （我们稍后会解释），表示我们使用这个算法来创建签名。
现在，我们拥有一个 JWT 所需的所有组成部分：
- 头部 JSON：算法和类型
- 载荷 JSON：实际数据
- 签名：涵盖头部和载荷的签名
然而，某些字符如空格和换行符对网络传输不友好。因此，头部和载荷需要进行 Base64URL 编码。典型的 JWT 如下所示：
{{header}}.{{payload}}.{{signature}}
.作为分隔符。
让我们把所有东西结合起来，创建一个 JWT：
头部
JSON: {"alg":"HS256","typ":"JWT"}
Base64URL 编码: eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
载荷
JSON: {"sub":"foo","name":"John Doe"}
Base64URL 编码: eyJzdWIiOiJmb28iLCJuYW1lIjoiSm9obiBEb2UifQ
签名
在 HMAC-SHA256 中，使用一个密钥创建签名：
HMAC-SHA256(base64Url(header) + "." + base64Url(payload), secret)
例如，使用密钥 some-great-secret，签名为：XM-XSs2Lmp76IcTQ7tVdFcZzN4W_WcoKMNANp925Q9g。
JWT
最终的 JWT 是：
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiJmb28iLCJuYW1lIjoiSm9obiBEb2UifQ.XM-XSs2Lmp76IcTQ7tVdFcZzN4W_WcoKMNANp925Q9g
任何拥有密钥的实体都可以验证该有效 JWT。
选择签名算法
如前所述，创建数字签名的算法有很多。我们使用了 HS256 作为示例，但它可能不够安全，因为密钥必须在各方之间共享（例如客户端和服务器）。
在实际场景中，客户端可能包括像 React 应用这样的公共应用，无法保证密钥安全。因此，首选的方法是利用公钥加密（即非对称加密）来签署 JWT。让我们从最流行的算法开始： RSA 。
RSA
RSA 是一种非对称算法，使用一对密钥：一个公钥和一个私钥。公钥用于验证签名，私钥用于签名。
RSA 的头部 JSON 如下所示：
{
"alg": "RS256",
"typ": "JWT"
}
RS256代表 RSA-SHA256，表示签名是通过 RSA 算法和 SHA256 哈希函数创建的。你也可以使用RS384和RS512来创建使用 SHA384 和 SHA512 哈希函数的签名。
使用私钥创建签名：
RSA-SHA256(base64Url(header) + "." + base64Url(payload), privateKey)
我们同样可以组合这些部分来创建一个 JWT，最终的 JWT 如下所示：
eyJhbGciOiJSUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiJmb28iLCJuYW1lIjoiSm9obiBEb2UifQ.{{signature}}
现在，客户端可以在不知道私钥的情况下验证签名。
ECDSA
虽然 RSA 被广泛采用，但它的签名大小较大，有时会超过头部和载荷的总大小。椭圆曲线数字签名算法 (ECDSA) 是另一种非对称算法，可以生成更紧凑的签名，并且性能更佳。
为了生成 ECDSA 的私钥，我们需要选择一个曲线。这超出了本文的范围，但你可以在 这里 找到更多信息。
ECDSA 的头部 JSON 如下所示：
{
"alg": "ES256",
"typ": "JWT"
}
ES256代表 ECDSA-SHA256，表示签名是通过 ECDSA 算法和 SHA256 哈希函数创建的。你也可以使用ES384和ES512来创建使用 SHA384 和 SHA512 哈希函数的签名。
使用私钥创建签名：
ECDSA-SHA256(base64Url(header) + "." + base64Url(payload), privateKey)
最终的 JWT 保留与 RSA 相同的结构，但签名显著变短：
eyJhbGciOiJFUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiJmb28iLCJuYW1lIjoiSm9obiBEb2UifQ.{{signature}}
验证 JWT
验证 JWT 是创建 JWT 的逆过程，非常简单：
- 使用
.分隔符将 JWT 分为三部分（头部、载荷和签名）。 - 使用 Base64URL 解码头部和载荷。
- 使用头部中指定的算法和公钥（对于非对称算法）验证签名。
有很多可用的库可以帮助完成 JWT 验证，例如用于 Node.js 和 Web 浏览器的 jose 。