JSON Web Token（缩写JWT）是目前最流行的跨域认证解决方案
一、跨域认证问题
一般认证流程如下:
1、用户向服务器发送用户名和密码.
2、服务器验证通过后,在当前对话（session）里面保存相关数据,比如用户角色、登录时间等等.
3、服务器向用户返回一个session_id写入用户的Cookie.
4、用户随后的每一次请求,都会通过Cookie将session_id传回服务器.
5、服务器收到session_id找到前期保存的数据,由此得知用户的身份.
这种模式的问题在于,扩展性（scaling）不好.单机当然没有问题,如果是服务器集群,或者是跨域的服务导向架构,就要求session数据共享,每台服务器都能够读取session.
举例来说,A网站和B网站是同一家公司的关联服务.现在要求,用户只要在其中一个网站登录,再访问另一个网站就会自动登录,请问怎么实现？
一种解决方案是
session数据持久化,写入数据库或别的持久层.各种服务收到请求后,都向持久层请求数据.这种方案的优点是架构清晰,缺点是工程量比较大.另外,持久层万一挂了,就会单点失败.
另一种方案是服务器索性不保存
session数据了,所有数据都保存在客户端,每次请求都发回服务器.JWT就是这种方案的一个代表.
二、JWT的原理
JWT的原理是,服务器认证以后,生成一个JSON对象,发回给用户,就像下面这样:
{
"姓名": "张三",
"角色": "管理员",
"到期时间": "2022年11月7日0点0分"
}
以后,用户与服务端通信的时候,都要发回这个JSON对象.服务器完全只靠这个对象认定用户身份.为了防止用户篡改数据,服务器在生成这个对象的时候,会加上签名（详见后文）.
服务器就不保存任何session数据了,也就是说,服务器变成无状态了,从而比较容易实现扩展.
三、JWT的数据结构
实际的JWT大概就像下面这样:
eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.
eyJpc3MiOiJ5YW9kaWFuZGV2Lmd0NTIwLmNvbSIsImF1ZCI6Inlhb2RpYW5kZXYuZ3Q1MjAuY29tIiwiaWF0IjoxNjY3ODA5NDE2LCJuYmYiOjE2Njc4MDk0MTYsImV4cCI6MTY2ODQxNDIxNiwianRpIjpbMzgsInVzZXIiXX0.
GymCPwjEGpTEa-FnkS-vThZrmyIPO-eSsMYtuOPx1HY
它是一个很长的字符串,中间用点.分隔成三个部分.注意:JWT内部是没有换行的,这里只是为了便于展示,将它写成了三行行.
JWT的三个部分依次如下:
Header（头部）
Payload（负载）
Signature（签名）
写成一行,就是下面的样子:
Header.Payload.Signature
下面依次介绍这三个部分.
3.1 Header
Header部分是一个JSON对象,描述JWT的元数据,通常是下面的样子:
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
上面代码中,alg属性表示签名的算法（algorithm）,默认是HMAC SHA256（写成 HS256）;typ属性表示这个令牌（token）的类型（type）,JWT令牌统一写为JWT.
最后,将上面的JSON对象使用Base64URL算法（详见后文）转成字符串.
3.2 Payload
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
除了官方字段,你还可以在这个部分定义私有字段,下面就是一个例子:
{
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"admin": true
}
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.
3.3 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）,按照下面的公式产生签名.
HMACSHA256(
base64UrlEncode(header) + "." +
base64UrlEncode(payload),
secret)
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.
3.4 Base64URL
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.
四、JWT的使用方式
客户端收到服务器返回的JWT可以储存在Cookie里面,也可以储存在localStorage.
此后,客户端每次与服务器通信,都要带上这个JWT你可以把它放在Cookie里面自动发送,但是这样不能跨域,所以更好的做法是放在HTTP请求的头信息Authorization字段里面.
Authorization: Bearer <token>
另一种做法是,跨域的时候,JWT就放在POST请求的数据体里面.
五、JWT 的几个特点:
- 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;
- JWT 不加密的情况下,不能将秘密数据写入 JWT;
- 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;
- 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.
- 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.
- 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.
