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JWT，全称为JSON Web Token，是一种开放标准（RFC 7519），它定义了一种紧凑且自包含的方法，用于在各方之间以JSON对象的形式安全地传输信息。这些信息可以被验证和信任，因为它们是数字签名的。JWT的主要用途包括身份验证、信息交换和授权。

文章目录

1 一、JWT的结构
- 1.1 Header（头部）：
- 1.2 Payload（负载）：
- 1.3 Signature（签名）：
- 1.4 JWT示例
2 二、如何使用JWT？
- 2.1 生成JWT
- 2.2 验证JWT
3 三、JWT的应用场景
4 四、安全性考虑
- 4.1 密钥管理
- 4.2 过期时间
- 4.3 签名算法
- 4.4 HTTPS
- 4.5 限制JWT权限
- 4.6 防止重放攻击
- 4.7 正确的JWT解析

一、JWT的结构

一个JWT由三部分组成，每部分使用点（.）分隔：

Header（头部）：

- 包含令牌的元数据，通常包括令牌的类型（即JWT）和所使用的签名算法（如HMAC SHA256或RSA）。
```json
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
```

Payload（负载）：

- 包含声明（claims），声明是关于实体（通常是用户）和其他数据的断言。声明有三种类型：
- **Registered claims（注册声明）**：如iss（发行者）、exp（过期时间）、sub（主题）、aud（受众）等。
- **Public claims（公共声明）**：由标准组织定义，可以用于公开信息。
- **Private claims（私有声明）**：自定义的声明，通常用于双方之间的信息交换。
```json
{
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"admin": true
}
```

Signature（签名）：

- 用于验证消息的发送者以及消息的完整性。签名的生成过程如下：
- 取编码后的头部和负载，使用点（.）连接。
- 使用指定的签名算法和一个密钥（私钥或秘密密钥）进行签名。
```plaintext
HMACSHA256(
base64UrlEncode(header) + "." +
base64UrlEncode(payload),
secret
)
```

JWT示例

一个JWT示例如下：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

二、如何使用JWT？

生成JWT

生成JWT通常包括以下步骤：

创建Header：
- 选择一个签名算法，例如HMAC SHA256：
```
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
```
创建Payload：
- 添加需要传输的声明，例如用户信息和其他数据：
```
{
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"admin": true
}
```

生成Signature：

使用密钥对Header和Payload进行签名：


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

组合JWT：
- 将编码后的Header、Payload和Signature用点（.）连接：

plaintext eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

验证JWT

验证JWT的过程包括以下步骤：

分解JWT：
- 将JWT按点（.）分隔，得到Header、Payload和Signature。
验证Signature：
- 使用相同的签名算法和密钥对Header和Payload进行签名，并与接收到的Signature进行比较，以验证JWT的完整性和真实性。
验证声明：
- 检查Payload中的声明是否符合预期，例如检查exp（过期时间）是否有效。

三、JWT的应用场景

身份验证：
- JWT广泛用于用户身份验证。例如，在用户登录时，服务器生成一个JWT并返回给客户端。客户端随后在每个请求中附带此JWT，以证明其身份。服务器可以通过验证JWT来确保请求的合法性。
信息交换：
- JWT还可以用于在不同服务之间安全地传递信息。由于JWT是自包含的，它携带的信息可以被信任和验证，因此非常适合分布式系统中的数据传输。
授权：
- 在一些场景中，JWT可以携带用户权限信息，使得服务可以根据JWT中的声明决定是否授予特定操作的权限。

四、安全性考虑

虽然JWT在很多场景中非常有用，但使用时需要注意以下安全性问题，以确保系统的安全性和JWT的有效性：

密钥管理

密钥保密：用于签名JWT的密钥（例如HMAC中的秘密密钥或RSA的私钥）必须妥善保管，确保其不被泄露。密钥的泄露将导致任何人都能伪造JWT。
密钥轮换：定期更换签名密钥，以减少密钥被泄露或破解后的风险。确保在密钥轮换时可以平滑过渡，例如支持多密钥签名验证。

过期时间

设置合理的过期时间（exp）：确保JWT在一定时间后失效，减少长期有效令牌被滥用的风险。一般来说，过期时间应设置为几分钟到几小时之间。
即时吊销：在某些情况下，可能需要即时吊销某些JWT。虽然JWT本身不支持即时吊销，但可以结合黑名单机制，将需要吊销的JWT记录在黑名单中，每次验证JWT时检查是否在黑名单内。

签名算法

使用强加密算法：选择安全的签名算法，如HMAC SHA256或RSA。避免使用不安全或过时的算法，如HMAC SHA1。
避免算法攻击：在验证JWT时，不要信任从令牌头部获取的算法信息，而是使用预期的算法进行验证。防止攻击者修改头部中的算法字段以绕过安全验证。

HTTPS

通过HTTPS传输JWT：确保JWT通过HTTPS进行传输，以防止中间人攻击（MITM）。通过HTTPS加密传输数据，防止JWT在传输过程中被截获或篡改。
避免JWT在URL中传递：不要在URL参数中传递JWT，因为URL可能被记录在服务器日志、浏览器历史记录或其他不安全的位置。建议将JWT放在HTTP请求头部（如Authorization头部）中传递。

限制JWT权限

最小权限原则：在JWT中仅包含必要的权限和信息，避免将过多的敏感信息放入JWT中。确保JWT的权限范围（scope）最小化，以降低被滥用的风险。
多级权限控制：针对不同的应用场景，可以设计多级权限控制机制。例如，将用户的角色、权限信息放入JWT中，并在服务器端根据这些信息进行权限校验。

防止重放攻击

使用唯一标识（jti）：在JWT中加入唯一标识（jti，JWT ID），并在服务器端存储已使用的JWT ID，确保每个JWT只能使用一次。
时间戳和滑动窗口：结合时间戳（iat，issued at）和滑动时间窗口机制，防止JWT在一段时间内被重复使用。确保在合理的时间窗口内，JWT只能使用一次。

正确的JWT解析

避免信息泄露：解析JWT时，确保对头部和负载部分进行适当的校验和解码。避免直接将解析后的信息暴露给用户，防止敏感信息泄露。
校验声明：在使用JWT中的声明前，确保对关键声明进行校验。例如，校验发行者（iss）、受众（aud）和过期时间（exp）等，确保JWT来源可信且未过期。

JWT是一种强大且灵活的工具，适用于身份验证、信息交换和授权。然而，在使用JWT时，必须注意上述安全性考虑，确保密钥的安全管理、合理的过期时间设置、使用强加密算法、通过HTTPS传输、限制JWT权限、防止重放攻击以及正确解析JWT等。通过这些措施，可以有效地提高系统的安全性和可靠性，防止JWT被滥用或攻击。

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JWT是什么？如何使用JWT？