JSON Web Token（JWT）是目前最流行的跨域身份驗證解決方案。蟲蟲今天給大家介紹JWT的原理和用法。
1.跨域身份驗證
Internet服務(wù)無法與用戶身份驗證分開。一般過程如下。
1.用戶向服務(wù)器發(fā)送用戶名和密碼。
2.驗證服務(wù)器后，相關(guān)數(shù)據(jù)（如用戶角色，登錄時間等）將保存在當(dāng)前會話中。
3.服務(wù)器向用戶返回session_id，session信息都會寫入到用戶的Cookie。
4.用戶的每個后續(xù)請求都將通過在Cookie中取出session_id傳給服務(wù)器。
5.服務(wù)器收到session_id并對比之前保存的數(shù)據(jù)，確認(rèn)用戶的身份
這種模式最大的問題是，沒有分布式架構(gòu)，無法支持橫向擴(kuò)展。如果使用一個服務(wù)器，該模式完全沒有問題。但是，如果它是服務(wù)器群集或面向服務(wù)的跨域體系結(jié)構(gòu)的話，則需要一個統(tǒng)一的session數(shù)據(jù)庫庫來保存會話數(shù)據(jù)實現(xiàn)共享，這樣負(fù)載均衡下的每個服務(wù)器才可以正確的驗證用戶身份。
例如蟲蟲舉一個實際中常見的單點登陸的需求：站點A和站點B提供同一公司的相關(guān)服務(wù)?，F(xiàn)在要求用戶只需要登錄其中一個網(wǎng)站，然后它就會自動登錄到另一個網(wǎng)站。怎么做？
一種解決方案是聽過持久化session數(shù)據(jù)，寫入數(shù)據(jù)庫或文件持久層等。收到請求后，驗證服務(wù)從持久層請求數(shù)據(jù)。該解決方案的優(yōu)點在于架構(gòu)清晰，而缺點是架構(gòu)修改比較費勁，整個服務(wù)的驗證邏輯層都需要重寫，工作量相對較大。而且由于依賴于持久層的數(shù)據(jù)庫或者問題系統(tǒng)，會有單點風(fēng)險，如果持久層失敗，整個認(rèn)證體系都會掛掉。
本文蟲蟲給大家介紹另外一種靈活的解決方案，通過客戶端保存數(shù)據(jù)，而服務(wù)器根本不保存會話數(shù)據(jù)，每個請求都被發(fā)送回服務(wù)器。 JWT是這種解決方案的代表。
2. JWT的原則
JWT的原則是在服務(wù)器身份驗證之后，將生成一個JSON對象并將其發(fā)送回用戶，如下所示。
{
"UserName": "Chongchong",
"Role": "Admin",
"Expire": "2018-08-08 20:15:56"
}
之后，當(dāng)用戶與服務(wù)器通信時，客戶在請求中發(fā)回JSON對象。服務(wù)器僅依賴于這個JSON對象來標(biāo)識用戶。為了防止用戶篡改數(shù)據(jù)，服務(wù)器將在生成對象時添加簽名（有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱下文）。
服務(wù)器不保存任何會話數(shù)據(jù)，即服務(wù)器變?yōu)闊o狀態(tài)，使其更容易擴(kuò)展。
3. JWT的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
典型的，一個JWT看起來如下圖。
改對象為一個很長的字符串，字符之間通過"."分隔符分為三個子串。注意JWT對象為一個長字串，各字串之間也沒有換行符，此處為了演示需要，我們特意分行并用不同顏色表示了。每一個子串表示了一個功能塊，總共有以下三個部分：
JWT的三個部分如下。JWT頭、有效載荷和簽名，將它們寫成一行如下。
我們將在下面介紹這三個部分。
3.1 JWT頭
JWT頭部分是一個描述JWT元數(shù)據(jù)的JSON對象，通常如下所示。
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
在上面的代碼中，alg屬性表示簽名使用的算法，默認(rèn)為HMAC SHA256（寫為HS256）；typ屬性表示令牌的類型，JWT令牌統(tǒng)一寫為JWT。
最后，使用Base64 URL算法將上述JSON對象轉(zhuǎn)換為字符串保存。
3.2 有效載荷
有效載荷部分，是JWT的主體內(nèi)容部分，也是一個JSON對象，包含需要傳遞的數(shù)據(jù)。 JWT指定七個默認(rèn)字段供選擇。
iss：發(fā)行人
exp：到期時間
sub：主題
aud：用戶
nbf：在此之前不可用
iat：發(fā)布時間
jti：JWT ID用于標(biāo)識該JWT
除以上默認(rèn)字段外，我們還可以自定義私有字段，如下例：
{
"sub": "1234567890",
"name": "chongchong",
"admin": true
}
請注意，默認(rèn)情況下JWT是未加密的，任何人都可以解讀其內(nèi)容，因此不要構(gòu)建隱私信息字段，存放保密信息，以防止信息泄露。
JSON對象也使用Base64 URL算法轉(zhuǎn)換為字符串保存。
3.3簽名哈希
簽名哈希部分是對上面兩部分?jǐn)?shù)據(jù)簽名，通過指定的算法生成哈希，以確保數(shù)據(jù)不會被篡改。
首先，需要指定一個密碼（secret）。該密碼僅僅為保存在服務(wù)器中，并且不能向用戶公開。然后，使用標(biāo)頭中指定的簽名算法（默認(rèn)情況下為HMAC SHA256）根據(jù)以下公式生成簽名。
HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload),
secret)
在計算出簽名哈希后，JWT頭，有效載荷和簽名哈希的三個部分組合成一個字符串，每個部分用"."分隔，就構(gòu)成整個JWT對象。
3.4 Base64URL算法
如前所述，JWT頭和有效載荷序列化的算法都用到了Base64URL。該算法和常見Base64算法類似，稍有差別。
作為令牌的JWT可以放在URL中（例如api.example/?token=xxx）。 Base64中用的三個字符是"+"，"/"和"="，由于在URL中有特殊含義，因此Base64URL中對他們做了替換："="去掉，"+"用"-"替換，"/"用"_"替換，這就是Base64URL算法，很簡單把。
4. JWT的用法
客戶端接收服務(wù)器返回的JWT，將其存儲在Cookie或localStorage中。
此后，客戶端將在與服務(wù)器交互中都會帶JWT。如果將它存儲在Cookie中，就可以自動發(fā)送，但是不會跨域，因此一般是將它放入HTTP請求的Header Authorization字段中。
Authorization: Bearer
當(dāng)跨域時，也可以將JWT被放置于POST請求的數(shù)據(jù)主體中。
5. JWT問題和趨勢
1、JWT默認(rèn)不加密，但可以加密。生成原始令牌后，可以使用改令牌再次對其進(jìn)行加密。
2、當(dāng)JWT未加密方法是，一些私密數(shù)據(jù)無法通過JWT傳輸。
3、JWT不僅可用于認(rèn)證，還可用于信息交換。善用JWT有助于減少服務(wù)器請求數(shù)據(jù)庫的次數(shù)。
4、JWT的最大缺點是服務(wù)器不保存會話狀態(tài)，所以在使用期間不可能取消令牌或更改令牌的權(quán)限。也就是說，一旦JWT簽發(fā)，在有效期內(nèi)將會一直有效。
5、JWT本身包含認(rèn)證信息，因此一旦信息泄露，任何人都可以獲得令牌的所有權(quán)限。為了減少盜用，JWT的有效期不宜設(shè)置太長。對于某些重要操作，用戶在使用時應(yīng)該每次都進(jìn)行進(jìn)行身份驗證。
6、為了減少盜用和竊取，JWT不建議使用HTTP協(xié)議來傳輸代碼，而是使用加密的HTTPS協(xié)議進(jìn)行傳輸。
未完待續(xù)?。?！
