
以上截图来自 JWT 官网(https://jwt.io),数据则是笔者随意编的。右边的 JSON 结构是 JWT 令牌中携带的信息,左边的字符串呈现了 JWT 令牌的本体。
它最常见的使用方式是附在名为 Authorization 的 Header 发送给服务端,前缀在RFC 6750中被规定为 Bearer。
图 5-13 中右边的状态信息是对令牌使用 Base64URL 转码后得到的明文,请特别注意是明文,JWT 只解决防篡改的问题,并不解决防泄漏的问题,因此令牌默认是不加密的。
从明文中可以看到 JWT 令牌是以 JSON 结构(毕竟名字就叫 JSON Web Token)存储的,结构总体上可划分为三个部分,每个部分间用点号.分隔开。
第一部分是令牌头(Header),内容如下所示:
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}它描述了令牌的类型(统一为 typ:JWT)以及令牌签名的算法,示例中 HS256 为 HMAC SHA256 算法的缩写。
在本节及后面其他关于安全的内容中,经常会在某种哈希算法前出现“HMAC”的前缀,这是指散列消息认证码(Hash-based Message Authentication Code,HMAC)。可以简单将它理解为一种带有密钥的哈希摘要算法,实现形式上通常是把密钥以加盐方式混入,与内容一起做哈希摘要。
HMAC 哈希与普通哈希算法的差别是普通的哈希算法通过 Hash 函数结果易变性保证了原有内容未被篡改,HMAC 不仅保证了内容未被篡改过,还保证了该哈希确实是由密钥的持有人所生成的。如下图所示。

令牌的第二部分是负载(Payload),这是令牌真正需要向服务端传递的信息。针对认证问题,负载至少应该包含能够告知服务端“这个用户是谁”的信息,针对授权问题,令牌至少应该包含能够告知服务端“这个用户拥有什么角色/权限”的信息。
令牌的第三部分是签名(Signature),签名的意思是:使用在对象头中公开的特定签名算法,通过特定的密钥(Secret,由服务器进行保密,不能公开)对前面两部分内容进行加密计算,以例子里使用的 JWT 默认的 HMAC SHA256 算法为例,将通过以下公式产生签名值:
HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload) , secret)签名的意义在于确保负载中的信息是可信的、没有被篡改的,也没有在传输过程中丢失任何信息。因为被签名的内容哪怕发生了一个字节的变动,也会导致整个签名发生显著变化。此外,由于签名这件事情只能由认证授权服务器完成(只有它知道 Secret),任何人都无法在篡改后重新计算出合法的签名值,所以服务端才能够完全信任客户端传上来的 JWT 中的负载信息。
JWT 默认的签名算法 HMAC SHA256 是一种带密钥的哈希摘要算法,加密与验证过程均只能由中心化的授权服务来提供,所以这种方式一般只适合于授权服务与应用服务处于同一个进程中的单体应用。在多方系统或者授权服务与资源服务分离的分布式应用中,通常会采用非对称加密算法来进行签名,这时候除了授权服务端持有的可以用于签名的私钥外,还会对其他服务器公开一个公钥,公开方式一般遵循JSON Web Key 规范。公钥不能用来签名,但是能被其他服务用于验证签名是否由私钥所签发的。这样其他服务器也能不依赖授权服务器、无须远程通信即可独立判断 JWT 令牌中的信息的真伪。
凤凰架构:https://icyfenix.cn/architect-perspective/general-architecture/system-security/credentials.html