在本文中，将解释 JWT (JSON Web Tokens) 的基本原理，以及它们为什么会被使用。JWT 是确保应用程序中的信任和安全性的重要部分。JWT 允许声明 （例如用户数据）以安全的方式表示。
要解释 JWT 的工作原理，让我们从一个抽象定义开始。
一个 JWT （ JSON Web Token）是一个 JSON 对象，它在 RFC 7519 中定义为一种安全的方式来表示两方之间的一组信息。Token 有 头部、有效载荷和签名组成。
简而言之，JWT 只是一个具有如下格式的字符串：
header.payload.signature需要指出：一个双引号的字符串实际上被认为是一个有效的 JSON 对象。
为了说明 JWT 实际使用的方式和原因，我们将使用一个简单的 3 实体示例(参见下图)。本例中的实体是用户、应用服务器和身份验证服务器。身份验证服务器将向用户提供 JWT。通过 JWT，用户可以安全地与应用程序通信。
应用程序如何使用 JWT 来验证用户的真实性。
本例中，用户使用身份验证服务器的登录系统(如用户名和密码、Facebook 登录、谷歌登录等)进入身份验证服务器。然后，身份验证服务器创建 JWT 并将其发送给用户。当用户对应用程序进行 API 调用时，用户将通过 JWT 和API 调用。在此设置中，将配置应用程序服务器，以验证传入的 JWT 是由身份验证服务器创建的(稍后将更详细地解释验证过程)。因此，当用户使用附加的 JWT 进行 API 调用时，应用程序可以使用 JWT 来验证 API 调用是否来自经过身份验证的用户。
接下来，将会更深入地进行研究 JWT，以及它是如何构造和验证的。
第一步：生成头部
JWT 的头组件包含关于如何计算 JWT 签名的信息。
头部是一个具有如下格式的 JSON 对象：
| { |
|---|
在这个 JSON 中，“typ” 键的值指定该对象是 一个 JWT，而 “alg” 键的值指定用于创建 JWT 签名组件的哈希算法。在我们的例子中，我们使用了 hmc - sha256 算法，一个使用密钥的散列算法来计算签名(在步骤 3 中更详细地讨论)。
第二步：生成 PAYLOAD （有效载荷）
JWT 的有效载荷组件是存储在 JWT 中的数据(此数据也称为 JWT 的“声明”)。在我们的示例中，身份验证服务器使用存储在其中的用户信息创建一个 JWT，特别是用户 ID。
| { |
|---|
有效载荷内的数据称为 Token 的“声明”。
在我们的示例中，我们只将一个声明放入有效负载中。你可以根据自己的喜好插入很多声明。JWT 有效载荷有几种不同的标准要求，如“iss”、“sub” 和 “exp” 的过期时间。这些字段在创建 JWT 时非常有用，但是它们是可选的。有关 JWT 标准字段的更详细列表，请参阅 JWT wikipedia 。
请记住，数据的大小将影响 JWT 的总体大小，这通常不是问题，但是过大的 JWT 可能会对性能造成负面影响，并导致延迟。
第三步：生成签名
使用如下的伪代码计算签名：
// 签名算法data = base64urlEncode( header ) + “.” + base64urlEncode( payload )signature = Hash( data, secret );本算法的功能是分别把第一步和第二部生成的头部和有效载荷进行 base64url 编码。接着使用 (.)把编码后的两者连接起来。在我们的伪代码中，连接后的字符串赋值给 data 变量。JWT 签名是由数据字符串使用 JWT 头中指定的散列算法与密钥进行散列。
在我们的示例中，头部和有效载荷的 base64url 编码结果为:
// 头部
eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9// 有效载荷
eyJ1c2VySWQiOiJiMDhmODZhZi0zNWRhLTQ4ZjItOGZhYi1jZWYzOTA0NjYwYmQifQ接着，使用头部和有效载荷连接后的字符串上应用指定的签名算法 (HS256)，将 ‘secret’ 字符串设置为密匙。我们将生成如下的 JWT 签名：
// 签名-xN_h82PHVTCMA9vdoHrcZxH-x5mb11y1537t3rGzcM第四步：将 JWT 的三部分连接成一个字符串
当我们生成 JWT 的三部分，我们就可以生成 JWT。记住 JWT 的结构： header.payload.signature，我们使用 (.) 将三部分连接起来。我们使用了头部和有效载荷的 base64url 编码，以及我们在步骤 3 中生成的签名。
// JWT Token
eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VySWQiOiJiMDhmODZhZi0zNWRhLTQ4ZjItOGZhYi1jZWYzOTA0NjYwYmQifQ.-xN_h82PHVTCMA9vdoHrcZxH-x5mb11y1537t3rGzcM你也可以通过 jwt.io 网站来生成 JWT。
回到我们的例子，此时认证服务器将生成的 JWT 发送给用户。
JWT 如何保护我们的数据？
重要的是要理解，使用 JWT 的目的不是以任何方式隐藏数据。使用 JWT 的原因是为了证明发送的数据实际上是由一个真实的源创建的。
正如前面的步骤所示，JWT中的数据是经过编码和签名的，而不是加密的。编码数据的目的是改变数据的结构。签名数据允许数据接收者验证数据来源的真实性。因此，编码和签名数据不能保证数据的安全。另一方面，加密的主要目的是保护数据并防止未经授权的访问。关于编码和加密之间的区别的更详细的解释，以及关于哈希如何工作的更多信息，请参阅 本文。
由于 JWT 只有签名和编码，而且 JWT 没有加密，因此 JWT 不能保证敏感数据的安全性。
第五步：验证 JWT
在我们简单的 3 个实体示例中，我们使用的是由 HS256 算法签名的 JWT，其中只有身份验证服务器和应用服务器知道密匙。当应用程序设置其身份验证过程时，应用服务器从身份验证服务器接收密钥。由于应用程序知道密匙，当用户向应用程序发出 JWT 附加的 API 调用时，应用程序可以在 JWT 上执行与步骤 3 相同的签名算法。然后，应用程序可以验证从它自己的散列操作中获得的签名是否与 JWT 本身的签名相匹配(即它匹配由身份验证服务器创建的 JWT 签名)。如果签名匹配，则意味着 JWT 是有效的，这表明 API 调用来自一个真实的源。否则，如果签名不匹配，则意味着接收的 JWT 无效，这可能是对应用程序的潜在攻击的指示器。因此，通过验证 JWT，应用程序在自己和用户之间添加了一层信任。
总结
我们讨论了 JWT 是什么，它们是如何创建和验证的，以及如何使用它们来确保应用程序和它的用户之间的信任。这是了解 JWT 的基本原理以及它们为什么有用的起点。在确保应用程序的信任和安全性方面，JWT 只是一个难题。