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什么是 JSON Web Token（JWT）
JSON Web Token (JWT) 作为一个开放的标准 (RFC 7519) 定义了一种简洁自包含的方法用于通信双方之间以 JSON 对象的形式安全的传递信息。因为有数字签名，所以这些通信的信息能够被校验和信任。
JWT 可以使用秘钥（secret）进行签名 (使用 HMAC 算法) 或使用 RSA 或 ECDSA 算法的公钥/私钥对（public/private key）。
尽管 JWT 可以在通讯的双方之间通过提供秘钥（secret）来进行签名，我们将会更多关注 **已签名（signed）**的 token。
通过签名的令牌可以验证其中数据的 完整性（integrity） ，而加密的令牌可以针对其他方 隐藏（hide） 申明。
当令牌（token）使用 公钥/私钥对（public/private key）进行签名的时候，只有持有私钥进行签名的一方是进行签名的。
关键术语的中英文对照
- token - 令牌
- secret - 秘钥
- signature - 签名
- claims - 要求或者数据
什么时候应该使用 JSON Web Tokens
在下面的一些场景中 JSON Web Tokens 可比较有用：
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认证鉴权（Authentication）： 这是 JWT 最常见的应用场景。一旦用户成功登入，在随后的每次请求中都将会包含JWT信息。 通过JWT的验证机制后，将允许该用户访问路由（routes）、服务（services）以及该Token所允许的资源。因为 JWT 的开销非常小，使其非常容易在跨域环境下使用，现如今 JWT 被广泛应用到单点登录（Single Sign On）中。
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信息交换（Information Exchange）： 因为 JSON Web Tokens 是可以进行签名的，因此 JWT 能够在不同系统之间安全的传递信息。
例如基于使用公钥/私钥对（public/private key pairs），你可以确保请求的发送者是可信的。
同时，因为头部（header）和负载（payload）的信息和内容都参与了计算，所以你可以验证内容是否被篡改过。
JSON Web Token 的结构是什么？
JSON Web Tokens 由使用 (.) 分开的 3 个部分组成的，这 3 个部分分别是：
- 头部（Header）
- 负载（Payload）
- 签名（Signature）
正是因为上面的组织形式，因此一个 JWT 通常看起如下面的表现形式。
xxxxx.yyyyy.zzzzz
让我们针对上面的形式来具体的分析下。
头部（Header）
在头部的数据中 通常 包含有 2 部分的内容：token 的类型，这里使用的是字符 JWT，和使用的的签名加密算法，例如 SHA256 或者 RSA。
例如下面的格式：
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
然后，将上面的 JSON 数据格式使用 Base64Url 算法进行哈希，这样你就得到了 JWT 的第一部分。
负载（Payload）
JWT 的第二部分为负载，在负载中是由一些 claims 组成的。 Claims 是一些实体（通常指用户）和其他的一一些信息。
有下面 3 种类型的 claims registered， public 和 private 。
Registered claims：这些 claims 是预先定义的，这些配置的内容不是必须的但是是推荐使用的，因此提供了一系列约定俗成使用的。比如：iss（issuer）， exp（expiration time）, sub（subject），aud（audience）和其他的一些更多的配置。
请注意，这些约定俗称的配置只有 3 个字符，以便于压缩数据量。
Public claims：这些数据可以由使用 JWT 的用户自由去定义，但是为了避免冲突，你需要参考在 IANA JSON Web Token Registry 中对它们进行定义，或者将这些内容定义为 URI，并且需要避免可能出现的冲突。
Private claims：这些内容是自定义的内容，这部分的内容被用于在数据传输短间进行转换的数据。这些数据是没有在 registered 和 public 中间没有定义的内容。
一个示例的负载：
{
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"admin": true
}
负载（payload）
中的数据也是经过 Base64Url 进行加密的，这部分加密的内容组成了 JWT 的第二部分。
请注意：针对令牌这部分的签名已经被防范篡改。但是这部分还是可以被解密的，因此请不要将任何密钥放到这部分的数据中，除非你的密钥是已经加密过的密钥。
签名（Signature）
为了创建一个加密部分，你需要有已经编码过的头部和负载，然后你还需要一个密钥（secret）和一个已经在头部中指定的加密算法来进行签名。
例如，如果你希望使用 HMAC SHA256 算法来进行签名，那么这个算法中使用的数据为：
HMACSHA256(
base64UrlEncode(header) + "." +
base64UrlEncode(payload),
secret)
签名的作用主要用于校验传输的令牌（Token）数据没有在过程中被篡改。
如果你的令牌是通过私有密钥进行签名的，那么也可以对 JWT 进行校验，以确定 JWT 的发送方使用是合法的签名。
将所有内容整合在一起
将这个 3 部分的内容使用 Base64-URL 编码后整合到一起，将每部分的数据直接使用 点号（.） 进行分隔，以确保令牌数据能够比较容易的在网络 HTTP 和 HTML 环境中进行传输。
针对使用 XML 的令牌，例如 SAML 来说，JWT 显得更加简洁和高效。
下面是使用了头部信息，负载信息和数字签名然后组合到一起的一个 JWT 令牌示例：
如果你想使用 JWT，并且对一个已有的 JWT 令牌进行解密的话，你可以使用 https://jwt.io/#debugger-io 网站上提供的工具来对 JWT 字符串进行解密，校验和生产一个 JWT 令牌。
JSON Web Tokens 是如何工作的
在用户权限校验的过程中，一个用户如果使用授权信息成功登录后，一个 JSON Web Token 将会返回给用户端。
因为返回的令牌包含有授权信息，应用程序应小心保存这些授权信息，以避免不必要的安全问题。你的应用程序在不需要授权信息的时候，应用程序不应该保留授权成功后返回的令牌。
应用程序也不应该将这些敏感信息保存在浏览器中，因为这样会更加容易导致信息泄漏，请参考链接：https://cheatsheetseries.owasp.org/cheatsheets/HTML5_Security_Cheat_Sheet.html#local-storage 中的内容。
在任何时候，如果用户希望访问一个受保护的资源或者路由的时候，用户应该在访问请求中包含 JWT 令牌。通常这个令牌是存储在 HTTP 请求的头部信息，一般会使用 Authorization 字段，使用 Bearer 模式。
Http 头部发送给后台所包含的内容看起来如下所示：
Authorization: Bearer <token>
在某些情况下，可以使用无状态的授权机制。服务器上受保护的路由将会检查随着访问提交的 JWT 令牌。如果令牌是有效的，用户将会被允许访问特定的资源。
如果 JWT 令牌中包含有必要的信息，服务器的服务端将不需要再次对数据库进行查询以加快访问速度。当然，不是所有的时候都可以这样进行处理。
当令牌随着头部中的 Authorization 信息一同发送，那么我们不需要使用 cookies，因此跨域访问（Cross-Origin Resource Sharing (CORS)）也不应该成为一个问题。
下面的示例图展示了JWT 是如何被获得的，同时也展示了 JWT 是如何被使用来访问服务器 API 的。
- 应用程序或者客户端，通过对授权服务器的访问来获得授权。这个可能有不同的授权模式。例如，通常我们可以使用 OpenID Connect 提供的标准的授权地址来进行授权，请参考链接：http://openid.net/connect/。通常来说一个标准的授权地址为 /oauth/authorize，并且使用下面类似的标准授权流程，请参考链接：http://openid.net/specs/openid-connect-core-1_0.html#CodeFlowAuth 中的内容。
- 当授权完成后，授权服务器将会返回访问令牌（access token）给应用。
- 应用使用获得的令牌来访问收到保护的资源（例如 API）等。
需要注意的是，通过使用了签名的令牌，尽管用户可能没有办法对使用的令牌进行修改，但是令牌中包含的所有信息将会暴露给用户或者其他的应用。因此，你不应该在你的令牌中存储密钥或者任何的敏感信息。
Why should we use JSON Web Tokens?
Let's talk about the benefits of JSON Web Tokens (JWT) when compared to Simple Web Tokens (SWT) and Security Assertion Markup Language Tokens (SAML).
As JSON is less verbose than XML, when it is encoded its size is also smaller, making JWT more compact than SAML. This makes JWT a good choice to be passed in HTML and HTTP environments.
Security-wise, SWT can only be symmetrically signed by a shared secret using the HMAC algorithm. However, JWT and SAML tokens can use a public/private key pair in the form of a X.509 certificate for signing. Signing XML with XML Digital Signature without introducing obscure security holes is very difficult when compared to the simplicity of signing JSON.
JSON parsers are common in most programming languages because they map directly to objects. Conversely, XML doesn't have a natural document-to-object mapping. This makes it easier to work with JWT than SAML assertions.
Regarding usage, JWT is used at Internet scale. This highlights the ease of client-side processing of the JSON Web token on multiple platforms, especially mobile.
Comparison of the length of an encoded JWT and an encoded SAML
If you want to read more about JSON Web Tokens and even start using them to perform authentication in your own applications, browse to the JSON Web Token landing page at Auth0.