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什么是 JWT？
JSON Web Token（JWT）是一种紧凑且 URL 安全的令牌格式，用于以 JSON 对象的形式在各方之间安全地传输信息。一个 JWT 由三个以点号分隔、经 Base64URL 编码的部分组成：header.payload.signature（头部.载荷.签名）。头部指定签名算法，载荷包含声明（数据），签名则用于校验令牌未被篡改。
JWT 实现了无状态身份认证——服务器无需存储会话数据，因为所有必要信息都嵌入在令牌本身之中。这使得 JWT 非常适合分布式系统、微服务和 API，在这些场景中，会话存储会带来额外的复杂性和延迟。
JWT 结构详解
每个 JWT 都由三个不同的部分组成，各自在令牌的生命周期中承担特定的用途：
- 头部（Header）——一个 JSON 对象，指定令牌类型（typ: JWT）和签名算法（alg: HS256、RS256 等），随后进行 Base64URL 编码
- 载荷（Payload）——一个 JSON 对象，包含 iss（签发者）、sub（主题）、exp（过期时间）、iat（签发时间）等声明，以及你需要传输的任何自定义数据
- 签名（Signature）——通过用密钥（HMAC）或私钥（RSA/ECDSA）对已编码的头部和载荷进行签名而生成，用于确保令牌的完整性
载荷未经加密——任何人都可以解码并读取它。切勿在 JWT 载荷中存放密码或信用卡号等敏感信息。签名只保证数据未被修改，而非保证数据被隐藏。
签名算法
签名算法的选择决定了 JWT 签名如何生成和校验。主要有三大类算法：
- HMAC（HS256、HS384、HS512）——对称算法，签名和校验使用同一个密钥。实现简单，最适合签发方和校验方共享同一密钥的单服务器场景
- RSA（RS256、RS384、RS512）——非对称算法，使用私钥签名、公钥校验。非常适合分布式系统，因为多个服务无需访问签名密钥即可校验令牌
- ECDSA（ES256、ES384、ES512）——使用椭圆曲线密码学的非对称算法。以显著更小的密钥尺寸和更快的运算速度提供与 RSA 相当的安全性，非常适合移动和物联网应用
对于大多数 Web 应用，当令牌的签发方和使用方是同一台服务器时，HS256 便已足够。当令牌需要由第三方或跨不同服务进行校验时，请选择 RS256 或 ES256。
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创建并签名 JWT →编码与解码
编码一个 JWT 意味着通过组装头部、载荷，并用你的密钥或私钥生成签名来创建一个新令牌。这通常在服务器端于登录或令牌刷新时完成。生成的令牌字符串会被发送给客户端，用于后续经过身份认证的请求。
解码一个 JWT 可能意味着两件事：在不校验签名的情况下提取载荷声明（便于在客户端读取令牌元数据），或者完整校验签名以确认令牌真实且未被篡改。生产系统在信任载荷中的任何声明之前，都应始终校验签名。
常见使用场景
在 Web 和移动应用中，JWT 已成为现代身份认证与授权模式的标准：
- API 身份认证——客户端在每次请求时将 JWT 放入 Authorization 头部（Bearer 令牌），使服务器无需查询数据库即可校验身份
- OAuth 2.0 访问令牌——OAuth 提供方将 JWT 作为访问令牌签发，其中携带用于授权 API 访问的作用域和权限信息
- 微服务通信——各服务之间传递 JWT，从而在无需集中式会话存储的情况下，跨服务边界传播用户身份和权限
- 单点登录（SSO）——由中央身份提供方签发一个 JWT，供多个应用接受，使用户只需认证一次即可访问所有互联的服务
安全最佳实践
JWT 功能强大，但需要谨慎实现，以避免常见的安全隐患：
- 设置较短的过期时间——访问令牌的 exp 声明设为 15 分钟到 1 小时，并为更长的会话实现刷新令牌轮换
- 切勿在载荷中存放敏感数据——JWT 载荷仅经过 Base64URL 编码，并未加密。任何持有令牌的人都能读取其中的声明
- 始终校验所有声明——在每次请求时校验 exp、iss、aud 以及任何自定义声明。在未完整校验签名之前，不要信任载荷
- 只使用 HTTPS——仅通过加密连接传输 JWT，以防令牌被中间人攻击截获
- 拒绝 “none” 算法——始终校验 alg 头部与你预期的算法一致。“none” 算法会完全绕过签名校验
常见问题
JWT 和会话 Cookie 有什么区别？
会话 Cookie 在客户端存储一个会话 ID，而实际的会话数据存放在服务器上。JWT 是自包含的——所有数据都在令牌本身之中。这使 JWT 无状态且更易于横向扩展，但也更难撤销，因为你无法像删除服务端会话那样简单地将其删除。对于传统 Web 应用，会话 Cookie 更简单；而对于 API 和分布式系统，JWT 更优。
如何在 JWT 过期之前撤销它？
由于 JWT 是无状态的，它没有内置的撤销机制。常见策略包括：维护一个令牌黑名单（在每次请求时进行比对）、使用配合刷新令牌轮换的短期访问令牌（撤销刷新令牌即可使未来的访问失效），或者在用户记录中存储一个令牌版本号并在登出时递增它。
JWT 有大小限制吗？
JWT 规范中没有正式的大小限制，但实际存在限制。大多数 HTTP 服务器将头部大小限制为 8 KB。由于 JWT 通常放在 Authorization 头部中发送，建议将令牌控制在 4 KB 以下。含有大量声明的庞大载荷可能超出此限——可考虑在 JWT 中只存储必要的声明，其余数据则通过 API 获取。