带你弄懂JWT原理

JSON Web Token（JWT）是一个非常轻巧的规范。这个规范允许我们使用JWT在用户和服务器之间传递安全可靠的信息。

让我们来假想一下一个场景。在A用户关注了B用户的时候，系统发邮件给B用户，并且附有一个链接“点此关注A用户”。链接的地址可以是这样的

https://your.app.com/make-friend/?from_user=B&target_user=A

上面的URL主要通过URL来描述这个当然这样做有一个弊端，那就是要求用户B用户是一定要先登录的。可不可以简化这个流程，让B用户不用登录就可以完成这个操作。JWT就允许我们做到这点。

JWT的组成

一个JWT实际上就是一个字符串，它由三部分组成，头部、载荷与签名。

{

​ "iss": "John Wu JWT",

​ "iat": 1441593502,

​ "exp": 1441594722,

​ "aud": "www.example.com,

​ "sub": "[e-mail]",

​ "from_user": "B",

​ "target_user": "A"

}

这里面的前五个字段都是由JWT的标准所定义的。

• iss: 该JWT的签发者
• sub: 该JWT所面向的用户
• aud: 接收该JWT的一方
• exp(expires): 什么时候过期，这里是一个Unix时间戳
• iat(issued at): 在什么时候签发的

这些定义都可以在标准中找到。

将上面的JSON对象进行[base64编码]可以得到下面的字符串。这个字符串我们将它称作JWT的Payload（载荷）。

eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9

注意：base64是一种编码，它是可以被翻译回原来的样子来的。它并不是一种加密过程。

头部（Header）

JWT还需要一个头部，头部用于描述关于该JWT的最基本的信息，例如其类型以及签名所用的算法等。这也可以被表示成一个JSON对象。

{

"typ": "JWT",

"alg": "HS256"

}

在这里，我们说明了这是一个JWT，并且我们所用的签名算法（后面会提到）是HS256算法。

对它也要进行Base64编码，之后的字符串就成了JWT的Header（头部）。

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9

签名（签名）

将上面的两个编码后的字符串都用句号.连接在一起（头部在前），就形成了

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0

最后，我们将上面拼接完的字符串($input)用HS256算法($algo)进行加密。在加密的时候，我们还需要提供一个密钥（$secret）。比方我们使用字符串mySecret作为密钥的话，那么就可以通过下面的方法得到我们加密后的内容作为JWT的签名:

hash_hmac($algo, $input, $secret);// output: rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpùSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

最后将这一部分签名也拼接在被签名的字符串后面，我们就得到了完整的JWT:

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

于是，我们就可以将邮件中的URL改成

https://your.app.com/make-fri...

这样服务端验证完JWT的签名没问题后就可以完成B用户添加A用户为好友的操作而不在需要用户再进行登录啦。

看到这里你应该会有两个疑问

1. 签名的目的是什么？
2. Base64是一种编码，是可逆的，那么我的信息不就被暴露了吗？

签名的目的

最后一步签名的过程，实际上是对头部以及载荷内容进行签名。一般而言，加密算法对于不同的输入产生的输出总是不一样的。对于两个不同的输入，产生同样的输出的概率极其地小。

所以，如果有人对头部以及载荷的内容解码之后进行修改，再进行编码的话，那么新的头部和载荷的签名和之前的签名就将是不一样的。而且，如果不知道服务器加密的时候用的密钥的话，得出来的签名也一定会是不一样的。

服务器应用在接收到JWT后，会首先对头部和载荷的内容用同一算法再次签名。那么服务器应用是怎么知道我们用的是哪一种算法呢？别忘了，我们在JWT的头部中已经用alg字段指明了我们的加密算法了。

如果服务器应用对头部和载荷再次以同样方法签名之后发现，自己计算出来的签名和接受到的签名不一样，那么就说明这个Token的内容被别人动过的，我们应该拒绝这个Token，返回一个HTTP 401 Unauthorized响应。

关于两个签名的推荐用PHP中内建函数hash_equals来帮我们完成

hash_equals ( string $known_string , string $user_string ) : bool

比较两个字符串，无论它们是否相等，本函数的时间消耗是恒定的。

本函数可以用在需要防止时序攻击的字符串比较场景中， 例如，可以用在比较 crypt() 密码哈希值的场景。

信息会暴露

JWT荷载和头部中的信息都可以通过base64解码拿到，所以在JWT中，不应该在载荷里面加入任何敏感的数据。在上面的例子中，我们传输的是用户的User ID。这个值实际上不是什么敏感内容，一般情况下被知道也是安全的。像密码这样的内容就不能被放在JWT中了。如果将用户的密码放在了JWT中，那么怀有恶意的第三方通过Base64解码就能很快地知道你的密码了。

JWT的适用场景

我们可以看到，JWT适合用于向Web应用传递一些非敏感信息。例如在上面提到的完成加好友的操作，还有就是

JWT还经常用于设计用户认证和授权系统，尤其是现在前后端分离开发架构下，用户登录成功后将携带着用户标示和登录时间、站点等信息的JWT给到前端，前端在API请求的HEADER头中携带JWT，服务端验证完JWT的合法性后就能通过用户标示找到本次API请求所属的用户。

之前用PHP写了一个非常简陋的生成和校验JWT的程序，可以拿来参考，代码放到gist上了https://gist.github.com/kevin...。