JWT 跨域认证详解及应用场景

JSON Web Token（缩写 JWT）是目前最流行的跨域认证解决方案。

JWT 对比 session

JWT 认证与基于 session 的认证最大的区别是：

1. JWT 的所有数据都保存在客户端，每次发送请求时都发回服务器；而 session 只需要在客户端保存一个 session_id，其他数据都保存在服务器端，每次发送请求时只需发送 session_id 到服务器，服务器根据发送的 session_id 取出保存在服务器端的其他数据。
2. JWT 的数据可以放在 Cookie 里面自动发送，也可以放在 HTTP 请求的头部发送，方式较为灵活；而原生 session 需要基于 Cookie 发送，存在跨域问题。

JWT 的应用场景

JWT 主要用于需要跨域进行认证的场景，例如服务A在认证了用户身份后，颁发一个很短过期时间的JWT给客户端，客户端在向服务B的请求中带上该JWT，则服务B可以通过验证该JWT来判断用户是否有权执行服务B上的相关操作。

以下场景不建议使用 JWT 作为认证：

1. 同域名的前后端分离的项目。基于 session 进行认证即可。
2. 不同域名的前后端分离的项目、移动端项目。由于不同域名无法基于 Cookies 进行认证，但可以使用在 HTTP HEADER 中存放 token 的方式进行认证。
3. 服务器端使用集群的项目。可以通过部署认证令牌持久层，多个应用服务器共用持久层进行认证。

JWT 的原理

JWT 的原理是，服务器认证成功后，生成一个 JSON 对象，发回给客户端：

{
  "姓名": "张三",
  "角色": "管理员",
  "到期时间": "2018年7月1日0点0分"
}

之后客户端与服务端通信时，都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认证客户端身份。为了防止客户端篡改数据，服务器在生成这个对象的时候，会加上签名。

这样服务器就不需要保存任何 session 数据了，也就是说，服务器变成无状态了，从而比较容易实现扩展。

JWT 的数据结构

JWT 主要由三个部分组成：

• Header（头部）
• Payload（负载）
• Signature（签名）

三个部分之间使用 . 连接：

Header.Payload.Signature

Header 部分

Header 部分是一个 JSON 对象，描述 JWT 的元数据，例如：

{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}

• alg属性表示签名的算法（algorithm），默认是 HMAC SHA256（写成 HS256）
• typ属性表示这个令牌的类型（type），JWT 令牌统一写为JWT

然后将上面的 JSON 对象使用 Base64URL 算法转成字符串。

Payload

Payload 部分也是一个 JSON 对象，用来存放实际需要传递的数据。JWT 官方规定了7个字段，供选用：

• iss (issuer)：签发人
• exp (expiration time)：过期时间
• sub (subject)：主题
• aud (audience)：受众
• nbf (Not Before)：生效时间
• iat (Issued At)：签发时间
• jti (JWT ID)：编号

除了官方字段，你还可以在这个部分定义私有字段，例如：

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true
}

注意，JWT 默认是不加密的，任何人都可以读到，所以不要把秘密信息放在这个部分。

这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。

Signature

Signature 部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。

首先，需要指定一个密钥（secret）。这个密钥只有服务器才知道，不能泄露给客户端。然后，使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256），按照下面的公式产生签名。

HMACSHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." +
  base64UrlEncode(payload),
  secret)

算出签名以后，把 Header、Payload、Signature 三个部分拼成一个字符串，每个部分之间用"点"（.）连接，就可以返回给用户。

Base64URL

前面提到，Header 和 Payload 串型化的算法是 Base64URL。这个算法跟 Base64 算法基本类似，但有一些小的不同。

JWT 作为一个令牌（token），有些场合可能会放到 URL 中（比如 api.example.com/?token=xxx）。Base64 有三个字符+、/和=，在 URL 里面有特殊含义，所以要被替换掉：=被省略、+替换成-，/替换成_ 。这就是 Base64URL 算法。

JWT 的使用

客户端收到服务器返回的 JWT，可以储存在 Cookie 里面，也可以储存在 localStorage。

此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT。你可以把它放在 Cookie 里面自动发送，但是这样不能跨域，所以更好的做法是放在 HTTP 请求的头信息Authorization字段里面。

Authorization: Bearer <token>

JWT 的几个特点

（1）JWT 默认是不加密，但也是可以加密的。生成原始 Token 以后，可以用密钥再加密一次。

（2）JWT 不加密的情况下，不能将秘密数据写入 JWT。

（3）JWT 不仅可以用于认证，也可以用于交换信息。有效使用 JWT，可以降低服务器查询数据库的次数。

（4）JWT 的最大缺点是，由于服务器不保存 session 状态，因此无法在使用过程中废止某个 token，或者更改 token 的权限。也就是说，一旦 JWT 签发了，在到期之前就会始终有效，除非服务器部署额外的逻辑。

（5）JWT 本身包含了认证信息，一旦泄露，任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT 的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限，使用时应该再次对用户进行认证。

（6）为了减少盗用，JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输，要使用 HTTPS 协议传输。

JWT 使用的一些疑问

1. JWT 无法解决多个设备排他登录问题，例如用户在A设备已经登录，然后在B设备再次登录，无法让A的登录过期。可通过在服务端维护一张签发token的清单，生成新的 JWT 时将旧的 JWT 标记为失效。但这样做和 session 比就没有什么优势了，反而还引入了安全性问题。
2. JWT 无法解决单点登录问题，例如用户在 a.com 域名已经登录，然后访问同一公司的 b.com 域名，无法在 b.com 域名实现自动同步登录。可通过其他单点登录方案解决。

参考：http://www.ruanyifeng.com/blo...