JSON Web Token(JWT)原理入门教程详解

什么是JSON Web Token（JWT）？

JSON Web Token（JWT）是一种安全的身份验证方式，用于在客户端和服务器之间传递声明，以便在客户端和服务器之间进行身份验证和授权。JWT是一种开放标准（RFC 7519），它定义了一种紧凑和自包含的方式用于在各方之间作为JSON对象安全地传输信息。其中，包含了用户身份信息，以及一些用户的访问权限信息。

JWT的组成与工作原理

JWT由3部分组成，分别是：

• Header：头部包含了JWT生成的签名算法、加密算法等信息。它是一个JSON对象，常用的算法有HS256和RS256等。

• Payload：有效载荷包含的是一些声明（Claim），其中包括了一些标准声明和一些自定义声明。其实质就是一个包含着用户身份信息和访问权限信息等的JSON对象。

• Signature：签名是由头部、载荷信息及密钥等的组合加上指定的加密算法所生成。即用头部指定的算法生成与数据对应的签名，防止数据被篡改。

JWT的工作原理是，客户端发送账号密码至服务器，服务器检查账号密码是否正确。若正确，则生成JWT，并将JWT返回给客户端。客户端在后续访问时，需要将JWT放在请求的头部中，以供服务器进行验证。服务器可以通过解密头部和载荷生成的签证，并验证签名以确认传输的信息是否有效。

JWT的优缺点

优点

• 相对于传统的Cookie方式，JWT可以避免跨域请求的问题。
• 由于JWT中包含了用户信息及权限信息等，大大减少了对服务器资源的访问请求，提高了服务器的处理效率。
• 使用JWT可以更好地实现分布式应用程序的授权和身份验证。

缺点

• JWT是客户端存储的，一旦被窃取，攻击者可以访问保护措施内的内容。
• JWT不支持撤销或延迟。如果JWT被盗用，则攻击者将可以访问受保护的资源而且您会很难发现。

JWT的应用场景

• 单点登录 （Single Sign On）
• 身份验证
• 资源授权

示例1：基于HS256算法的JSON Web Token

import jwt

#定义用于生成JWT的密钥
JWT_SECRET='your_secret_key'

#定义用户信息
user_info = {
    'user_id': '123456',
    'exp': 1626221817
}

#生成HS256算法的JWT
jwt_token = jwt.encode(user_info, JWT_SECRET, algorithm='HS256')

#将jwt_token放到请求头中，发送给服务器

示例2：基于RS256算法的JSON Web Token

import jwt
from cryptography.hazmat.primitives import serialization

#定义私钥，用于生成签名
private_key = b'your_private_key'

#将私钥对象反序列化转换为秘钥对象
private_key_obj = serialization.load_pem_private_key(private_key, password=None)

#定义用户信息
user_info = {
    'user_id': '123456',
    'exp': 1626221817
}

#生成RS256算法的JWT
jwt_token = jwt.encode(user_info, private_key_obj, algorithm='RS256')

#将jwt_token放到请求头中，发送给服务器

以上示例中，示例1使用了HS256算法生成JWT，示例2使用了RS256算法生成JWT。两者的区别在于，HS256采用对称加密方式，进行加密和解密，只需要一份密钥即可。而RS256采用非对称加密方式，生成签名需要私钥，进行签名验证需要公钥，因此需要在服务端进行密钥的保存。