JSON Web Token 入门教程

作者: 阮一峰

日期: 2018年7月23日

珠峰培训

JSON Web Token(缩写 JWT)是目前最流行的跨域认证解决方案,本文介绍它的原理和用法。

一、跨域认证的问题

互联网服务离不开用户认证。一般流程是下面这样。

1、用户向服务器发送用户名和密码。

2、服务器验证通过后,在当前对话(session)里面保存相关数据,比如用户角色、登录时间等等。

3、服务器向用户返回一个 session_id,写入用户的 Cookie。

4、用户随后的每一次请求,都会通过 Cookie,将 session_id 传回服务器。

5、服务器收到 session_id,找到前期保存的数据,由此得知用户的身份。

这种模式的问题在于,扩展性(scaling)不好。单机当然没有问题,如果是服务器集群,或者是跨域的服务导向架构,就要求 session 数据共享,每台服务器都能够读取 session。

举例来说,A 网站和 B 网站是同一家公司的关联服务。现在要求,用户只要在其中一个网站登录,再访问另一个网站就会自动登录,请问怎么实现?

一种解决方案是 session 数据持久化,写入数据库或别的持久层。各种服务收到请求后,都向持久层请求数据。这种方案的优点是架构清晰,缺点是工程量比较大。另外,持久层万一挂了,就会单点失败。

另一种方案是服务器索性不保存 session 数据了,所有数据都保存在客户端,每次请求都发回服务器。JWT 就是这种方案的一个代表。

二、JWT 的原理

JWT 的原理是,服务器认证以后,生成一个 JSON 对象,发回给用户,就像下面这样。


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

以后,用户与服务端通信的时候,都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。为了防止用户篡改数据,服务器在生成这个对象的时候,会加上签名(详见后文)。

服务器就不保存任何 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。

三、JWT 的数据结构

实际的 JWT 大概就像下面这样。

它是一个很长的字符串,中间用点(.)分隔成三个部分。注意,JWT 内部是没有换行的,这里只是为了便于展示,将它写成了几行。

JWT 的三个部分依次如下。

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

写成一行,就是下面的样子。


Header.Payload.Signature

下面依次介绍这三个部分。

3.1 Header

Header 部分是一个 JSON 对象,描述 JWT 的元数据,通常是下面的样子。


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

上面代码中,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(token)的类型(type),JWT 令牌统一写为JWT

最后,将上面的 JSON 对象使用 Base64URL 算法(详见后文)转成字符串。

3.2 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 规定了7个官方字段,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,下面就是一个例子。


{
  "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。

3.3 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,不能泄露给用户。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"(.)分隔,就可以返回给用户。

3.4 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(比如 api.example.com/?token=xxx)。Base64 有三个字符+/=,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。

四、JWT 的使用方式

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>

另一种做法是,跨域的时候,JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

五、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。

六、参考链接

(完)

QCon

腾讯课堂

留言(59条)

可以说讲的很清楚了

没质量,这种网上一抓一大把。

无状态的东西好在方便扩展,例如map reduce。不过通常服务器还是需要对session或者token有比较高的掌控权。JWT还是用在一些不那么需要保证安全的地方会好一些例如确认退订邮件等。

看懂了,哈哈,算是入门了吗?

清晰简洁,????

如今安全越来越重要,客户端储存永久token,是否有它适用的场景?

最近的博客质量不高啊,不过高质量的博文不常有,为了保证文章数量,只能这样了。

引用moyo的发言:

没质量,这种网上一抓一大把。

这都能酸..

引用令狐洋葱的发言:

如今安全越来越重要,客户端储存永久token,是否有它适用的场景?

并没建议让永久储存token啊. 看特点的第5条

(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。

也就是说一个用户在手机A中登录了,然后又在手机B中登录,在过期之前手机A和B都可以登录,无法做到B登录后让A过期,如果要做到这点,就必须让服务器维护一个清单(记录该账号是否已经签发token),这样又回到session的老路了

以上就是我们公司后端拒绝使用jwt的理由,我该怎么驳倒他?

对于行外人来说,喜欢了解这样的原理性的东西。实话讲,我虽然看不懂,但是希望了解框架知识就够了。

引用moyo的发言:

没质量,这种网上一抓一大把。

大哥啊,别喷了,如果你懂,那么请你默默的离开,简单明了本身就是质量。

感觉缺点大于优点。

完全不懂的我竟然看懂了 谁敢说没质量!!!

引用优惠券的发言:

(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。

也就是说一个用户在手机A中登录了,然后又在手机B中登录,在过期之前手机A和B都可以登录,无法做到B登录后让A过期,如果要做到这点,就必须让服务器维护一个清单(记录该账号是否已经签发token),这样又回到session的老路了

以上就是我们公司后端拒绝使用jwt的理由,我该怎么驳倒他?

JWT最大特点不就是状态存储在客户端么,可以实现多点登录,服务端不用做很多的额外工作

很好,看懂了.

session和jwt都有各自的使用场景,并不是一概而论好坏,各自都有优缺点,取长补短就行了

引用优惠券的发言:

(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。

也就是说一个用户在手机A中登录了,然后又在手机B中登录,在过期之前手机A和B都可以登录,无法做到B登录后让A过期,如果要做到这点,就必须让服务器维护一个清单(记录该账号是否已经签发token),这样又回到session的老路了

以上就是我们公司后端拒绝使用jwt的理由,我该怎么驳倒他?

不引入数据库支持的话这个的确没法实现。最好的方案是维护一张基于 jti (JWT ID) 的表,将jti和user_id关联起来,生成新的jwt时将该user_id旧的jwt标记为失效就好,具体场景还得看你们的具体业务逻辑。

jwt主要还是用在移动端的

引用moyo的发言:

没质量,这种网上一抓一大把。

有一个老乞丐,天天到捷运站磕头乞讨,小白每次经过,固定都会给他二十元,每天下班遇到就给,这样持续了一年。
 
有一天,小白只给乞丐十元,乞丐愣了一下,但还是勉强抬头笑了笑。
 
隔天,小白又给十元。再隔天,又是十元。
 
到了第七天,老乞丐终于忍不住了,伸手拉住小白说:「以前你都给二十,怎么现在都只给十元?」
 
小白被抓住,有点吃惊,旋即回过神来说:「啊,抱歉,我结婚了,要省着点。」
 
乞丐怒得一巴掌打过去:「什么玩意]

引用moyo的发言:

没质量,这种网上一抓一大把。

软一峰绝对不是编程界代码写的最厉害的,但他一定是编程界教程写的最好的

写的好,简单明了

通俗易懂~ 小白有个疑问望各位大神解答:
用jwt来实现 跨域单点登录:
①A系统登录成功—>jwt 返回tokemn ->客户端保存至 cookie
②同一浏览器进入B 系统-> 浏览器提交token ->服务器验证token 是否有效 ->有效B系统自动登陆用户

问:1) jwt 不易保存私密信息,A登陆后 必然将用户部分信息存储至 token B才能获取是哪位用户?
2) B验证token 验证登陆后 不在b系统中产生sesion ?

引用优惠券的发言:

(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。

也就是说一个用户在手机A中登录了,然后又在手机B中登录,在过期之前手机A和B都可以登录,无法做到B登录后让A过期,如果要做到这点,就必须让服务器维护一个清单(记录该账号是否已经签发token),这样又回到session的老路了

以上就是我们公司后端拒绝使用jwt的理由,我该怎么驳倒他?

签名可以加时间戳或这其他随机参与加密,一旦登录就更新签名,之前的签名失效,不会出现多个在线啦

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

浏览器存在 cookie 中的token 跨域也是非共享的, A系统登录后,浏览器访问B 怎么拿到这个token?

JWT的几个特点中第四条,除非服务器部署额外的逻辑,能不能举例说明下,有点困惑

@优惠券:

你可以让他对比维护是否签发token的清单和维护session列表哪个更容易一些,如果在这方面JWT没有优势,也就没有重新发明的必要额。

引用优惠券的发言:

(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。

也就是说一个用户在手机A中登录了,然后又在手机B中登录,在过期之前手机A和B都可以登录,无法做到B登录后让A过期,如果要做到这点,就必须让服务器维护一个清单(记录该账号是否已经签发token),这样又回到session的老路了

以上就是我们公司后端拒绝使用jwt的理由,我该怎么驳倒他?

JWT 解决的最大问题是跨域,如果你们的业务不涉及跨域完全没有必要用JWT session 就够用了,如果有跨域需要,那么改造Session实现跨域访问,要比改造JWT实现单用户登陆复杂的多

引用stong的发言:

通俗易懂~ 小白有个疑问望各位大神解答:
用jwt来实现 跨域单点登录:
①A系统登录成功—>jwt 返回tokemn ->客户端保存至 cookie
②同一浏览器进入B 系统-> 浏览器提交token ->服务器验证token 是否有效 ->有效B系统自动登陆用户

问:1) jwt不易保存私密信息,A登陆后 必然将用户部分信息存储至 token B才能获取是哪位用户?
2)B验证token 验证登陆后 不在b系统中产生sesion ?

使用JWT用户数据由客户端传入,每个请求都会带着这些信息,也就不需要后端生成Session了,在每次请求的时候验证登陆状态及登陆用户

阮老师,不聊聊yimiao时间吗

等了好久阮老师终于也写jwt了,之前网上查的确实没阮老师写的易懂。

引用小白的发言:

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

浏览器存在 cookie 中的token 跨域也是非共享的, A系统登录后,浏览器访问B怎么拿到这个token?

跨域这块,前端也是要处理的,两种情况:

1. token 存储在 cookie 里,按传统的跨域方案,共享/传递 cookie 里的 token
2. token 存储在 localStorage 里,则需要 localStorage 的跨域方案,以便 共享/传递 cookie 里的 token,localStorage 的跨域方案可以搜搜,有开源类库

周五了,催更了,哈哈哈

@优惠券:

如果是移动端的话,可以考虑签发的时候加入手机的设备编号作为验证。

JWT是否只是提供一种思路模式,并没有实际的什么依赖需要添加到系统中,文章中写的官方提供的7个字段以及签名算法是否其实并没有实际的效果,其实只是类似一种规范而已,而开发者自己根据规范去实现?

能否讲解一下,JWT跨二级域名记录登录状态时怎么实现同步登录和退出,之前项目token是存在sessionStorage里面的,但是为了跨二级域名登录,没找到实现的方法就放到了cookie里面,感觉有点不太好,有没有不放到cookie的解决办法

博客写得很好,很喜欢

引用moyo的发言:

没质量,这种网上一抓一大把。

是一抓一大把 但是写的调理这么清楚的只有一家。我之前也做过jwt token的项目,去看英文的文章很多篇才弄清楚的。

引用令狐洋葱的发言:

如今安全越来越重要,客户端储存永久token,是否有它适用的场景?

没让你永久储存啊,何况你永久储存那也是你的事情,但是啥时候过期是服务端实现啊,你拿着过期的token请求api,会返回错误

@优惠券:

使用jwt的场景是前后端彻底分离,无法通过session来认证的。默认的确是可以多次登录,发了多个token,也能改成只发一个啊,让前面的失效,这和session是2回事情。拒绝使用jwt那么授权接口怎么知道是哪个用户在请求?

引用CCTV的发言:

jwt主要还是用在移动端的

还可以用于前后端分离,对后端来说,没有移动端不移动端的概念,反正你们都是调用接口,我管你是pc,h5 or app

@stong:

1.其实jwt里面有加密的uid,或者是uid的对应关系

2.b系统产生不产生session,是你b系统的验证登录逻辑决定啊,你要从session验证用户,那就要写session,你如果是从redis验证token,就不需要写session

@小白:

可以去参考CAS的方案。或者我简单说一下ucenter的方案,a系统登录后,拿到了jwt,访问一下b系统的一个链接,由b系统的此链接将jwt存入localStorage

引用Aecced的发言:

JWT的几个特点中第四条,除非服务器部署额外的逻辑,能不能举例说明下,有点困惑

第四条是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。?

其实第四条说的有点绝对了,原文第四条的意思应该是jwt颁发后,一般扩展包没提供让其失效方法。但是要让jwt失效依然很简单,因为jwt一般会放在redis或者mysql表,只要逻辑上去找到uid对应的jwt,删了就可以了。

引用ixx的发言:

JWT 解决的最大问题是跨域,如果你们的业务不涉及跨域完全没有必要用JWTsession 就够用了,如果有跨域需要,那么改造Session实现跨域访问,要比改造JWT实现单用户登陆复杂的多

个人认为jwt解决最大的问题不是跨域,而是前后端分离后,纯接口方面的用户认证问题。

引用缺木的发言:

JWT是否只是提供一种思路模式,并没有实际的什么依赖需要添加到系统中,文章中写的官方提供的7个字段以及签名算法是否其实并没有实际的效果,其实只是类似一种规范而已,而开发者自己根据规范去实现?

如你所说,jwt是一种规范,你也可以不按那个字段走,但是不用自己实现,你可以去全球最大的交友网站github上找到你要用,一般别人写的都按规范走了,而且方法都已封装好。

jwt 验证怎么才能够防止重放攻击呢? 最近正在重构自己的个人网站,想做的更安全一点,有人说用挑战应答?有人说用timeStamp + nonce? 有哪位同仁能解答一下吗?

@清启:

`但是要让jwt失效依然很简单,因为jwt一般会放在redis或者mysql表,只要逻辑上去找到uid对应的jwt,删了就可以了。`

你这个不就是额外的逻辑了

@mm:

哈哈,说的真好!话说阮老师有没有捐赠地址啥的。看了挺多好文章了。

@优惠券:

1. session+jwt 结合
2. session 只存:uid:lastTime, 别什么数据都往session 丢。用lastTime确定是否过期
3. 密码修改、A/B登录,lastTime都要更新。
4. 类似腾讯这种,同时支持pc+mobile,就用:uid:{pc:lastTime, mobile:lastTime}

很简单明了,看了就懂,赞

通俗易懂 ~ 可以说说 refresh token 吗?

那是不是一旦黑客截取到JWT就意味着在有效期内就可以为所欲为了?

我觉得只有在安全要求一般,且需要跨域的情况下才可以考虑JWT技术。

毕竟JWT签发后确实是服务器无法控制,如果你非得要通过维护一张JWT id表单来控制JWT失效,那和session比没有任何优势,反而还引入了安全性问题,得不偿失。

至于说到集群共享session的问题,通过分布式redis应该是可以很好的解决这一问题。

@BobDu:

JWT签发之后为什么要用JWT id表?JWT里面带失效时间不就行了?只要私钥不泄露又没法伪造。

引用WalkingSun的发言:

签名可以加时间戳或这其他随机参与加密,一旦登录就更新签名,之前的签名失效,不会出现多个在线啦

难道每个用户一个secret ?

哪位大佬能讲一下怎么把token放入HTTP 请求的头信息Authorization字段里面........求解(最好有代码)

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引用hejg的发言:

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