先是学会使用jwt，然后知道她的使用流程与步骤，分析一下其原理，做到知其然，亦知其所以然。立志工具人。一起干饭！
本章主要内容
- JWT简介
- JWT的原理和流程
- JWT 的数据结构
1.JWT简介
- 什么是JWT
JSON Web Token（JWT）是一个开放标准（RFC 7519），它定义了一种紧凑且自包含的方式，用于在各方之间安全地将信息作为JSON对象传输。由于此信息是经过数字签名的，因此可以被验证和信任。可以使用秘密（使用HMAC算法）或使用RSA或ECDSA的公用/专用密钥对对JWT进行签名。
尽管可以对JWT进行加密以在各方之间提供保密性，但我们将重点关注已签名的令牌。签名的令牌可以验证其中包含的声明的完整性，而加密的令牌则将这些声明隐藏在其他方的面前。当使用公钥/私钥对对令牌进行签名时，签名还证明只有持有私钥的一方才是对其进行签名的一方。
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什么时候应该使用JSON Web令牌？
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授权：这是使用JWT的最常见方案。用户登录后，每个后续请求都将包含JWT，从而允许用户访问该令牌允许的路由，服务和资源。单一登录是当今广泛使用JWT的一项功能，因为它的开销很小并且可以在不同的域中轻松使用。
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信息交换：JSON Web令牌是在各方之间安全地传输信息的一种好方法。因为可以对JWT进行签名（例如，使用公钥/私钥对），所以您可以确保发件人是他们所说的人。此外，由于签名是使用标头和有效负载计算的，因此您还可以验证内容是否未被篡改。
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2.JWT的原理和流程
2.1 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。
2.2 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。
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。
区别
(1) session 存储在服务端占用服务器资源，而 JWT 存储在客户端
(1) session 存储在 Cookie 中，存在伪造跨站请求伪造攻击的风险
(2) session 只存在一台服务器上，那么下次请求就必须请求这台服务器，不利于分布式应用
(3) 存储在客户端的 JWT 比存储在服务端的 session 更具有扩展性
2.3 JWT的认证流程图
JWT的认证流程图
流程说明：
1，浏览器发起请求登陆，携带用户名和密码；
2，服务端验证身份，根据算法，将用户标识符打包生成 token,
3，服务器返回JWT信息给浏览器，JWT不包含敏感信息；
4，浏览器发起请求获取用户资料，把刚刚拿到的 token一起发送给服务器；
5，服务器发现数据中有 token，验明正身；
6，服务器返回该用户的用户资料；
2.4 JWT的6个优缺点
1、JWT默认不加密，但可以加密。生成原始令牌后，可以使用改令牌再次对其进行加密。
2、当JWT未加密方法是，一些私密数据无法通过JWT传输。
3、JWT不仅可用于认证，还可用于信息交换。善用JWT有助于减少服务器请求数据库的次数。
4、JWT的最大缺点是服务器不保存会话状态，所以在使用期间不可能取消令牌或更改令牌的权限。也就是说，一旦JWT签发，在有效期内将会一直有效。
5、JWT本身包含认证信息，因此一旦信息泄露，任何人都可以获得令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT的有效期不宜设置太长。对于某些重要操作，用户在使用时应该每次都进行进行身份验证。
6、为了减少盗用和窃取，JWT不建议使用HTTP协议来传输代码，而是使用加密的HTTPS协议进行传输。
3.JSON Web Token结构是什么？
3.1JWT消息构成
JSON Web令牌以紧凑的形式由三部分组成，这些部分由点（.）分隔，分别是：
- 标头（header)
- 有效载荷（payload)
- 签名（signature)
对象为一个很长的字符串，字符之间通过"."分隔符分为三个子串。注意JWT对象为一个长字串，各字串之间也没有换行符，一般格式为：xxxxx.yyyyy.zzzzz 。
例如：eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJuYW1lIjoi5byg5LiJIiwiaWQiOjEsImV4cCI6MTYxNzM0NDM1NiwiaWF0IjoxNjE2NzM5NTU2LCJ1c2VybmFtZSI6InpoYW5nc2FuIn0.Zd9-yxbMTZvopl5sDNMRzyV8wAQQcbhd0xXwtdwkQ6U
3.2JWT 标头（header)
JWT的头部承载两部分信息：
- 声明类型，这里是jwt
- 声明加密的算法 通常直接使用 HMAC SHA256
JWT里验证和签名使用的算法，可选择下面的：
签名可使用的算法
JWT的头部描述JWT元数据的JSON对象参考：
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
代码样例如下:
// header Map
Map<String, Object> map = new HashMap<>();
map.put("alg", "HS256");
map.put("typ", "JWT");
然后，此JSON被Base64Url编码以形成JWT的第一部分。
3.3JWT 有效载荷（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
除以上默认字段外，我们还可以自定义私有字段，如下例：
{
"sub": "1234567890",
"name": "dylan",
"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。
代码样例如下:
JWT.create().withHeader(map) // header
.withClaim("iss", "Service") // payload
.withClaim("aud", "APP")
.withIssuedAt(iatDate) // sign time
.withExpiresAt(expiresDate) // expire time
.withClaim("name", "cy") // payload
.withClaim("user_id", "11222");
3.4JWT 签名（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，就构成整个JWT对象TOKEN， 就可以返回给用户。
3.4.1 Base64URL算法
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+、/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。
3.5 JWT的用法
客户端接收服务器返回的JWT，将其存储在Cookie或localStorage中。
此后，客户端将在与服务器交互中都会带JWT。如果将它存储在Cookie中，就可以自动发送，但是不会跨域，因此一般是将它放入HTTP请求的Header Authorization字段中。
Authorization: Bearer <token>
当跨域时，也可以将JWT被放置于POST请求的数据主体中。
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