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

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，由此得到用户的身份。
   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 JWT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，从而比较容器实现扩展。

3 JWT数据结构

实际的JTW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

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，也就是请求的用户。
• 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，还可以在这个部分定义私有字段。

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+、/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。

4 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。

5 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。

6 token与JWT区别

常规的令牌（Token）和JWT（JSON Web Token）之间有一些区别，主要体现在以下几个方面：

1. 格式：常规的令牌可以采用各种格式，如随机字符串、UUID、加密字符串等。而JWT是一种特定的令牌格式，使用JSON结构来表示令牌的内容。

2. 结构：常规的令牌通常只包含令牌本身的信息，而JWT由三个部分组成：头部（Header）、载荷（Payload）和签名（Signature）。头部包含令牌的类型和签名算法，载荷包含有关用户和其他相关信息的声明，签名用于验证令牌的完整性。

3. 签名和验证：常规的令牌可能需要通过其他方式进行签名和验证，如使用对称加密或非对称加密算法。而JWT使用基于密钥的签名算法来验证令牌的完整性和真实性。

4. 可扩展性：JWT具有较高的可扩展性，可以在载荷部分自定义声明来传递额外的信息。常规的令牌通常没有这种灵活性，需要通过其他方式传递额外的信息。

5. 无状态性：JWT是一种无状态的令牌，即服务器不需要存储任何会话状态。常规的令牌可能需要服务器存储会话状态，以便验证和授权请求。

总的来说，JWT是一种特定的令牌格式，具有结构化的JSON表示和基于密钥的签名验证机制。它提供了一种轻量级、可扩展和无状态的身份验证和授权解决方案。而常规的令牌可能采用不同的格式和验证方式，具体实现方式可能因应用程序和协议的不同而有所差异。