身份认证：JSON Web Token

JSON Web Token（JWT）是一种基于JSON的开放标准（(RFC 7519)，也是目前最流行的跨域认证解决方案。

传统的 cookie 认证方式看起来遵守了 REST 架构的无状态要求，但在 REST 式 Web 服务中使用 cookie 有点不现实，因为 Web 浏览器之外的客户端很难提供对 cookie 的支持。鉴于此，在 API 中使用 JWT 是一个很好的设计选择。

一、JWT原理

服务器认证以后，生成一个 JSON 对象，发回给用户。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。

二、JTW的结构

JWT 是一个很长的字符串，中间用点（.）分隔成三个部分：

• Header（头部）

• Payload（负载）

• Signature（签名）

2.1 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"
}

• 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。

2.2 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，还可以在这个部分定义私有字段，Payload JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串

注：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。

2.3 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。

三、JWT的使用方式

最好的做法是放在 HTTP 请求的头信息Authorization字段里面

Authorization: Bearer <token>

四、JWT的特点

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。

五、PyJWT示例

>>> import jwt
>>> encoded = jwt.encode({"some": "payload"}, "secret", algorithm="HS256")
>>> print(encoded)
eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJzb21lIjoicGF5bG9hZCJ9.Joh1R2dYzkRvDkqv3sygm5YyK8Gi4ShZqbhK2gxcs2U
>>> jwt.decode(encoded, "secret", algorithms=["HS256"])
{'some': 'payload'}

参考

pyjwt doc，by pyjwt

JSON Web Token 入门教程，by 阮一峰

Authentication vs. Authorization Defined: What’s the Difference?，by lrshivangini