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外观

JWT

约 2144 字大约 7 分钟

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2025-1-28

JWT实现了服务器侧的无状态，一种用于在网络应用场景中安全地传输声明的开放标准（RFC 7519）。它可以用于身份验证、授权信息传递或信息加密传输等场景。

基本结构

一个典型的 JWT 字符串用“.”分隔成三部分：

header.payload.signature

Header：描述 JWT 的元数据，通常包含两部分信息：

  1. 算法（alg）：签名或加密的算法，如 HS256（HMAC-SHA256）或 RS256（RSA-SHA256）。
  2. 类型（typ）：通常为 "JWT"。

Payload：实际的“声明”或“负载”数据，包含一系列键值对，例如用户ID、发行时间、过期时间等。

  • 常见的标准字段（RFC 7519 定义了部分字段）：
    • iss (Issuer): 签发者
    • sub (Subject): 面向的用户
    • aud (Audience): 接收方
    • exp (Expiration Time): 过期时间
    • nbf (Not Before): 在此时间之前不可用
    • iat (Issued At): 签发时间
    • jti (JWT ID): 唯一标识
  • 也可以添加自定义字段（如 user_id, role 等）。

signature：用于保证数据完整性，并验证 Header 和 Payload 未被篡改。

  • 首先将 header 和 payload 分别进行 Base64URL 编码，然后按以下方式生成签名：
signature = HMAC-SHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret_key )

如果使用的是对称加密算法，如 HS256，就需要客户端和服务端使用同一个 secret_key。
如果是非对称算法（如 RSA），会使用私钥进行签名、用公钥验证签名。

将这三部分用“.”拼接在一起，就构成了一个完整的 JWT 字符串，例如：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
.eyJ1c2VyX2lkIjoxMjMsInJvbGUiOiJhZG1pbiIsImlhdCI6MTY3MDIxMTgxMiwiZXhwIjoxNjcwMjE1NDEyfQ
.4mfAAg77YRqHz9u7f1oyWR-Ar4qnGoxc6Moav8-jkCM

对应的明文解码示例如下：

Header

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

Payload

{
  "user_id": 123,
  "role": "admin",
  "iat": 1670211812,
  "exp": 1670215412
}

总结

jwt的信息部分是明文传输的，包含一个对于信息的校验码。

使用场景

身份验证

  • 用户登录成功后，服务端生成一个带有用户信息（如 user_id, role 等）的 Token，返回给客户端。
  • 客户端在后续请求中，通常把 Token 放在 Authorization: Bearer <token> 头里发送给服务端。
  • 服务端通过验证签名和检查 exp（过期时间）等字段来确定 Token 是否有效，并解析出用户身份。

信息传输

  • 有时 JWT 可用于安全地传递某些信息（比如在微服务之间），确保对方能验证数据真实性。
  • 但要注意JWT 一般不可随意存放敏感数据，因为在没有额外加密情况下，任何人都可以解码（Base64URL 解码）看到 payload 内容；JWT 主要保证完整性，而非机密性。

分布式系统或无状态认证

  • 使用 JWT，可以在服务端不保存会话状态（无需 Session），每次客户端都带上 Token，服务端只要验证 Token 是否正确并未过期即可。
  • 减少了服务端维护 Session 的负担，适合分布式部署或微服务架构。

劣势

  • 难以主动失效

    • JWT 签发后，一般在到期前都是有效的，如果用户想要注销或服务器需要强制失效 Token，需要额外的策略，比如维护一个“黑名单”或在发行时引入可回收机制。

  • Payload 明文可读

    • 标准 JWT 如果不做加密，任何人都可 Base64 解码查看 Payload，因此不要把敏感信息（如密码、银行信息等）直接放在 Token 里。

  • Token 一旦泄露

    • 如果 Token 在未过期之前被攻击者获取，且没有办法主动失效，就会导致被盗用。

前端存储

Web 前端通常把 Token 存在 LocalStorage 或 HttpOnly Cookie 中。两者各有优劣，但推荐使用 HttpOnly Cookie，因为它能更好地防御 XSS 攻击。

LocalStorage

  • 优点:
    • 通过 JavaScript (localStorage.setItem(), localStorage.getItem()) 轻松访问和管理。
    • 容量较大（通常为 5-10MB）。
  • 缺点:
    • 容易受到 XSS (跨站脚本) 攻击。如果网站存在 XSS 漏洞，攻击者可以执行恶意脚本，读取并窃取 LocalStorage 中的所有数据，包括 JWT。这是其最致命的弱点。
    • 每次请求都需要手动将 Token 添加到请求头（例如 Authorization: Bearer <token>）。
  • 优点:
    • 更安全。设置了 HttpOnly 标志的 Cookie 不能通过 JavaScript 访问，可以有效防止 XSS 攻击窃取 Token。
    • 浏览器会自动将 Cookie 附加到所有对同源服务器的请求中，无需手动处理。
  • 缺点:
    • 可能受到 CSRF (跨站请求伪造) 攻击。因为浏览器会自动发送 Cookie，攻击者可以诱导用户在其他网站上点击一个链接，向你的应用发送恶意请求。可以通过设置 SameSite 属性（如 Strict 或 Lax）来有效缓解 CSRF 攻击。
    • 默认不能跨域使用（除非进行复杂的 CORS 配置）。

使用拦截器自动携带 Token (LocalStorage 方案)

当您选择将 JWT 存储在 LocalStorage 时，浏览器不会像处理 Cookie 那样自动在每个请求中携带它。因此，您需要在前端代码中手动将其附加到每个需要认证的 API 请求上。为了避免在每个请求函数中重复编写相同的代码，最佳实践是使用 HTTP 客户端库（如 axios）的 请求拦截器 (Request Interceptor)。

拦截器会在每个请求被发送到服务器之前“拦截”它，让您有机会修改请求配置，例如添加 Authorization 请求头。

下面是一个使用 axios 设置请求拦截器的示例：

import axios from 'axios';

// 1. 创建一个 axios 实例
const apiClient = axios.create({
  baseURL: 'https://api.example.com', // 你的 API 基础 URL
});

// 2. 设置请求拦截器
apiClient.interceptors.request.use(
  config => {
    // 从 LocalStorage 中获取 token
    const token = localStorage.getItem('jwt_token');

    // 如果 token 存在，则将其添加到请求头中
    if (token) {
      config.headers.Authorization = `Bearer ${token}`;
    }

    return config; // 返回修改后的配置
  },
  error => {
    // 处理请求错误
    return Promise.reject(error);
  }
);

// 3. 使用配置好的 axios 实例发起请求
// 现在所有通过 apiClient 发起的请求都会自动携带 Authorization 头
export const fetchUserData = () => {
  return apiClient.get('/user');
};

export const updateProfile = (data) => {
  return apiClient.post('/profile', data);
};

通过这种方式，您只需在项目入口处配置一次拦截器，所有后续的 API 请求就都能自动完成 Token 的携带，极大地简化了代码并提高了可维护性。

总结与交互图

综合来看，HttpOnly Cookie 结合 SameSite 属性是存储 JWT 的最佳实践。下面是使用 HttpOnly Cookie 进行身份验证的前后端交互流程图：

总结与交互图
总结与交互图

中间件实现

  • 以 golang-jwt/v5 来说明 jwt 工具的核心方法。
package utils

import (
	"errors"
	"time"

	"github.com/golang-jwt/jwt/v5"
	"github.com/google/uuid"
)

// Claims 结构定义了 JWT 的载荷（Payload），包含了自定义的数据和标准的注册声明。
type Claims struct {
	UserID uuid.UUID `json:"user_id"` // 自定义声明：用户ID
	Email  string    `json:"email"`   // 自定义声明：用户邮箱
	jwt.RegisteredClaims             // 嵌入标准声明，如 iss (issuer), exp (expiration time), sub (subject) 等
}

// GenerateToken 生成一个新的 JWT。
// userID: 用户唯一标识
// email: 用户邮箱
// secret: 用于签名的密钥
// expireHours: Token 的有效时间（小时）
func GenerateToken(userID uuid.UUID, email string, secret string, expireHours int) (string, error) {
	// 创建 Claims，包含自定义数据和过期时间
	claims := Claims{
		UserID: userID,
		Email:  email,
		RegisteredClaims: jwt.RegisteredClaims{
			// 设置过期时间
			ExpiresAt: jwt.NewNumericDate(time.Now().Add(time.Hour * time.Duration(expireHours))),
			// 设置签发时间
			IssuedAt:  jwt.NewNumericDate(time.Now()),
		},
	}

	// 使用指定的签名方法（HS256）和 Claims 创建一个新的 Token 实例
	token := jwt.NewWithClaims(jwt.SigningMethodHS256, claims)

	// 使用提供的密钥对 Token 进行签名，生成最终的 Token 字符串
	return token.SignedString([]byte(secret))
}

// ParseToken 解析并验证一个 JWT 字符串。
// tokenString: 待解析的 JWT
// secret: 用于验证签名的密钥
func ParseToken(tokenString string, secret string) (*Claims, error) {
	// 解析 Token。它需要三个参数：
	// 1. token 字符串
	// 2. 一个空的 Claims 结构体实例，用于填充解析出的数据
	// 3. 一个 Keyfunc 回调函数，用于提供验证签名的密钥
	token, err := jwt.ParseWithClaims(tokenString, &Claims{}, func(token *jwt.Token) (interface{}, error) {
		// 在回调函数中，返回用于签名的密钥
		// 在实际应用中，这里可能需要根据 token 的 header（例如 `alg` 字段）来选择不同的密钥
		return []byte(secret), nil
	})

	// 处理解析过程中可能发生的错误（例如，token格式错误、签名无效等）
	if err != nil {
		return nil, err
	}

	// 验证 Token 是否有效，并从 Token 中提取 Claims
	if claims, ok := token.Claims.(*Claims); ok && token.Valid {
		// 如果 token.Claims 能成功转换为 *Claims 类型，并且 token.Valid 为 true，则表示 Token 有效
		return claims, nil
	}

	// 如果 Token 无效，则返回错误
	return nil, errors.New("invalid token")
}

版权归属：Pray0

许可证：署名 4.0 国际 (CC-BY-4.0)

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