前言
在现代 Web 应用和微服务架构中，JWT（JSON Web Token） 已成为一种广泛使用的身份认证和授权标准。它通过 无状态 的方式传递信息，使得用户能够跨多个服务进行认证和授权。与传统的基于会话的身份验证方式不同，JWT 提供了更加灵活、轻量且可扩展的认证机制。
本文将详细讲解 JWT 的工作原理，探讨其与传统身份验证方式的区别，分析 JWT 的结构、优缺点以及在集群部署中的应用。
JWT 令牌与传统方式的区别
无状态性
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JWT ：JWT 是一种 无状态 的认证方式。即服务器不需要存储任何关于会话的信息，所有的用户信息都可以通过 JWT 令牌直接携带，令牌中包含用户的身份信息以及授权信息，服务器只需验证令牌的有效性即可。
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传统会话认证：传统的会话认证通常依赖于服务器端存储会话数据（如存储在内存中或数据库中）。每次请求都需要查询会话存储，增加了服务器负担，并且对跨域支持较差。
安全性
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JWT ：JWT 令牌通常采用 签名 和 加密 的方式来确保数据的完整性和安全性。即使攻击者拦截了令牌，也无法篡改数据，因为没有密钥，无法生成合法的签名。
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传统会话认证 ：传统认证通过 session ID 来标识用户，在一些情况下，session ID 可以被盗用或伪造，存在安全隐患。
跨域支持
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JWT ：JWT 是 跨域 支持的，这意味着它可以在不同的子域之间共享认证信息。在现代应用中，通常会有多个微服务或前后端分离架构，JWT 通过 HTTP 头传递信息，可以轻松跨域使用。
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传统会话认证 ：传统的基于 cookie 的会话认证，通常受限于浏览器的 同源策略 ，跨域请求时需要特别处理，如使用
CORS（跨域资源共享）。
JWT 令牌的结构
JWT 令牌通常由三个部分组成：头部、载荷和签名。每部分通过 . 分隔。
头部（Header）
头部通常由两部分组成：
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类型（typ） ：通常为
JWT。 -
签名算法（alg） ：指示使用的签名算法，如 HS256 （HMAC SHA-256）、RS256（RSA SHA-256）等。
例如：
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}载荷（Payload）
载荷部分包含了要传递的数据，称为 声明（Claims），声明有三种类型：
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注册声明（Registered Claims） ：预定义的声明，例如
iss（签发者）、exp（过期时间）、sub（主题）等。 -
公共声明（Public Claims）：可以自定义的声明，但需避免冲突。
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私有声明（Private Claims）：服务端定义的自定义声明，用于数据交换。
例如：
{
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"iat": 1516239022
}签名（Signature）
签名是将头部和载荷使用指定的算法和密钥进行加密生成的。签名的作用是确保数据没有被篡改，并验证发令者的身份。
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使用
HMAC（对称加密算法）时，密钥是预设的密钥。 -
使用
RSA（非对称加密算法）时，密钥对包括公钥和私钥。
签名的计算方式：
HMACSHA256(
base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload),
secret)JWT 解决集群部署中的问题
集群部署 是指多个服务器或服务节点共同工作，通过分布式系统来提升性能和可扩展性。
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在传统会话管理中，会话数据 存储在单个服务器或数据库上，这在集群环境中带来了 会话同步 的问题。多个服务器无法共享同一会话数据，可能导致 用户请求的跳转 和 会话丢失。
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JWT 的无状态性使得每个服务都可以独立验证请求中的令牌，而不需要共享会话数据。这样可以避免会话同步问题，每个服务都能够自主验证用户身份，实现 负载均衡 和 扩展性。
JWT 的缺点及解决方案
JWT 的缺点
虽然 JWT 提供了高效的认证机制，但它也有一定的缺点：
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一旦派发，不能撤销：JWT 令牌一旦发出，不能直接撤销，这意味着如果令牌泄露，攻击者可以在令牌过期之前持续使用它。
解决方案：
- 黑名单机制：通过记录已失效的令牌（例如存储在数据库中），在验证 JWT 时检查令牌是否在黑名单中。
JWT 泄露问题及解决方案
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JWT 泄露后怎么办？：如果 JWT 令牌泄露，攻击者可以在有效期内伪造身份。
解决方案：
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失效令牌：在用户登出或会话过期时，主动使 JWT 令牌失效。
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刷新令牌：使用刷新令牌机制（Refresh Token），通过刷新令牌获取新的访问令牌，控制令牌的生命周期。
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黑名单机制：将失效的 JWT 令牌加入黑名单，防止其继续被使用。
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前端如何存储 JWT
JWT 令牌通常存储在 浏览器的 localStorage 或 sessionStorage 中，具体存储方式取决于应用的需求：
- localStorage：数据存储在浏览器的本地存储中，除非手动清除，数据会一直存在，适用于长期存储。
- sessionStorage：数据只在当前会话中有效，关闭浏览器或标签页后，数据会丢失，适用于临时存储。
另外，JWT 也可以存储在 Cookie 中，通过设置 HttpOnly 属性增强安全性，防止 XSS 攻击。
总结
JWT 是一种 轻量级 、无状态 的认证机制，通过签名和加密确保安全性，在现代应用中得到了广泛应用。它不仅简化了跨服务的认证流程，还解决了传统会话管理中出现的 会话同步 问题。
总结要点：
- JWT 令牌结构：包括头部、载荷和签名，确保数据的完整性和安全性。
- 集群部署：JWT 的无状态性使得它非常适合分布式环境，避免了会话同步问题。
- JWT 的缺点和解决方案：JWT 一旦发出无法撤销，可以通过黑名单、失效令牌和刷新令牌等方式解决安全问题。
- JWT 存储：JWT 通常存储在浏览器的 localStorage、sessionStorage 或 Cookie 中，确保高效且安全地使用。