JWT的介绍与在Fastapi框架中的应用

什么是JWT

JWT (JSON Web Token) 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以 JSON 对象的形式传输信息。由于这些信息经过数字签名，因此可以被验证和信任。JWT 可以使用密钥（采用HMAC算法）或使用RSA或ECDSA 的公钥/私钥对进行签名。

虽然 JWT 可以通过加密来保障各方之间的隐私，但我们将重点介绍签名令牌。签名令牌可以验证其所含声明的完整性，而加密令牌则会向其他方隐藏这些声明。使用公钥/私钥对对令牌进行签名时，签名还能证明只有持有私钥的一方才是签名者。

JWT应用场景

以下是 JSON Web Tokens 有用的一些场景：

• 授权：这是使用 JWT 最常见的场景。用户登录后，每个后续请求都将包含 JWT，允许用户访问该令牌允许的路由、服务和资源。单点登录是如今 JWT 广泛使用的一项功能，因为它开销小，并且易于跨域使用。

• 信息交换：JSON Web Token 是各方之间安全传输信息的有效方式。由于 JWT 可以签名（例如，使用公钥/私钥对），因此您可以确保发送者的身份与其声明相符。此外，由于签名是使用标头和有效负载计算得出的，因此您还可以验证内容未被篡改。

JSON Web Token 结构是什么？

JSON Web Token由以下三部分组成，中间用点连接：

• 标题
• 有效载荷
• 签名

标题

标头通常由两部分组成：令牌的类型（即 JWT）和正在使用的签名算法（例如 HMAC SHA256 或 RSA）。

例如：

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

然后，将此 JSON 经过Base64Url编码，形成 JWT 的第一部分。

有效载荷

令牌的第二部分是有效负载，其中包含声明。声明是关于实体（通常是用户）及其附加数据的声明。声明分为三种类型：已注册声明、公共声明和私有声明。

声明：这些是一组预定义的声明，虽然不是强制性的，但建议使用，以提供一组有用且可互操作的声明。其中包括： iss（颁发者）、 exp（到期时间）、 sub（主题）、 aud（受众）等。

请注意，由于 JWT 要求紧凑，因此声明名称只有三个字符。

有效载荷示例如下：

{"sub": "1234567890","name": "John Doe","admin": true
}

然后对有效负载进行Base64Url编码以形成 JSON Web Token 的第二部分。

请注意，对于签名令牌，这些信息虽然受到保护以防止篡改，但任何人都可以读取。除非已加密，否则请勿将机密信息放入 JWT 的有效负载或标头元素中。

签名

要创建签名部分，您必须获取编码的标头、编码的有效负载、秘密、标头中指定的算法，然后对其进行签名。

例如，如果您想使用 HMAC SHA256 算法，则签名将以以下方式创建：

HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." +base64UrlEncode(payload),secret)

签名用于验证消息在传输过程中未被更改，并且，在使用私钥签名的令牌的情况下，它还可以验证 JWT 的发送者是否是其声称的那个人。

整合

输出是三个由点分隔的 Base64-URL 字符串，可以在 HTML 和 HTTP 环境中轻松传递，同时与基于 XML 的标准（如 SAML）相比更加紧凑。

下面显示了一个对前面的标头和有效负载进行了编码的 JWT，并且使用密钥进行了签名。 编码的 JWT

如果您想使用 JWT 并将这些概念付诸实践，可以使用jwt.io Debugger来解码、验证和生成 JWT。

JSON Web Tokens 如何工作？

在身份验证中，当用户使用其凭证成功登录时，将返回一个 JSON Web Token。由于 token 是凭证，因此必须格外小心，以防止出现安全问题。通常情况下，不应将 token 保留超过规定时间。并且由于缺乏安全性，也不应将敏感的会话数据存储在浏览器存储中。

每当用户想要访问受保护的路由或资源时，用户代理都应该发送 JWT，通常在请求头的Authorization标头中使用Bearer模式。标头内容应如下所示：

Authorization: Bearer <token>

下图展示了如何获取 JWT 以及如何使用它来访问 API 或资源：

1. 应用程序或客户端向授权服务器请求授权。
2. 当授权被授予时，授权服务器会向应用程序返回访问令牌。
3. 应用程序使用访问令牌来访问受保护的资源（如 API）。

未完待续。。。