JWT 剖析：标头、载荷与签名

JSON Web 令牌（JWT）是一种在 RFC 7519 中定义的紧凑、适合 URL 使用的令牌格式。它将声明（关于某个主体的断言）和密码学签名编码在一个字符串中，从而支持无状态身份验证。

JWT 的形式为：base64url(header).base64url(payload).base64url(signature)。句点用于分隔各个部分。标头和载荷可以读取（经过 base64url 编码，但未加密）。只有签名部分涉及密码学运算。

标头是一个 JSON 对象：{"alg":"HS256","typ":"JWT"}。alg 指定签名算法（HS256、RS256、ES256、none）。typ 始终为 "JWT"。其他标头还包括用于选择密钥的 kid（密钥 ID）。

标准注册声明包括：iss（颁发者）、sub（主体）、aud（受众）、exp（过期时间的 Unix 时间戳）、nbf（生效时间）、iat（签发时间）和 jti（用于吊销的 JWT ID）。自定义声明可以是任意其他键值对。

import base64, json token = "eyJ..." parts = token.split(".") header = json.loads(base64.urlsafe_b64decode(parts[0]+"==")) payload = json.loads(base64.urlsafe_b64decode(parts[1]+"==")) print(header, payload)

对于 HS256：HMAC-SHA256(base64url(header)+"."+base64url(payload), secret)。接收方会重新计算该值，并将其与签名部分进行比较。如果两者匹配且令牌未过期，则令牌有效。

对于 RS256，私钥使用 RSA-SHA256 为 header.payload 字符串签名。任何拥有公钥的一方都可以在不持有私钥的情况下进行验证。公钥通过 JWKS（JSON Web 密钥集）端点分发，例如 /.well-known/jwks.json。

Base64url 将 + 替换为 -，将 / 替换为 _，并省略 = 填充。这使 JWT 可以安全地用于 URL、HTTP 标头和 cookie，而无需进行百分号编码。原始字节仍未加密，只是经过编码。

任何人都可以对 JWT 载荷进行 base64url 解码并查看其内容。除非使用 JWE（JSON Web 加密）以及 "enc" 算法进行实际加密，否则绝不要将秘密（密码、SSN）放入 JWT 载荷。

应将 exp 设置为较短的时长（访问令牌通常为 15–60 分钟）。长期有效的 JWT 会累积风险：一旦被盗，在过期前始终有效。请使用安全存储的刷新令牌来签发新的短期访问令牌。

身份验证提供商（Auth0、Keycloak、Google）会发布 JWKS URL。验证方根据 kid 获取公钥并进行缓存，因此无需针对每个请求联系颁发方即可验证签名。密钥轮换会更新 JWKS 端点。

JWT 由三个经过 base64url 编码的 JSON 部分组成：标头（算法）、载荷（声明）和签名。载荷可读取，并未加密。下一步：在 HS256 和 RS256 之间进行选择。