[01-jwt]C# JWT基礎知識詳解
本文章內容翻譯自JWT官網，並融入了部分筆者的思想內容。希望給其他小夥伴在學習這部分內容時帶來一定的幫助。
一、什麼是JWT？
JWT是簡寫，全稱是JSON Web Token。
JSON Web Token（JWT）是一種開放標準（RFC 7519），它定義了一種緊湊（Compact）且自包含（Self-contained）的方式，用於在各方之間以JSON對象的形式安全傳輸信息。此信息可以驗證和信任，因為它是經過數字簽名的。JWT可以使用密鑰（使用HMAC算法）或使用RSA或ECDSA的公鑰/私鑰對進行簽名。
下面進一步解釋這個定義中的一些概念：
·緊湊（Compact）：由於它的大小，它可以通過 URL、POST 參數或 HTTP 標頭內部發送。此外，由於它的大小，它的傳輸速度很快。
·自包含（Self-contained）：有效載荷（後面介紹）中包含有關用戶的所有必需信息，可以避免多次查詢數據庫。雖然JWT可以加密以在各方之間提供保密性，但我們將重點專註於簽名令牌。簽名的令牌可以驗證其中包含的聲明的完整性，而加密的令牌會向其他方隱藏這些聲明。當使用公鑰/私鑰對對令牌進行簽名時，簽名還證明只有持有私鑰的一方才是簽署它的一方。
二、什麼時候應該使用 JSON Web Token？
以下是一些JSON Web token非常有用的場景：
- 授權（Authorization）：這是使用JWT最常見的場景。用戶登錄後，每個後續請求都將包含JWT，從而允許用戶訪問該令牌允許的路由、服務和資源。單點登錄是當今廣泛使用JWT的一項功能，因為它的開銷很小，並且能夠在不同的域中輕鬆使用。
- 信息交換（Information Exchange）：JSON Web Token是在各方之間安全傳輸信息的好方法。因為可以對 JWT 進行簽名（例如，使用公鑰/私鑰對），所以您可以確定發件人就是他們所說的那個人。此外，由於使用標頭和有效負載計算簽名，您還可以驗證內容沒有被篡改。
三、JSON Web Token 結構是什麼？
在其緊湊的形式中，JSON Web token由三部分組成，三部分由點（.）分隔，它們是：
- 標頭（Header）
- 有效載荷（Payload）
- 簽名（Signature）
因此，JWT結構通常如下所示：
xxxxx.yyyyy.zzzzz接下來，讓我們把不同的部分分解一下。
1、標頭（Header）
標頭通常由兩部分組成：
- 令牌的類型，即JWT
- 正在使用的簽名算法，例如HMAC SHA256或RSA。
例如：
{
"alg": "HS256", //簽名算法
"typ": "JWT" //類型
}然後，這個 JSON 被Base64Url編碼以形成 JWT 的第一部分。
2、有效載荷（Payload）
令牌的第二部分是有效載荷，其中包含聲明。聲明是關於實體（通常是用戶）和附加數據的陳述。聲明分為三種類型：
- 註冊（registered）聲明
- 公開（public）聲明
- 私有（private ）聲明
- 註冊聲明（Registered claims）：這些是一組預定義的聲明，它們不是強制性的，但建議使用，以提供一組有用的、可互操作的聲明。其中一些是： iss（發行人）、 exp（到期時間）、 sub（主題）、 aud（受眾）等。
請注意，聲明名稱只有三個字符長，因為JWT是緊湊的。- 公開聲明（Public claims）：這些可以由使用 JWT 的人隨意定義。但是為了避免衝突，它們應該在IANA JSON Web Token Registry中定義，或者定義為包含抗衝突命名空間的 URI。
- 私人聲明（Private claims）：這些是為在同意使用它們的各方之間共享信息而創建的自定義聲明，既不是註冊聲明也不是公共聲明。
一個有效載荷的示例可能是下面這個樣子：
{
"iss": "xx網站", //發行人
"name": "張歐昊辰", //全名
"email": "[email protected]", //郵箱
"admin": true //是否是管理員
}然後，對有效負載進行Base64Url編碼以形成 JWT的第二部分。
- 請注意，對於已簽名的令牌，此信息雖然受到保護以防篡改，但任何人都可以讀取。除非已加密，否則請勿將機密信息放入 JWT 的有效負載或標頭元素中。
3、簽名（Signature）
要創建簽名部分，必須獲取編碼的標頭、編碼的有效負載、密鑰、標頭中指定的算法，並對其進行簽名。
例如，如果想使用 HMAC SHA256 算法，簽名將通過以下方式創建：
HMACSHA256(
base64UrlEncode(header) + "." +
base64UrlEncode(payload),
secret)簽名用於驗證消息在此過程中沒有被更改，並且在使用私鑰簽名的令牌的情況下，它還可以驗證 JWT 的發送者就是它所說的那個人。
4、把所有的放在一起
輸出是三個用點分隔的 Base64-URL 字符串，可以在 HTML 和 HTTP 環境中輕鬆傳遞，同時與基於 XML 的標準（如 SAML）相比更緊湊。
下面顯示了一個 JWT，該 JWT 具有先前的標頭和有效負載編碼，並使用密鑰簽名。 
四、JSON Web Token是如何工作？
在身份驗證中，當用戶使用其憑據成功登錄時，將返回一個 JSON Web Token。由於令牌是憑據，因此必須非常小心以防止出現安全問題。通常，不應將令牌保留超過所設置的過期時間。
由於缺乏安全性，也不應該在瀏覽器存儲中存儲敏感的會話數據。
每當用戶想要訪問受保護的路由或資源時，用戶代理應該發送 JWT，通常在Authorization標頭中使用Bearer模式。
標頭的內容應如下所示：
Authorization: Bearer <token>在某些情況下，這可以是一種無狀態授權驗證機制，因為用戶狀態永遠不會保存在服務器內存中。服務器的受保護路由將檢查Authorization標頭中是否存在有效的 JWT，如果存在，則允許用戶訪問受保護的資源。由於 JWT 是自包含的，所有必要的信息都在那裡，減少了返回和轉發到數據庫的需要。
這允許完全依賴無狀態的數據 API，甚至可以向下游服務發出請求。如果令牌在Authorization標頭中發送，則跨域資源共享 (CORS) 不會成為問題，因為它不使用 cookie。
特別注意，使用簽名令牌時，令牌中包含的所有信息都會向用戶或其他方公開，即使他們無法更改，這也意味着不應將秘密信息放入令牌中。
五、為什麼我們應該使用 JSON Web Tokens？
下面我們談一談JSON Web Tokens (JWT)與Simple Web Tokens (SWT)和Security Assertion Markup Language Tokens (SAML)相比的優勢。
- 由於 JSON 不像 XML 那樣冗長，因此在對其進行編碼時，它的大小也更小，這使得 JWT 比 SAML 更緊湊。這使得 JWT 成為在 HTML 和 HTTP 環境中傳遞的不錯選擇。
- 安全方面，SWT 只能通過使用 HMAC 算法的共享密鑰進行對稱簽名。但是，JWT 和 SAML 令牌可以使用 X.509 證書形式的公鑰/私鑰對進行簽名。與簽署 JSON 的簡單性相比，使用 XML 數字簽名簽署 XML 而不引入隱蔽的安全漏洞是非常困難的。
- JSON 解析器在大多數編程語言中都很常見，因為它們直接映射到對象。相反，XML 沒有自然的文檔到對象映射。這使得使用 JWT 比使用 SAML 斷言更容易。
- 關於使用，JWT 用於 Internet 規模。這突出了 JSON Web Token在多個平台（尤其是移動平台）上客戶端處理的便利性。
下圖為編碼的 JWT 和編碼的 SAML 的長度比較
The End……
