📚 课程目录第2章 JWT结构解析

2. JWT 结构解析：Header、Payload、Signature 的组成与作用

JWT（JSON Web Token）是一种紧凑的、自包含的认证授权数据载体。一个完整的 JWT 由三个独立的部分组成，它们通过 点号（.） 连接，形成如下结构：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.
eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.
SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

每一段都经过 Base64URL 编码，分别对应 Header（头部）、Payload（载荷） 和 Signature（签名）。下面逐一拆解其组成与作用。

2.1 Header（头部）—— 算法与类型声明

Header 是 JWT 的第一段，通常包含两个核心字段：令牌类型（typ）和签名算法（alg）。

字段	含义	常见值	说明
`typ`	令牌类型	`JWT`	固定为 JWT，表示这是一个 JSON Web Token
`alg`	签名算法	`HS256` / `RS256` / `ES256`	指定签名使用的加密算法，HS256 为对称，RS256 为非对称

解码后的 Header 示例：

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

  作用：Header 告诉验证方“这个令牌用什么算法签名”，验证方必须使用相同的算法进行签名校验。如果攻击者篡改 alg 为 none，服务端未做校验则可能导致安全漏洞。

2.2 Payload（载荷）—— 声明数据

Payload 是 JWT 的第二段，存放实际的数据声明（Claims）。声明分为三类：

注册声明（Registered Claims）： 预定义的标准化字段，如 iss（签发者）、sub（主题）、aud（受众）、exp（过期时间）、iat（签发时间）、jti（JWT ID）。
公共声明（Public Claims）： 由使用方自定义，建议在 IANA JSON Web Token Registry 注册或使用命名空间避免冲突。
私有声明（Private Claims）： 双方约定使用的自定义字段，如 user_id、role、permissions。

解码后的 Payload 示例：

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "iat": 1516239022,
  "exp": 1516242622,
  "role": "admin"
}

声明类型	示例字段	是否必须	说明
注册声明	`exp`, `iat`, `sub`	推荐使用	提供标准语义，便于互操作
公共声明	`https://example.com/is_admin`	可选	建议使用 URI 避免冲突
私有声明	`user_id`, `role`	可选	双方约定，不对外公开

安全提醒：Payload 仅经过 Base64URL 编码，不是加密。任何人都可以解码读取其中的内容。严禁在 Payload 中存放密码、密钥、身份证号等敏感信息。

2.3 Signature（签名）—— 防篡改核心

Signature 是 JWT 的第三段，用于验证令牌在传输过程中是否被篡改，并确认签发者的身份。它的生成过程如下：

将 Header 和 Payload 分别进行 Base64URL 编码。
用点号连接编码后的 Header 和 Payload，形成签名输入字符串。
使用 Header 中指定的算法（如 HMAC-SHA256），结合一个密钥（Secret）对输入字符串进行签名。
将生成的签名进行 Base64URL 编码，得到 Signature 段。

伪代码表示：

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

关键理解：Signature 依赖密钥。如果使用对称算法（HS256），签发和验证使用同一个密钥；如果使用非对称算法（RS256），签发使用私钥，验证使用公钥。服务端验证时，会重新计算签名并与 JWT 中的签名比对，不一致则直接拒绝。

2.4 三部分协作关系图

下图展示了 JWT 从生成到验证的完整流程，以及 Header、Payload、Signature 三者的协作关系：

alg: none，必须强制校验签名。

2.5 三部分对比总结

组成部分	编码方式	是否加密	核心作用	安全关注点
Header	Base64URL	否	声明算法与类型	防止算法降级攻击（如 `alg: none`）
Payload	Base64URL	否	存放声明数据	禁止存放敏感信息，注意 `exp` 校验
Signature	Base64URL	否（但依赖密钥）	防篡改、身份验证	密钥安全存储，算法强度足够

  实战口诀：Header 看算法，Payload 存数据，Signature 保安全。三部分缺一不可，任何一段被篡改，签名校验都会失败。