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、URL安全的令牌表示方式，用于在各方之间以JSON对象的形式安全传输信息。一个标准的JWT由三个独立的部分组成，以点号（.）分隔：Header（头部）、Payload（载荷）、Signature（签名）。其典型结构如下：
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c上述字符串中，第一部分是Base64URL编码后的Header，第二部分是Base64URL编码后的Payload，第三部分是使用指定算法和密钥生成的Signature。
2.1 Header（头部）
Header 是 JWT 的第一部分，通常包含两个关键字段：令牌类型（typ）和签名算法（alg）。它使用 Base64URL 编码，但请注意：Base64URL 编码不是加密，任何人都可以解码查看其内容。
| 字段 | 含义 | 示例值 | 说明 |
|---|---|---|---|
alg |
签名算法（Algorithm） | HS256、RS256、ES256 |
指定生成签名所使用的算法，是验证令牌完整性的核心 |
typ |
令牌类型（Type） | JWT |
声明该令牌为 JWT，帮助解析器识别 |
cty |
内容类型（Content Type） | JWT（可选） |
当 JWT 嵌套使用时，声明内部结构类型 |
常见算法对比：
- HS256（HMAC with SHA-256）：对称加密，签名和验证使用同一个密钥。适合单一服务内部使用。
- RS256（RSA with SHA-256）：非对称加密，使用私钥签名、公钥验证。适合微服务间或第三方认证。
- ES256（ECDSA with SHA-256）：基于椭圆曲线的非对称算法，密钥更短，性能更高。
// 原始 Header JSON
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
// Base64URL 编码后
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ92.2 Payload（载荷）
Payload 是 JWT 的第二部分，包含实际要传递的声明（Claims）。声明是关于实体（通常是用户）和附加数据的陈述。Payload 同样使用 Base64URL 编码，不提供机密性保护，因此绝对不要在此存放密码、密钥等敏感信息。
声明分为三类：
| 类别 | 字段 | 全称 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 注册声明 （Registered Claims） |
iss |
Issuer | 签发者，标识签发该 JWT 的实体 |
sub |
Subject | 主题，通常为用户的唯一标识 | |
aud |
Audience | 接收方，标识该 JWT 的目标受众 | |
exp |
Expiration Time | 过期时间，UNIX 时间戳，过期后令牌无效 | |
nbf |
Not Before | 生效时间，在此之前令牌不可用 | |
iat |
Issued At | 签发时间，UNIX 时间戳 | |
jti |
JWT ID | 令牌唯一标识，用于防止重放攻击 | |
| 公共声明 （Public Claims） |
自定义 | — | 在 IANA JSON Web Token Registry 中注册或使用防冲突命名空间（如 URL） |
| 私有声明 （Private Claims） |
自定义 | — | 双方约定使用的自定义字段，不注册，需避免命名冲突 |
// 原始 Payload JSON
{
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"iat": 1516239022,
"role": "admin",
"permissions": ["read", "write", "delete"]
}
// Base64URL 编码后
eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyLCJyb2xlIjoiYWRtaW4iLCJwZXJtaXNzaW9ucyI6WyJyZWFkIiwid3JpdGUiLCJkZWxldGUiXX0最佳实践：Payload 中只存放必要的最小信息，如用户 ID、角色、权限范围。避免存放完整的用户对象或敏感数据。对于需要保密的信息，应使用 JWE（JSON Web Encryption）进行加密。
2.3 Signature（签名）
Signature 是 JWT 的第三部分，用于验证令牌在传输过程中未被篡改，并确认发送者的身份。签名由以下三部分通过指定算法计算得出：
- 编码后的 Header
- 编码后的 Payload
- 一个密钥（Secret）
签名生成公式（以 HS256 为例）：
HMACSHA256(
base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload),
secret
)验证过程：接收方使用相同的密钥和算法，对接收到的 Header 和 Payload 重新计算签名，然后与令牌中的签名进行比较。如果一致，则令牌未被篡改；否则令牌无效。
2.4 三部分协同工作
JWT 的三个部分各司其职，共同构建了一个安全、可验证的身份令牌：
- Header 告诉系统“用什么算法”来验证签名。
- Payload 告诉系统“谁在请求”以及“有什么权限”。
- Signature 确保 Header 和 Payload 没有被篡改，并且确实由可信的签发者生成。
安全警告：
- 永远不要在 JWT 的 Payload 中存储密码、密钥、信用卡号等敏感信息。
- 始终验证
alg字段，防止算法混淆攻击（攻击者将RS256改为HS256并使用公钥作为密钥验证）。 - 设置合理的
exp（过期时间），避免令牌长期有效。 - 使用 HTTPS 传输 JWT，防止中间人截获。
2.5 完整 JWT 示例
以下是一个包含三个部分的完整 JWT 令牌及其解码后的内容：
// 完整 JWT
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyLCJyb2xlIjoiYWRtaW4ifQ.tXU1VZq0X5Z0X5Z0X5Z0X5Z0X5Z0X5Z0X5Z0X5Z0
// 解码后的 Header
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
// 解码后的 Payload
{
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"iat": 1516239022,
"role": "admin"
}
// 签名（二进制，不可读）
[HMACSHA256 计算结果]