JWT 英文名是 Json Web Token ，是一种用于通信双方之间传递安全信息的简洁的、URL安全的表述性声明规范，经常用在跨域身份验证。

JWT 以 JSON 对象的形式安全传递信息。因为存在数字签名，因此所传递的信息是安全的。

在讲解 JWT 之前我们先来看一个问题。我们都知道 Internet 服务的身份验正过程是这样的，客户端向服务器发送登录名和登录密码，服务器验证后将对应的相关信息保存到当前会话中，这些信息包括权限、角色等数据。

服务器向客户端返回 Session ，Session 信息都会写入到客户端的 Cookie 中，后面的请求都会从 Cookie 中读取 Session 发送给服务器，服务器在收到 Session 后会对比保存的数据来确认客户端身份。

但是上述模式存在一个问题，无法横向扩展。在服务器集群或者面向服务且跨域的结构中，需要数据库来保存 Session 会话，实现服务器之间的会话数据共享。

在单点登录中我们会遇到上述问题，当有多个网站提供同一拨服务，那么我们该怎么实现在甲网站登陆后其他网站也同时登录呢？

其中一种方法是持久化 Session 数据，也就是上面所说的将 Session 会话存到数据库中。这个方法的优点是架构清晰明了。

但是缺点也非常明显，就是架构修改很困难，验证逻辑需要重写，并且整体依赖于数据库，如果存储 Session 会话的数据库挂掉那么整个身份认证就无法使用，进而导致系统无法登录。要解决这个问题我们就用到了 JWT 。

客户端身份经过服务器验证通过后，会生成带有签名的 JSON 对象并将它返回给客户端。客户端在收到这个 JSON 对象后存储起来。

在以后的请求中客户端将 JSON 对象连同请求内容一起发送给服务器，服务器收到请求后通过 JSON 对象标识用户，如果验证不通过则不返回请求的数据。

验证不通过的情况有很多，比如签名不正确、无权限等。在 JWT 中服务器不保存任何会话数据，使得服务器更加容易扩展。

在讲解 JWT 的组成结构前我们先来讲解一下 Base64URL 算法。这个算法和 Base64 算法类似，但是有一点区别。

我们通过名字可以得知这个算法使用于 URL 的，因此它将 Base64 中的 + 、 / 、 = 三个字符替换成了 - 、 _ ，删除掉了 = 。因为这个三个字符在 URL 中有特殊含义。

JWT 是由三段字符串和两个 . 组成，每个字符串和字符串之间没有换行（类似于这样：xxxxxx.yyyyyy.zzzzzz），每个字符串代表了不同的功能，我们将这三个字符串的功能按顺序列出来并讲解：

JWT 头描述了 JWT 元数据，是一个 JSON 对象，它的格式如下：

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

这里的 alg 属性表示签名所使用的算法，JWT 签名默认的算法为 HMAC SHA256 ， alg 属性值 HS256 就是 HMAC SHA256 算法。typ 属性表示令牌类型，这里就是 JWT。

有效载荷是 JWT 的主体，同样也是个 JSON 对象。有效载荷包含三个部分：

标准注册声明标准注册声明不是强制使用是的，但是我建议使用。它一般包括以下内容：

iss：jwt的签发者/发行人；

sub：主题；

aud：接收方；

exp：jwt过期时间；

nbf：jwt生效时间；

iat：签发时间

jti：jwt唯一身份标识，可以避免重放攻击

公共声明：可以在公共声明添加任何信息，我们一般会在里面添加用户信息和业务信息，但是不建议添加敏感信息，因为公共声明部分可以在客户端解密。

私有声明：私有声明是服务器和客户端共同定义的声明，同样这里不建议添加敏感信息。

下面这个代码段就是定义了一个有效载荷：

json{"exp":"201909181230","role":"admin","isShow":false}

哈希签名的算法主要是确保数据不会被篡改。它主要是对前面所讲的两个部分进行签名，通过 JWT 头定义的算法生成哈希。哈希签名的过程如下:

1. 指定密码，密码保存在服务器中，不能向客户端公开；

2. 使用 JWT 头指定的算法进行签名，进行签名前需要对 JWT 头和有效载荷进行 Base64URL 编码，JWT 头和邮箱载荷编码后的结果之间需要用 . 来连接。

简单示例如下：

HMACSHA256(base64UrlEncode(JWT 头) + "." + base64UrlEncode(有效载荷),密码)

最终结果如下：

base64UrlEncode(JWT 头)+"."+base64UrlEncode(有效载荷)+"."+HMACSHA256(base64UrlEncode(JWT 头) + "." + base64UrlEncode(有效载荷),密码)

在使用 JWT 时需要注意以下事项：

1. JWT 默认不加密，如果要写入敏感信息必须加密，可以用生成的原始令牌再次对内容进行加密；

2. JWT 无法使服务器保存会话状态，当令牌生成后在有效期内无法取消也不能更改；

3. JWT 包含认证信息，如果泄露了，任何人都可以获得令牌所有的权限；因此 JWT 有效期不能太长，对于重要操作每次请求都必须进行身份验证。

定义 JWT 头csharpstring jwtHeader = "{\"alg\":\"HS256\",\"typ\":\"JWT\"}";

定义有效载荷csharpstringexp = GetTimeStamp(DateTime.Now.AddHours(1));string jwtHeader = "{\"name\":\"zhangsan\",\"exp\":\"" + exp + "\",\"jti\":\"123123\"}";

加密 JWT 头和有效载荷生成哈希签名string signature = HMACSHA256(jwtHeaderBase64Url + "." + jwtPlayloadBase64Url,"123123");

按顺序链接三部分，最终形成 JWT：string jwtStr = jwtHeaderBase64Url + "." + jwtPlayloadBase64Url + "." + signature;

完整代码如下：

csharpstaticvoidMain(string[] args){string jwtHeader = "{\"alg\":\"HS256\",\"typ\":\"JWT\"}";string exp = GetTimeStamp(DateTime.Now.AddHours(1));string jwtPlayload = "{\"name\":\"zhangsan\",\"exp\":\"" + exp + "\",\"jti\":\"123123\"}";string jwtHeaderBase64Url = Base64Url(jwtHeader);string jwtPlayloadBase64Url = Base64Url(jwtPlayload);string signature = HMACSHA256(jwtHeaderBase64Url + "." + jwtPlayloadBase64Url,"123123");string jwtStr = jwtHeaderBase64Url + "." + jwtPlayloadBase64Url + "." + signature; Console.WriteLine(jwtStr); Console.ReadLine();}privatestaticstringHMACSHA256(string message, string key){var encoding = new System.Text.UTF8Encoding();byte[] keyByte = encoding.GetBytes(key);byte[] messageBytes = encoding.GetBytes(message);using (var hmacSHA256 = new HMACSHA256(keyByte)) {byte[] hashMessage = hmacSHA256.ComputeHash(messageBytes);return BitConverter.ToString(hashMessage).Replace("-", "").ToLower(); }}privatestaticstringBase64Url(string str){byte[] encodedBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(str);string base64EncodedText = Convert.ToBase64String(encodedBytes); base64EncodedText = base64EncodedText .Replace("=", String.Empty) .Replace('+', '-') .Replace('/', '_');return base64EncodedText;}privatestaticstringGetTimeStamp(DateTime dt){ DateTime startTime = TimeZone.CurrentTimeZone.ToLocalTime(new System.DateTime(1970, 1, 1, 0, 0, 0, 0)); DateTime nowTime = dt;long unixTime = (long)System.Math.Round((nowTime - startTime).TotalMilliseconds, MidpointRounding.AwayFromZero);return unixTime.ToString();}

运行结果如下：


上面的代码我们在造轮子，但是 NuGet 中已经有造好的轮子了。在 NuGet 中搜索 JWT 并安装。使用 JWT 包我们只需要自定义有效载荷和密码即可，可生成三段格式的字符串

JWT 生成代码如下：

staticvoidMain(string[] args){stringexp = GetTimeStamp(DateTime.Now.AddHours(1)); var payload = new Dictionary<string, object> { {"name", "zhangsan"}, {"exp", exp}, {"jti", "123123"} }; IJwtAlgorithm algorithm = new HMACSHA256Algorithm(); IJsonSerializer serializer = new JsonNetSerializer(); IBase64UrlEncoder urlEncoder = new JwtBase64UrlEncoder(); IJwtEncoder encoder = new JwtEncoder(algorithm, serializer, urlEncoder);string jwtStr= encoder.Encode(payload, "123123"); Console.WriteLine(jwtStr); Console.ReadLine();}

同样，我们可以利用 JWT 包对生成的 JWT 进行解密，代码如下：

IDateTimeProvider provider = new UtcDateTimeProvider();IJwtValidator validator = new JwtValidator(serializer, provider);IJsonSerializer serializer = new JsonNetSerializer();IBase64UrlEncoder urlEncoder = new JwtBase64UrlEncoder();IJwtDecoder decoder = new JwtDecoder(serializer, validator, urlEncoder);var json = decoder.Decode(jwtStr, "123123", verify: true);

上述代码在项目中可以直接拿来用，只需修改其中的有效载荷和密码。

本篇首先讲解了 JWT 的相关知识，然后通过自定义的方式和调用 JWT 包的方式手动创建了 JWT 。文章所讲的内容大家一定要切记，这些知识在开发中至关重要，在最后再补充两个小知识：

1. 客户端发送 JWT 发送给服务器时，最好把 JWT 放在HTTP请求的Header Authorization，格式是:Authorization: Bearer jwt。

2. JWT 不仅仅可以实现身份认证还可以在跨域 post 请求时将请求参数加入到有效载荷中，实现 post 跨域请求。

作者简介：朱钢，笔名喵叔，CSDN博客专家，.NET高级开发工程师，7年一线开发经验，参与过电子政务系统和AI客服系统的开发，以及互联网招聘网站的架构设计，目前就职于北京恒创融慧科技发展有限公司，从事企业级安全监控系统的开发。CSDN博客地址：https://programercat.blog.csdn.net/