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[Lv1] JWT 的結構是什麼？

面試官常會接著問：「JWT 長什麼樣子？為什麼要這樣設計？」搞清楚結構、編碼方式與驗證流程，就能快速回答。

1. 基本輪廓​

JWT（JSON Web Token）是一種 自包含（self-contained） 的 Token 格式，用來在雙方之間安全地傳遞資訊。內容由三段字串構成，使用 . 串接：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkphbmUgRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

拆開來看就是三個 Base64URL 編碼的 JSON：

  1. Header：描述 Token 使用的演算法、類型。
  2. Payload：存放使用者資訊與宣告（claims）。
  3. Signature：用密鑰簽章，確保內容未被竄改。

2. Header、Payload、Signature 詳解​

2.1 Header（標頭）​

{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}
  • alg：簽章演算法，例如 HS256（HMAC + SHA-256）、RS256（RSA + SHA-256）。
  • typ：Token 類型，通常為 JWT。

2.2 Payload（載荷）​

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "Jane Doe",
  "iat": 1516239022,
  "exp": 1516242622,
  "role": "admin"
}
  • Registered Claims（官方保留，但非必填）：
    • iss（Issuer）：簽發者
    • sub（Subject）：主題（通常是使用者 ID）
    • aud（Audience）：接收對象
    • exp（Expiration Time）：到期時間（Unix timestamp，秒）
    • nbf（Not Before）：在此時間前無效
    • iat（Issued At）：簽發時間
    • jti（JWT ID）：Token 唯一識別碼
  • Public / Private Claims：可加入自訂欄位（例如 role、permissions），但要避免過度冗長。

2.3 Signature（簽章）​

簽章生成流程：

signature = HMACSHA256(
  base64urlEncode(header) + "." + base64urlEncode(payload),
  secret
)
  • 使用密鑰（secret 或私鑰）對前兩段進行簽名。
  • 伺服器收到 Token 後重新計算簽章，如果一致，代表 Token 未被竄改且確實由合法來源簽發。

注意：JWT 只保證資料完整性（Integrity），不保證機密性（Confidentiality），除非額外加密。

3. Base64URL 編碼是什麼？​

JWT 使用 Base64URL 而非 Base64，差異在於：

  • 把 + 改成 -，/ 改成 _。
  • 移除結尾 =。

這樣做的好處是 Token 可以安全地放在 URL、Cookie 或 Header 中，不會因為特殊字元造成問題。

4. 驗證流程簡圖​

  1. 客戶端在 Header 帶入 Authorization: Bearer <JWT>。
  2. 伺服器收到後：
    • 解析 Header、Payload。
    • 取得 alg 指定的演算法。
    • 使用共享密鑰或公開金鑰重新計算簽章。
    • 比對簽章是否一致，並檢查 exp、nbf 等時間欄位。
  3. 驗證通過後才能信任 Payload 內容。

5. 面試回答框架​

「JWT 由 Header、Payload、Signature 三段組成，用 . 串接。
Header 描述演算法與類型；Payload 存放使用者資訊與一些標準欄位，例如 iss、sub、exp；Signature 則是用密鑰對前兩段簽名，用來確認內容沒有被改動過。
內容是 Base64URL 編碼的 JSON，但並沒有加密，只是轉碼，所以敏感資料不能直接塞進去。伺服器拿到 Token 後會重新計算簽章比對，如果一致且沒過期，就代表 Token 有效。 」

6. 面試延伸提醒​

  • 安全性：Payload 可被解碼，請勿放密碼、信用卡等敏感資訊。
  • 到期與更新：通常會搭配短效 Access Token + 長效 Refresh Token。
  • 簽章演算法：可提到對稱式（HMAC）與非對稱式（RSA、ECDSA）的差別。
  • 為什麼不能無限長？：Token 太大會增加網路傳輸成本，也可能被瀏覽器拒絕。

7. 參考資料​