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[Lv1] JWT 的结构是什么？

面试官常会接着问：「JWT 长什么样子？为什么要这样设计？」搞清楚结构、编码方式与验证流程，就能快速回答。

1. 基本轮廓​

JWT（JSON Web Token）是一种 自包含（self-contained） 的 Token 格式，用来在双方之间安全地传递信息。内容由三段字符串构成，使用 . 串接：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkphbmUgRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

拆开来看就是三个 Base64URL 编码的 JSON：

  1. Header：描述 Token 使用的算法、类型。
  2. Payload：存放用户信息与声明（claims）。
  3. Signature：用密钥签章，确保内容未被篡改。

2. Header、Payload、Signature 详解​

2.1 Header（标头）​

{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}
  • alg：签章算法，例如 HS256（HMAC + SHA-256）、RS256（RSA + SHA-256）。
  • typ：Token 类型，通常为 JWT。

2.2 Payload（载荷）​

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "Jane Doe",
  "iat": 1516239022,
  "exp": 1516242622,
  "role": "admin"
}
  • Registered Claims（官方保留，但非必填）：
    • iss（Issuer）：签发者
    • sub（Subject）：主题（通常是用户 ID）
    • aud（Audience）：接收对象
    • exp（Expiration Time）：到期时间（Unix timestamp，秒）
    • nbf（Not Before）：在此时间前无效
    • iat（Issued At）：签发时间
    • jti（JWT ID）：Token 唯一识别码
  • Public / Private Claims：可加入自定义字段（例如 role、permissions），但要避免过度冗长。

2.3 Signature（签章）​

签章生成流程：

signature = HMACSHA256(
  base64urlEncode(header) + "." + base64urlEncode(payload),
  secret
)
  • 使用密钥（secret 或私钥）对前两段进行签名。
  • 服务器收到 Token 后重新计算签章，如果一致，代表 Token 未被篡改且确实由合法来源签发。

注意：JWT 只保证数据完整性（Integrity），不保证机密性（Confidentiality），除非额外加密。

3. Base64URL 编码是什么？​

JWT 使用 Base64URL 而非 Base64，差异在于：

  • 把 + 改成 -，/ 改成 _。
  • 移除结尾 =。

这样做的好处是 Token 可以安全地放在 URL、Cookie 或 Header 中，不会因为特殊字符造成问题。

4. 验证流程简图​

  1. 客户端在 Header 带入 Authorization: Bearer <JWT>。
  2. 服务器收到后：
    • 解析 Header、Payload。
    • 取得 alg 指定的算法。
    • 使用共享密钥或公开密钥重新计算签章。
    • 比对签章是否一致，并检查 exp、nbf 等时间字段。
  3. 验证通过后才能信任 Payload 内容。

5. 面试回答框架​

「JWT 由 Header、Payload、Signature 三段组成，用 . 串接。 Header 描述算法与类型；Payload 存放用户信息与一些标准字段，例如 iss、sub、exp；Signature 则是用密钥对前两段签名，用来确认内容没有被改动过。 内容是 Base64URL 编码的 JSON，但并没有加密，只是转码，所以敏感数据不能直接塞进去。服务器拿到 Token 后会重新计算签章比对，如果一致且没过期，就代表 Token 有效。」

6. 面试延伸提醒​

  • 安全性：Payload 可被解码，请勿放密码、信用卡等敏感信息。
  • 到期与更新：通常会搭配短效 Access Token + 长效 Refresh Token。
  • 签章算法：可提到对称式（HMAC）与非对称式（RSA、ECDSA）的差别。
  • 为什么不能无限长？：Token 太大会增加网络传输成本，也可能被浏览器拒绝。

7. 参考资料​