JWT 原理：Header、Payload 与 Signature

JWT（JSON Web Token）是一种紧凑的 Token 表示格式。常见的“签名 JWT”由三段组成，中间使用英文句点连接：

xxxxx.yyyyy.zzzzz
Header.Payload.Signature

1. Header

Header 描述 Token 使用的类型和签名算法：

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

alg：签名/MAC 算法。
typ：媒体类型提示，常见值为 JWT。

Header 会被 JSON 序列化并进行 Base64URL 编码。它不是秘密。

2. Payload

Payload 保存 Claims（声明），也就是 Token 要表达的信息：

{
  "sub": "user-123",
  "role": "user",
  "iss": "nloop-api",
  "aud": "nloop-client",
  "iat": 1786492800,
  "exp": 1786493700
}

常见注册声明：

声明	含义	示例用途
`sub`	Subject，主体	用户 ID
`iss`	Issuer，签发方	`nloop-api`
`aud`	Audience，接收方	`nloop-client`
`iat`	Issued At，签发时间	计算 Token 年龄
`exp`	Expiration Time，过期时间	超时后拒绝
`nbf`	Not Before	指定何时开始生效
`jti`	JWT ID	Token 唯一标识

iat、exp、nbf 使用 NumericDate：从 Unix Epoch 开始计算的秒数，不是 JavaScript 常用的毫秒数。

Payload 可以放少量、非敏感且验证后确实需要的身份信息，例如用户 ID、Token 类型。不要放：

密码或密码哈希。
JWT Secret、私钥。
身份证号、银行卡号等敏感资料。
经常变化且必须实时生效的大量业务数据。

3. Signature

以 HS256 为例，签名概念可简化为：

encodedHeader  = base64Url(header)
encodedPayload = base64Url(payload)
signingInput   = encodedHeader + "." + encodedPayload
signature      = HMAC-SHA256(signingInput, secret)

最终 Token 是：

encodedHeader.encodedPayload.encodedSignature

如果攻击者把 role: "user" 修改成 role: "admin"，但没有 Secret，就无法生成匹配的新签名。服务端调用 jwt.verify() 时会发现签名不一致。

4. 签名保护什么

签名可以帮助验证：

Header 和 Payload 没有被篡改。
Token 由掌握正确签名密钥的一方生成。

签名不能保证：

Payload 不被读取。
Token 不被复制。
被盗 Token 自动失效。
Payload 中的权限永远与数据库一致。

因此 Bearer Token 必须通过 HTTPS 传输，并设置合理的过期时间。

5. `decode()` 为什么不可信

解码只做格式转换：

Base64URL 字符串 -> JSON

任何人都能构造三段字符串。jwt.decode() 不会证明签名正确，也不会把数据变成可信数据。

const payload = jwt.decode(token); // 只能查看
const payload = jwt.verify(token, secret); // 验证后才可能用于认证

即使通过 verify()，返回的数据仍来自外部请求。代码还应检查它是不是对象，以及 sub、tokenType 等业务字段是否存在且类型正确。

6. HS256 与 RS256

HS256

HMAC + SHA-256。
签发和验证使用同一个 Secret。
配置简单，适合单体学习项目。
所有能验证 Token 的服务同时也具备签发能力。

RS256

RSA + SHA-256。
私钥签发，公钥验证。
适合多个服务只需要验证、不能签发的场景。
需要管理密钥对和公钥轮换。

当前教程选择 HS256，是为了把注意力放在认证流程。生产系统应根据部署边界和密钥管理能力选择算法。

7. JWT、JWS 和 JWE

JWT：一组 Claims 的表示规范。
JWS：带数字签名或 MAC 的数据；日常所说的三段 JWT 通常属于这一类。
JWE：加密的数据，结构和密钥管理更复杂。

jsonwebtoken 的主要用途是签发和验证 JWT/JWS，不应把它理解为“JWT 内容加密库”。

8. 无状态的含义

服务端验证 Access Token 时，可以只依赖签名密钥和 Token 本身，不一定查询会话表，这常被称为无状态认证。

但无状态也带来限制：已签发且尚未过期的 JWT 很难立即撤销。常见应对策略包括：

Access Token 有效期保持较短。
Refresh Token 使用服务端会话记录。
修改密码、封禁账号等高风险操作检查数据库状态。
必要时维护撤销列表或用户 Token 版本号。

因此，“使用 JWT”不等于“认证系统完全不需要数据库状态”。