Python Web开发面试被问JWT原理？

深入解析JWT原理：Python Web开发面试必备指南

在Python Web开发的面试过程中，关于安全认证的话题总是不可避免，JSON Web Token（JWT）作为一种开放标准（RFC 7519），因其无状态、可扩展性强以及易于在客户端与服务器之间安全传输信息的特点，成为了实现用户身份验证和授权的热门选择，当面试官问起JWT的原理时，他们实际上是在考察你对现代Web应用安全机制的理解深度，本文将详细解析JWT的工作原理、结构组成、应用场景及在Python中的实现方式,助你在面试中游刃有余。

JWT概述

JWT，全称为JSON Web Token，是一种简洁的、自包含的、基于JSON的用于通信双方之间传递安全信息的紧凑且数字签名的方法，它由三部分构成：头部（Header）、载荷（Payload）和签名（Signature），这三部分通过点（.）连接形成一串长字符串,即JWT令牌。

Python Web开发面试被问JWT原理？

JWT结构解析

头部（Header）

头部通常由两部分组成：令牌类型（即JWT）和使用的签名算法（如HMAC SHA256或RSA）,这部分信息经过Base64Url编码后成为JWT的第一部分。
```
{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}
```
载荷（Payload）

载荷包含了声明（claims），即关于实体（通常是用户）和其他数据的陈述，声明分为三种类型：注册声明（如iss, exp, sub等）、公共声明和私有声明，同样，这部分也会被Base64Url编码,形成JWT的第二部分。
```
{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "exp": "1516239022"
}
```
签名（Signature）

签名部分是对头部和载荷的编码值，加上一个密钥，使用头部指定的算法进行签名，签名的目的是验证消息在此过程中未被篡改，在使用私钥-公钥对时,还可以确认令牌的来源。
```
Signature = Algorithm(Base64UrlEncode(Header) + "." + Base64UrlEncode(Payload), Secret)
```

JWT工作原理

JWT的工作流程大致如下：

用户登录：用户提供凭证（如用户名和密码）进行登录。
生成JWT：服务器验证凭证后，创建一个JWT，包含用户身份信息及可能的权限信息,并使用密钥对其进行签名。
返回JWT：服务器将生成的JWT发送给客户端,通常保存在localStorage或cookie中。
请求资源：客户端在后续的请求中，通过HTTP头（如Authorization头）携带JWT。
验证JWT：服务器接收到请求后，首先验证JWT的签名，确认其完整性和来源，然后解析出用户信息,根据用户权限决定是否响应请求。

JWT在Python中的实现

在Python中，可以使用PyJWT库来轻松实现JWT的编码、解码和验证。

安装PyJWT
```
pip install PyJWT
```

编码（生成JWT）

import jwt
from datetime import datetime, timedelta
# 密钥，应妥善保管
SECRET_KEY = 'your-256-bit-secret'
# 载荷数据
payload = {
    'user_id': 123,
    'username': 'john_doe',
    'exp': datetime.utcnow() + timedelta(hours=1)
}
# 生成JWT
token = jwt.encode(payload, SECRET_KEY, algorithm='HS256')
print(token)

解码与验证（解析JWT）

try:
    # 解码并验证JWT
    decoded_payload = jwt.decode(token, SECRET_KEY, algorithms=['HS256'])
    print(decoded_payload)
except jwt.ExpiredSignatureError:
    print("Token has expired.")
except jwt.InvalidTokenError:
    print("Invalid token.")