1. JWT 介绍

JSON Web Token(JWT)是一个开放式标准(RFC 7519),它定义了一种紧凑且自包含的方式,用于在各方之间以JSON对象安全传输信息。 这些信息可以通过数字签名进行验证和信任。 可以使用秘密(使用HMAC算法)或使用RSA的公钥/私钥对对JWT进行签名。

虽然JWT可以加密以提供各方之间的保密性,但我们将重点关注已签名的令牌。 签名的令牌可以验证其中包含的索赔的完整性,而加密令牌隐藏来自其他方的索赔。 当令牌使用公钥/私钥对进行签名时,签名还证明只有持有私钥的方是签名方。

我们来进一步解释一些概念:

  • Compact

    由于它们尺寸较小,JWT可以通过URL,POST参数或HTTP标头内发送。 另外,尺寸越小意味着传输速度越快。
  • Self-contained:

    有效载荷(Playload)包含有关用户的所有必需信息,避免了多次查询数据库。

2. JWT适用场景

  • Authentication(鉴权)

    这是使用JWT最常见的情况。 一旦用户登录,每个后续请求都将包含JWT,允许用户访问该令牌允许的路由,服务和资源。 单点登录是当今广泛使用JWT的一项功能,因为它的开销很小,并且能够轻松地跨不同域使用。
  • Information Exchange(信息交换)

    JSON Web Tokens是在各方之间安全传输信息的好方式。 因为JWT可以签名:例如使用公钥/私钥对,所以可以确定发件人是他们自称的人。 此外,由于使用标头和有效载荷计算签名,因此您还可以验证内容是否未被篡改。

3. JWT结构

在紧凑的形式中,JWT包含三个由点(.)分隔的部分,它们分别是:

  • Header
  • Payload
  • Signature

JWT结构通常如下所示:

xxxxx.yyyyy.zzzzz

下面我们分别来介绍这三个部分:

Header

Header通常由两部分组成:令牌的类型,即JWT。和常用的散列算法,如HMAC SHA256或RSA。

例如:

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

Header部分的JSON被Base64Url编码,形成JWT的第一部分。

Payload

这里放声明内容,可以说就是存放沟通讯息的地方,在定义上有3种声明(Claims):

  • Registered claims(注册声明):

    这些是一组预先定义的声明,它们不是强制性的,但推荐使用,以提供一组有用的,可互操作的声明。 其中一些是:iss(发行者),exp(到期时间),sub(主题),aud(受众)等。#Registered Claim Names#

  • Public claims(公开声明):

    这些可以由使用JWT的人员随意定义。 但为避免冲突,应在IANA JSON Web令牌注册表中定义它们,或将其定义为包含防冲突命名空间的URI。
  • Private claims(私有声明):

    这些是为了同意使用它们但是既没有登记,也没有公开声明的各方之间共享信息,而创建的定制声明。

Playload示例如下:

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true
}

Playload部分的JSON被Base64Url编码,形成JWT的第二部分。

Notice:

请注意,对于已签名的令牌,此信息尽管受到篡改保护,但任何人都可以阅读。 除非加密,否则不要将秘密信息放在JWT的有效内容或标题元素中。这也是很多文章争论jwt安全性原因,不要用 JWT 取代 Server-side 的 Session状态机制。详情请阅读这篇文章:Stop Using Jwt For Sessions.

Signature

第三部分signature用来验证发送请求者身份,由前两部分加密形成。

要创建签名部分,您必须采用编码标头,编码有效载荷,秘钥,标头中指定的算法并签名。

例如,如果你想使用HMAC SHA256算法,签名将按照以下方式创建:

HMACSHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." +
  base64UrlEncode(payload),
  secret)

3. JWT实践

JWT输出的是三个由点分隔的Base64-URL字符串,可以在HTML和HTTP环境中轻松传递,而与基于XML的标准(如SAML)相比,它更加紧凑。

以下JWT示例,它具有先前的标头和有效负载编码,并且使用秘钥进行签名。

我们可以使用jwt.io调试器来解码,验证和生成JWT:

4.JWT工作原理

在身份验证中,当用户使用他们的凭证成功登录时,JSON Web Token将被返回并且必须保存在本地(通常在本地存储中,但也可以使用Cookie),而不是在传统方法中创建会话 服务器并返回一个cookie。

关于存储令牌(Token)的方式,必须考虑安全因素。

参考: #Where to Store Tokens#

无论何时用户想要访问受保护的路由或资源,用户代理都应使用承载方案发送JWT,通常在请求头中的Authorization字段,使用Bearer schema:

Authorization: Bearer <token>

这是一种无状态身份验证机制,因为用户状态永远不会保存在服务器内存中。 服务器受保护的路由将在授权头中检查有效的JWT,如果存在,则允许用户访问受保护的资源。 由于JWT是独立的,所有必要的信息都在那里,减少了多次查询数据库的需求。

这使得我们可以完全依赖无状态的数据API,甚至向下游服务提出请求。 无论哪些域正在为API提供服务并不重要,因此不会出现跨域资源共享(CORS)的问题,因为它不使用Cookie。

Notice:

请注意,使用已签名的令牌,令牌中包含的所有信息都会暴露给用户或其他方,即使他们无法更改它。 在JWT中,不应该在Playload里面加入任何敏感的数据,比如像密码这样的内容。如果将用户的密码放在了JWT中,那么怀有恶意的第三方通过Base64解码就能很快地知道你的密码了。

5. 常见问题

① JWT 安全嗎?

Base64编码方式是可逆的,也就是透过编码后发放的Token内容是可以被解析的。一般而言,我们都不建议在有效载荷内放敏感讯息,比如使用者的密码。

② JWT Payload 內容可以被伪造嗎?

JWT其中的一个组成内容为Signature,可以防止通过Base64可逆方法回推有效载荷内容并将其修改。因为Signature是经由Header跟Payload一起Base64组成的。

③ 如果我的 Cookie 被窃取了,那不就表示第三方可以做 CSRF 攻击?

是的,Cookie丢失,就表示身份就可以被伪造。故官方建议的使用方式是存放在LocalStorage中,并放在请求头中发送。

④ 空间及长度问题?

JWT Token通常长度不会太小,特别是Stateless JWT Token,把所有的数据都编在Token里,很快的就会超过Cookie的大小(4K)或者是URL长度限制。

⑤ Token失效问题?

    1. 无状态JWT令牌(Stateless JWT Token)发放出去之后,不能通过服务器端让令牌失效,必须等到过期时间过才会失去效用。
    1. 假设在这之间Token被拦截,或者有权限管理身份的差异造成授权Scope修改,都不能阻止发出去的Token失效并要求使用者重新请求新的Token。

6. JWT使用建议

  • 不要存放敏感信息在Token里。
  • Payload中的exp时效不要设定太长。
  • 开启Only Http预防XSS攻击。
  • 如果担心重播攻击(replay attacks )可以增加jti(JWT ID),exp(有效时间) Claim。
  • 在你的应用程序应用层中增加黑名单机制,必要的时候可以进行Block做阻挡(这是针对掉令牌被第三方使用窃取的手动防御)。

[1] Stop using JWT for sessions:

http://cryto.net/~joepie91/blog/2016/06/13/stop-using-jwt-for-sessions/

[3] Use JWT The Right Way!:

https://stormpath.com/blog/jwt-the-right-way

[2] JSON Web Token 维基百科:

https://en.wikipedia.org/wiki/JSON_Web_Token

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