深刻浅出JWT(JSON Web Token )

时间  2019-12-13 标签 深刻 jwt json web token

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（Compact）且自包含（Self-contained）的方式，用于在各方之间以JSON对象安全传输信息。 这些信息能够经过数字签名进行验证和信任。 可使用秘密（使用HMAC算法）或使用RSA的公钥/私钥对对JWT进行签名。html

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虽然JWT能够加密以提供各方之间的保密性，但咱们将重点关注已签名的令牌。 签名的令牌能够验证其中包含的索赔的完整性，而加密令牌隐藏来自其余方的索赔。 当令牌使用公钥/私钥对进行签名时，签名还证实只有持有私钥的方是签名方。算法

咱们来进一步解释一些概念：数据库

  • Compact（紧凑）：
    因为它们尺寸较小，JWT能够经过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（自包含）:
    有效载荷（Playload）包含有关用户的全部必需信息，避免了屡次查询数据库。

2. JWT适用场景

  • Authentication（鉴权）：
    这是使用JWT最多见的状况。 一旦用户登陆，每一个后续请求都将包含JWT，容许用户访问该令牌容许的路由，服务和资源。 单点登陆是当今普遍使用JWT的一项功能，由于它的开销很小，而且可以轻松地跨不一样域使用。
  • 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。 由于JWT能够签名：例如使用公钥/私钥对，因此能够肯定发件人是他们自称的人。 此外，因为使用标头和有效载荷计算签名，所以您还能够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：跨域

  • Header
  • Payload
  • Signature

JWT结构一般以下所示：安全

xxxxx.yyyyy.zzzzz

下面咱们分别来介绍这三个部分：服务器

Header一般由两部分组成：令牌的类型，即JWT。和经常使用的散列算法，如HMAC SHA256或RSA。
例如：cookie

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

Header部分的JSON被Base64Url编码，造成JWT的第一部分。session

Payload

这里放声明内容，能够说就是存放沟通信息的地方，在定义上有3种声明（Claims）：less

  • 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，可互操做的声明。 其中一些是：iss（发行者），exp（到期时间），sub（主题），aud（受众）等。#Registered Claim Names#ide

  • Public claims（公开声明）:
    这些能够由使用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）:
    这些是为了赞成使用它们可是既没有登记，也没有公开声明的各方之间共享信息，而建立的定制声明。

Playload示例以下：

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

Playload部分的JSON被Base64Url编码，造成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，但任何人均可以阅读。 除非加密，不然不要将秘密信息放在JWT的有效内容或标题元素中。这也是不少文章争论jwt安全性缘由，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，由前两部分加密造成。
要建立签名部分，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，若是你想使用HMAC SHA256算法，签名将按照如下方式建立：

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，能够在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。

如下JWT示例，它具备先前的标头和有效负载编码，而且使用秘钥进行签名。

image

咱们可使用jwt.io调试器来解码，验证和生成JWT：
image

4.JWT工做原理

在身份验证中，当用户使用他们的凭证成功登陆时，JSON Web Token将被返回而且必须保存在本地（一般在本地存储中，但也可使用Cookie），而不是在传统方法中建立会话 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#

不管什么时候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，一般在请求头中的Authorization字段，使用Bearer schema：

Authorization: Bearer <token>

这是一种无状态身份验证机制，由于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受权头中检查有效的JWT，若是存在，则容许用户访问受保护的资源。 因为JWT是独立的，全部必要的信息都在那里，减小了屡次查询数据库的需求。

这使得咱们能够彻底依赖无状态的数据API，甚至向下游服务提出请求。 不管哪些域正在为API提供服务并不重要，所以不会出现跨域资源共享（CORS）的问题，由于它不使用Cookie。

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Notice:

请注意，使用已签名的令牌，令牌中包含的全部信息都会暴露给用户或其余方，即便他们没法更改它。 在JWT中，不该该在Playload里面加入任何敏感的数据,好比像密码这样的内容。若是将用户的密码放在了JWT中，那么怀有恶意的第三方经过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内容是能够被解析的。通常而言，咱们都不建议在有效载荷内放敏感讯息，好比使用者的密码。

② JWT Payload 內容能够被伪造嗎？

JWT其中的一个组成内容为Signature，能够防止经过Base64可逆方法回推有效载荷内容并将其修改。由于Signature是经由Header跟Payload一块儿Base64组成的。

是的，Cookie丢失，就表示身份就能够被伪造。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一般长度不会过小，特别是Stateless JWT Token，把全部的数据都编在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？

  • 无状态JWT令牌（Stateless JWT Token）发放出去以后，不能经过服务器端让令牌失效，必须等到过时时间过才会失去效用。
  • 假设在这之间Token被拦截，或者有权限管理身份的差别形成受权Scope修改，都不能阻止发出去的Token失效并要求使用者从新请求新的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。
  • 若是担忧重播攻击（replay attacks ）能够增长jti（JWT ID），exp（有效时间） Claim。
  • 在你的应用程序应用层中增长黑名单机制，必要的时候能够进行Block作阻挡（这是针对掉令牌被第三方使用窃取的手动防护）。

[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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