JSON Web Token - 在Web應用間安全地傳遞資訊(zhuan)

MyCoolDog發表於2016-03-28
JSONWeb

來自 http://blog.leapoahead.com/2015/09/06/understanding-jwt/

JSON Web Token（JWT）是一個非常輕巧的規範。這個規範允許我們使用JWT在使用者和伺服器之間傳遞安全可靠的資訊。

讓我們來假想一下一個場景。在A使用者關注了B使用者的時候，系統發郵件給B使用者，並且附有一個連結“點此關注A使用者”。連結的地址可以是這樣的

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https://your.awesome-app.com/make-friend/?from_user=B&target_user=A

上面的URL主要通過URL來描述這個當然這樣做有一個弊端，那就是要求使用者B使用者是一定要先登入的。可不可以簡化這個流程，讓B使用者不用登入就可以完成這個操作。JWT就允許我們做到這點。

JSON Web Token

JWT的組成

一個JWT實際上就是一個字串，它由三部分組成，頭部、載荷與簽名。

載荷（Payload）

我們先將上面的新增好友的操作描述成一個JSON物件。其中新增了一些其他的資訊，幫助今後收到這個JWT的伺服器理解這個JWT。

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{
    "iss": "John Wu JWT",
    "iat": 1441593502,
    "exp": 1441594722,
    "aud": "www.example.com",
    "sub": "jrocket@example.com",
    "from_user": "B",
    "target_user": "A"
}

這裡面的前五個欄位都是由JWT的標準所定義的。

  • iss: 該JWT的簽發者
  • sub: 該JWT所面向的使用者
  • aud: 接收該JWT的一方
  • exp(expires): 什麼時候過期，這裡是一個Unix時間戳
  • iat(issued at): 在什麼時候簽發的

這些定義都可以在標準中找到。

將上面的JSON物件進行[base64編碼]可以得到下面的字串。這個字串我們將它稱作JWT的Payload（載荷）。

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eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9

如果你使用Node.js，可以用Node.js的包base64url來得到這個字串。

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var base64url = require('base64url')
var header = {
    "from_user": "B",
    "target_user": "A"
}
console.log(base64url(JSON.stringify(header)))
// 輸出：eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9

小知識：Base64是一種編碼，也就是說，它是可以被翻譯回原來的樣子來的。它並不是一種加密過程。

頭部（Header）

JWT還需要一個頭部，頭部用於描述關於該JWT的最基本的資訊，例如其型別以及簽名所用的演算法等。這也可以被表示成一個JSON物件。

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

在這裡，我們說明了這是一個JWT，並且我們所用的簽名演算法（後面會提到）是HS256演算法。

對它也要進行Base64編碼，之後的字串就成了JWT的Header（頭部）。

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eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9
簽名（簽名）

將上面的兩個編碼後的字串都用句號.連線在一起（頭部在前），就形成了

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eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0

這一部分的過程在node-jws的原始碼中有體現

最後，我們將上面拼接完的字串用HS256演算法進行加密。在加密的時候，我們還需要提供一個金鑰（secret）。如果我們用mystar作為金鑰的話，那麼就可以得到我們加密後的內容

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rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

這一部分又叫做簽名。

簽名過程

最後將這一部分簽名也拼接在被簽名的字串後面，我們就得到了完整的JWT

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eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

於是，我們就可以將郵件中的URL改成

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https://your.awesome-app.com/make-friend/?jwt=eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

這樣就可以安全地完成新增好友的操作了！

且慢，我們一定會有一些問題：

  1. 簽名的目的是什麼？
  2. Base64是一種編碼，是可逆的，那麼我的資訊不就被暴露了嗎？

讓我逐一為你說明。

簽名的目的

最後一步簽名的過程，實際上是對頭部以及載荷內容進行簽名。一般而言，加密演算法對於不同的輸入產生的輸出總是不一樣的。對於兩個不同的輸入，產生同樣的輸出的概率極其地小（有可能比我成世界首富的概率還小）。所以，我們就把“不一樣的輸入產生不一樣的輸出”當做必然事件來看待吧。

所以，如果有人對頭部以及載荷的內容解碼之後進行修改，再進行編碼的話，那麼新的頭部和載荷的簽名和之前的簽名就將是不一樣的。而且，如果不知道伺服器加密的時候用的金鑰的話，得出來的簽名也一定會是不一樣的。

簽名過程

伺服器應用在接受到JWT後，會首先對頭部和載荷的內容用同一演算法再次簽名。那麼伺服器應用是怎麼知道我們用的是哪一種演算法呢？別忘了，我們在JWT的頭部中已經用alg欄位指明瞭我們的加密演算法了。

如果伺服器應用對頭部和載荷再次以同樣方法簽名之後發現，自己計算出來的簽名和接受到的簽名不一樣，那麼就說明這個Token的內容被別人動過的，我們應該拒絕這個Token，返回一個HTTP 401 Unauthorized響應。

資訊會暴露？

是的。

所以，在JWT中，不應該在載荷裡面加入任何敏感的資料。在上面的例子中，我們傳輸的是使用者的User ID。這個值實際上不是什麼敏感內容，一般情況下被知道也是安全的。

但是像密碼這樣的內容就不能被放在JWT中了。如果將使用者的密碼放在了JWT中，那麼懷有惡意的第三方通過Base64解碼就能很快地知道你的密碼了。

JWT的適用場景

我們可以看到，JWT適合用於向Web應用傳遞一些非敏感資訊。例如在上面提到的完成加好友的操作，還有諸如下訂單的操作等等。

其實JWT還經常用於設計使用者認證和授權系統，甚至實現Web應用的單點登入。在下一次的文章中，我將為大家系統地總結JWT在使用者認證和授權上的應用。如果想要及時地收到下一篇文章的更新，您可以在下方訂閱我的半月刊：）

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