關於 jwt 你應該知道的事情

qbhy發表於2019-02-16
JWT

什麼是 jwt ?

JWT 全稱叫 JSON Web Token, 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。

jwt 使用場景

jwt 用圖廣泛，例如授權、鑑權等。具體一點的話，假如我們有一個 A 使用者想要邀請某使用者進入自己的群組，此時 A 使用者需要生成一條邀請連結，連結內容大致如下: https://host/group/{group_id}/invite/{invite_user}

此時這個連結點選進去雖然可以實現讓使用者加入群組，但是使用者可以隨意更改這個連結的引數，例如改改 group 後面的ID，從而加入其他任意群組，改改 invite 後面的邀請人等等操作。所以這種 URL 並不是安全的，那麼這種情況下，我們就可以使用 jwt 來實建立一個安全的邀請連結了。

首先 URL 要簡單改一下， https://host/group/invite/{token}
可以看到我們去掉了 groupId 和 inviteUser 引數，新增了一個 token 引數，可想而知， groupId 和 inviteUser 應該是被包含進 token 裡面了，如何實現這個看似很神奇的 token 呢? 我們來看看 jwt 的原理吧。

jwt 的組成、原理及實現

在講 jwt 原理之前得先知道 jwt 由哪些東西組成。

jwt 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。

頭部 (Header)

JWT 需要一個頭部，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，如:

{
  "typ": "JWT",
  "alg": "md5"
}

將上面的 json 字串使用 base64 進行編碼後，可以得到一下內容，我們稱其為 JWT 的頭部(Header)。

eyJ0eXAiOiJqd3QiLCJhbGciOiJtZDUifQ==

載荷（Payload）

我們先將上面的邀請入群的操作描述成一個 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。

{
    "sub": "1",
    "iss": "http://host/group/invite",
    "iat": 1451888119,
    "exp": 1454516119,
    "nbf": 1451888119,
    "jti": "37c107e4609ddbcc9c096ea5ee76c667",
    "group_id": 1,
    "invite_user": "A"
}

這裡面的前6個欄位都是由JWT的標準所定義的。

  • sub: 該 JWT 所面向的使用者
  • iss: 該 JWT 的簽發者
  • iat(issued at): 在什麼時候簽發的 token
  • exp(expires): token 什麼時候過期
  • nbf(not before)：token 在此時間之前不能被接收處理
  • jti：JWT ID為web token 提供唯一標識

將上面的 json 字串使用 base64 進行編碼後，可以得到一下內容，我們稱其為 JWT 的載荷(Payload)。

eyJzdWIiOiIxIiwiaXNzIjoiaHR0cDpcL1wvOiIsImV4cCI6MTUyNzY2NzY2MywiaWF0IjoxNTI3NjY0MDYzLCJuYmYiOjE1Mjc2NjQwNjMsImdyb3VwX2lkIjoxLCJpbnZpdGVfdXNlciI6IkEiLCJqdGkiOiJlMjE4ZTJhZDdlYTdmZjUzYTVhM2RlZjA0MmFjMjM4NCJ9

簽名(Signature)

在簽名之前我們需要先得到用於簽名的字串, 將頭部和載荷使用 . 進行拼接(頭部在前), 得到用於簽名的字串

eyJ0eXAiOiJqd3QiLCJhbGciOiJtZDUifQ==.eyJzdWIiOiIxIiwiaXNzIjoiaHR0cDpcL1wvOiIsImV4cCI6MTUyNzY2NzY2MywiaWF0IjoxNTI3NjY0MDYzLCJuYmYiOjE1Mjc2NjQwNjMsImdyb3VwX2lkIjoxLCJpbnZpdGVfdXNlciI6IkEiLCJqdGkiOiJlMjE4ZTJhZDdlYTdmZjUzYTVhM2RlZjA0MmFjMjM4NCJ9

然後使用簽名方法對用於簽名的字串進行簽名， 得到如下字串，即 簽名(Signature)

NDljMzljOTkyOGNmYWU1NGEyZDYzMTk5NTNlNGEwZDA=

最後把用於簽名的字串和簽名使用 . 進行拼接(簽名在後)， 即可得到 一個完整的 token。但是，此時的
token 沒有帶上籤發者特有的標誌，是可以被偽造的，至於如何解決這個問題我們下面 jwt 具體實現會講。

jwt 原理

jwt 如何保證安全 ?

上面說完 jwt 組成，相信你已經知道 jwt 大概是個啥子東西了 — 就是一個字串!!!
那麼這個字串如何保證不被篡改呢 ? 這裡就要引入 secret 了。

回到上面的例子，邀請使用者入群這個場景，雖然我們上面把 引數改成了 token 這種形式，但是你可能會發現，這樣的 token 別人捕獲了之後，任然可以自己偽造一個類似的 token ，因為此時的簽名(Signature)並沒有簽發者特有的身份資訊，所有資料都是明文的，所以這樣簽名是不安全的，應該加上 secret 進行簽名。

簽發者需要準備一個可以確認自己身份的字串，這個字串我們稱之為 secret 。以 md5 作為簽名方法為例(並不建議使用 md5 作為簽名方法)，我們只需要將上面準備的 用於簽名的字串簡單的與 secret 進行拼接，然後進行 md5 計算，這時候得到的簽名是受 secret 值影響的，所以即便他人捕獲了之後 token，他仍然不能隨意篡改 token 的內容，因為他不知道 secret 和拼接方法，故此時的 token 是安全的，不可被惡意篡改的。

$signatureString = `pen`; // 原始資料
$secret = `apple`;        // 簽發者 secret

$originSignature = md5($signatureString .`-`. $secret);
print_r($signature); // apple-pen 

$signatureString = `pen`; // 原始資料
$secret = `pineapple`;    // 不一樣的 secret 

$fakeSignature = md5($signatureString .`-`. $secret);
print_r($signature); // pineapple-pen 
// 可以看到不一樣的 secret 會生成完全不一樣的簽名，這樣我們的資料就可以保證不能被隨意篡改了~

jwt 傳輸的資料會洩露 ?

是的，jwt 的頭部和載荷欄位都可以被解碼(base64 屬於編碼，是可以被解碼的)。所以並不建議用 jwt 傳輸敏感資訊，例如密碼，因為這很容易被捕獲後解碼，從而被竊取。

secret 一個字串不足以描述簽發者資訊 ？

我們可以將 簽發者資訊描述成一個 json ，然後對這個 json 字串進行編碼，這樣同樣可以得到一個 secret 字串。

jwt 實現

先來一個最粗暴的 jwt 實現

最簡單粗暴的 jwt for php 實現

class JWT
{
    protected $headers;

    protected $payload;

    /**
     * @return array
     */
    public function getHeaders(): array
    {
        return $this->headers;
    }

    /**
     * @return array
     */
    public function getPayload(): array
    {
        return $this->payload;
    }

    public function __construct(array $headers, array $payload)
    {
        $this->setHeaders($headers);
        $this->setPayload($payload);
    }

    public function setHeaders(array $headers): void
    {
        $this->headers = $headers;
    }

    public function setPayload(array $payload): void
    {
        $this->payload = $payload;
    }

    /**
     * 獲取用於簽名的字串
     *
     * @return string
     */
    public function signatureStr(): string
    {
        $headersStr = $this::encodeStr(json_encode($this->headers));
        $payloadStr = $this::encodeStr(json_encode($this->payload));

        return "{$headersStr}.{$payloadStr}";
    }

    /**
     * 編碼
     *
     * @param string $string
     *
     * @return string
     */
    protected static function encodeStr(string $string): string
    {
        return rtrim(strtr(base64_encode($string), `+/`, `-_`), `=`);
    }

    /**
     * 解碼
     *
     * @param string $string
     *
     * @return string
     */
    protected static function decodeStr(string $string): string
    {
        return base64_decode(strtr($string, `-_`, `+/`));
    }

    /**
     * 簽名，此時的 secret 為 qbhy
     *
     * @param string $string
     *
     * @return string
     */
    protected static function signature(string $string): string
    {
        return md5($string . `qbhy`);
    }

    /**
     * 校驗簽名
     *
     * @param string $signStr
     * @param string $sign
     *
     * @return bool
     */
    protected static function checkSignature(string $signStr, string $sign): bool
    {
        return static::signature($signStr) === $sign;
    }

    /**
     * 生成 token
     *
     * @return string
     */
    public function token(): string
    {
        $signStr = $this->signatureStr();

        $token = $signStr . `.` . $this::signature($signStr);

        return $token;
    }

    /**
     * 從 token 中獲取資料
     *
     * @param string $token
     *
     * @return AppModulesJWTJWT
     * @throws AppModulesJWTJWTException
     */
    public static function fromToken(string $token): JWT
    {
        $arr = explode(`.`, $token);

        if (count($arr) !== 3) {
            throw new JWTException(`token 錯誤`);
        }

        if (!static::checkSignature("{$arr[0]}.{$arr[1]}", $arr[2])) {
            throw new JWTException(`簽名錯誤`);
        }

        $headers = json_decode(static::decodeStr($arr[0]), true);
        $payload = json_decode(static::decodeStr($arr[1]), true);

        return new static($headers, $payload);
    }

}

simple-jwt

這裡先安利一下我寫的一個基於 php 的 jwt 擴充套件包 — 96qbhy/simple-jwt ， 這個包實現了完整的 jwt 規範，開箱即用，你可以基於 96qbhy/simple-jwt 來給你的應用新增 jwt 相關功能。

我把 simple-jwt 拆分成，Encoder(編碼器) 、Encrypter(簽名器) 、JWT、JWTManager 四部分，你可以自行擴充套件 Encoder、Encrypter，從而實現自己的編碼和加密方法，感興趣的同學可以去 github 看看原始碼 96qbhy/simple-jwt 。有問題歡迎與我討論，同時歡迎 Issue 和 PR 。
如有錯誤歡迎指出，謝謝。

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