golang使用JWX進行認證和加密
最近看了一個名為go-auth的庫，它將JWT作為HTTP cookie對使用者進行驗證，但這個例子中缺少了對JWT的保護，由此進行了一些針對JWX的研究。
下面描述來自golang-jwt的官方描述：
概述
JWT是一個簽名的JSON物件，通常用作Oauth2的Bearer token，JWT包括三個用.分割的部分：前兩部分為使用base64url編碼的JSON物件，最後一部分是簽名。第一部分稱為header，包含用於驗證最後一部分簽名所需的資訊，如使用的簽名方式和使用的金鑰等，中間的部分是程式最關心的部分，稱為Claim， RFC 7519定義了相關的欄位，當然也可以新增自己的欄位。
簽名 vs 加密
一個token是一個簽名的json物件，涉及兩方面的內容：
- token的建立者擁有簽名的secret
- 資料一旦被簽名就不能修改
需要注意的是，JWT並不支援加密，因此任何人都能讀取token 的內容。如果需要加密資料，可以使用配套的規範--JWE，可以參考這兩個庫：lestrrat-go/jwx和golang-jwt/jwe。
選擇簽名方法
簽名方法有很多種，在使用前可能需要花時間挑選合適的簽名方法，主要考量點為：對稱和非對稱。
對稱簽名方法，如HSA，只需要一個secret即可，這也是最簡單的簽名方法，可以使用任何[]byte作為有效的secret。對稱加密的計算速度也相對快一些。當token的生產者和消費者都可信的前提下，可以考慮使用對稱加密。由於對稱加密使用相同的secret進行token的簽名和驗證，因此不能輕易將金鑰分發出去。
非對稱簽名，如RSA，則使用了不同的金鑰進行簽名和token驗證，因此可以使用私鑰生成token，並允許消費者使用公鑰進行驗證。
JWT和OAuth
這裡提一下，OAuth和JWT並不是一回事，一個JWT token只是一個簡單的被簽名的JSON物件，可以用在所需要的地方，最常見的方式是用在OAuth2認證中。
下面描述了二者是如何互動的：
- OAuth是一種允許身份提供者與使用者登入的服務分離的協議。例如，你可以使用Facebook登陸不同的服務(Yelp、Spotify等)，此時用的就是OAuth。
- OAuth定義了幾種傳遞身份驗證資料的選項，其中流行的一種方式稱為"bearer token"，一個bearer token就是一個只能被已認證的使用者持有的簡單字串，即透過提供該token來進行身份認證。從這裡可以看出JWT可以作為一種bearer token。
- 由於bearer token用於認證，因此私密性很重要，這也是為什麼通常會透過SSL來使用bearer token。
JWT的用法
從上面的官方描述中可以看到JWT其實就是一個字串，其分為三段：header，主要指定簽名方法；claim，用於提供使用者身份資料；signature，使用header中指定的簽名方法進行簽名，簽名時主要使用了三個基礎資料：
-
簽名金鑰：在對稱簽名(如HMAC)中作為雜湊資料的一部分，在非對稱簽名(如ECDSA)中則作為私鑰。在JWT的簽名和驗證過程中都需要使用到金鑰。
-
JWT的過期時間：JWT有一個過期時間。在使用者登陸伺服器之後，伺服器會給客戶端返回JWT，當客戶端服務服務端時會將JWT傳遞給服務端，服務端除了需要驗證客戶端的簽名之外還需要驗證該token是否過期，JWT的過期時間資料位於claims中。
-
claim：主要包含了JWT相關的資訊，使用者可以擴充套件自己的claim資訊。簽名方法會使用這部分資訊進行簽名。如下是標準的claims，可以看到這部分資訊其實與SSL證書中的欄位雷同。
type StandardClaims struct { Audience string `json:"aud,omitempty"` ExpiresAt int64 `json:"exp,omitempty"` Id string `json:"jti,omitempty"` IssuedAt int64 `json:"iat,omitempty"` Issuer string `json:"iss,omitempty"` NotBefore int64 `json:"nbf,omitempty"` Subject string `json:"sub,omitempty"` }
另外需要注意的是，JWT是使用明文互動的，其中claim中包含了使用者的敏感資訊，因此需要使用JWE進行加密。
在瞭解JWT之前可以看下幾個重要的術語：
-
JWS(SignedJWT)：經過簽名的jwt，為三段式結構：
header、claims、signature -
JWA：簽名演算法，即 header中的
alg欄位值。 -
JWE(EncryptedJWT)：用於加密payload，如JWT，主要欄位如下：
const ( AgreementPartyUInfoKey = "apu" #(Algorithm) Header Parameter AgreementPartyVInfoKey = "apv" AlgorithmKey = "alg" #(Algorithm) Header Parameter CompressionKey = "zip" #(Compression Algorithm) Header Parameter ContentEncryptionKey = "enc" #(Encryption Algorithm) Header Parameter ContentTypeKey = "cty" #(Content Type) Header Parameter CriticalKey = "crit" #(Critical) Header Parameter EphemeralPublicKeyKey = "epk" JWKKey = "jwk" #(JSON Web Key) Header Parameter JWKSetURLKey = "jku" #(JWK Set URL) Header Parameter KeyIDKey = "kid" #(Key ID) Header Parameter TypeKey = "typ" #(Type) Header Parameter X509CertChainKey = "x5c" #(X.509 Certificate Chain) Header Parameter X509CertThumbprintKey = "x5t" #(X.509 Certificate SHA-1 Thumbprint) Header Parameter X509CertThumbprintS256Key = "x5t#S256" #(X.509 Certificate SHA-256 Thumbprint) Header Parameter X509URLKey = "x5u" #(X.509 URL) Header Parameter ) -
JWK：是一個JSON資料結構，用於JWS的簽名驗證以及JWE的加解密，主要欄位如下：
const ( KeyTypeKey = "kty" #(Key Type) Parameter KeyUsageKey = "use" #(Public Key Use) Parameter KeyOpsKey = "key_ops" #(Key Operations) Parameter AlgorithmKey = "alg" #(Algorithm) Parameter KeyIDKey = "kid" #(Key ID) Parameter X509URLKey = "x5u" #(X.509 URL) Parameter X509CertChainKey = "x5c" #(X.509 Certificate Chain) Parameter X509CertThumbprintKey = "x5t" #(X.509 Certificate SHA-1 Thumbprint) Parameter X509CertThumbprintS256Key = "x5t#S256" #(X.509 Certificate SHA-256 Thumbprint) Parameter )
例子
lestrrat-go庫中給出了很多例子。在使用該庫之前簡單看下主要的函式：
-
jwt.NewBuilder：建立一個表示JWT 的結構體(也可以使用jwt.New建立)：type stdToken struct { mu *sync.RWMutex dc DecodeCtx // per-object context for decoding options TokenOptionSet // per-object option audience types.StringList // https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-4.1.3 expiration *types.NumericDate // https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-4.1.4 issuedAt *types.NumericDate // https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-4.1.6 issuer *string // https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-4.1.1 jwtID *string // https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-4.1.7 notBefore *types.NumericDate // https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-4.1.5 subject *string // https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-4.1.2 privateClaims map[string]interface{} //使用者自定義的claims } -
jwt.Sign：用於對JWT 進行簽名，輸入為表示JWT元素的stdToken，輸出為[]byte -
jwt.Parse：將簽名的token解析為stdToken，輸入為jwt.Sign的輸出。 -
jws.sign：使用字串來建立JWS訊息，入參為[]byte。與jwt.Sign的不同點在於，前者的入參是stdToken標準結構體，而後者是任意字串。 -
jws.parse：對編碼的JWS訊息進行解碼，輸出結構如下：type Message struct { dc DecodeCtx payload []byte signatures []*Signature b64 bool // true if payload should be base64 encoded } -
jwe.Encrypt：加密payload -
jwe.Decrypt：解密payload
下面看下如何生成JWT，以及如何結合使用JWE和JWK對其進行加密。
Example 1
下面jwt使用對稱方式進行簽名/解析，jwe使用非對稱方式進行加解密
package main
import (
"crypto/rand"
"crypto/rsa"
"fmt"
"github.com/lestrrat-go/jwx/v2/jwa"
"github.com/lestrrat-go/jwx/v2/jwe"
"github.com/lestrrat-go/jwx/v2/jwk"
"github.com/lestrrat-go/jwx/v2/jws"
"github.com/lestrrat-go/jwx/v2/jwt"
"time"
)
func main() {
// 建立一個jwt token結構體
tok, err := jwt.NewBuilder().
Issuer(`github.com/lestrrat-go/jwx`).
IssuedAt(time.Now()).
Build()
if err != nil {
fmt.Printf("failed to build token: %s\n", err)
return
}
//建立對稱簽名的key
key, err := jwk.FromRaw([]byte(`abracadabra`))
if err != nil {
fmt.Printf(`failed to create new symmetric key: %s`, err)
return
}
key.Set(jws.KeyIDKey, `secret-key`)
//使用HS256對稱簽名方式進行簽名，生成JWS
signed, err := jwt.Sign(tok, jwt.WithKey(jwa.HS256, key))
//下面使用jwe對JWS進行加密，使用的是非對稱加密方式
//首先生成RSA金鑰對
rawprivkey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, 2048)
if err != nil {
fmt.Printf("failed to create raw private key: %s\n", err)
return
}
//提取私鑰，用於解密
privkey, err := jwk.FromRaw(rawprivkey)
if err != nil {
fmt.Printf("failed to create private key: %s\n", err)
return
}
//提取公鑰，用於加密
pubkey, err := privkey.PublicKey()
if err != nil {
fmt.Printf("failed to create public key:%s\n", err)
return
}
//使用公鑰加密JWS
encrypted, err := jwe.Encrypt(signed, jwe.WithKey(jwa.RSA_OAEP, pubkey))
if err != nil {
fmt.Printf("failed to encrypt payload: %s\n", err)
return
}
//使用私鑰解密出JWS
decrypted, err := jwe.Decrypt(encrypted, jwe.WithKey(jwa.RSA_OAEP, privkey))
if err != nil {
fmt.Printf("failed to decrypt payload: %s\n", err)
return
}
//使用對稱簽名方式解析出token 結構體
parsedTok, err := jwt.Parse(decrypted, jwt.WithKey(jwa.HS256, key), jwt.WithValidate(true))
if err != nil {
fmt.Println("failed to parse signed token")
return
}
fmt.Println(parsedTok)
}
Example 2
下面使用非對稱方式進行簽名/解析：
package main
import (
"crypto/rand"
"crypto/rsa"
"fmt"
"github.com/lestrrat-go/jwx/v2/jwa"
"github.com/lestrrat-go/jwx/v2/jwt"
)
func main() {
//建立RSA金鑰對
privKey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, 2048)
if err != nil {
fmt.Printf("failed to generate private key: %s\n", err)
return
}
var payload []byte
{ // 建立JWT payload
token := jwt.New()
token.Set(`foo`, `bar`)
//使用RSA私鑰進行簽名
payload, err = jwt.Sign(token, jwt.WithKey(jwa.RS256, privKey))
if err != nil {
fmt.Printf("failed to generate signed payload: %s\n", err)
return
}
}
{ // 使用RSA公鑰進行解析
token, err := jwt.Parse(
payload,
jwt.WithValidate(true),
jwt.WithKey(jwa.RS256, &privKey.PublicKey),
)
if err != nil {
fmt.Printf("failed to parse JWT token: %s\n", err)
return
}
fmt.Println(token)
}
}
Example 3
上面使用的JWK是使用程式碼生成的，也可以載入本地檔案(jwk.ReadFile)或透過JSU的方式從網路上拉取所需的JWK(jwk.Fetch)。
lestrrat-go的官方文件中給出了很多指導。
{
v, err := jwk.ReadFile(`private-key.pem`, jwk.WithPEM(true))
if err != nil {
// handle error
}
}
{
v, err := jwk.ReadFile(`public-key.pem`, jwk.WithPEM(true))
if err != nil {
// handle error
}
}
srv := httptest.NewTLSServer(http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
w.WriteHeader(http.StatusOK)
fmt.Fprintf(w, `{
"keys": [
{"kty":"EC",
"crv":"P-256",
"x":"MKBCTNIcKUSDii11ySs3526iDZ8AiTo7Tu6KPAqv7D4",
"y":"4Etl6SRW2YiLUrN5vfvVHuhp7x8PxltmWWlbbM4IFyM",
"use":"enc",
"kid":"1"},
{"kty":"RSA",
"n": "0vx7agoebGcQSuuPiLJXZptN9nndrQmbXEps2aiAFbWhM78LhWx4cbbfAAtVT86zwu1RK7aPFFxuhDR1L6tSoc_BJECPebWKRXjBZCiFV4n3oknjhMstn64tZ_2W-5JsGY4Hc5n9yBXArwl93lqt7_RN5w6Cf0h4QyQ5v-65YGjQR0_FDW2QvzqY368QQMicAtaSqzs8KJZgnYb9c7d0zgdAZHzu6qMQvRL5hajrn1n91CbOpbISD08qNLyrdkt-bFTWhAI4vMQFh6WeZu0fM4lFd2NcRwr3XPksINHaQ-G_xBniIqbw0Ls1jF44-csFCur-kEgU8awapJzKnqDKgw",
"e":"AQAB",
"alg":"RS256",
"kid":"2011-04-29"}
]
}`)
}))
defer srv.Close()
set, err := jwk.Fetch(
context.Background(),
srv.URL,
// This is necessary because httptest.Server is using a custom certificate
jwk.WithHTTPClient(srv.Client()),
)
if err != nil {
fmt.Printf("failed to fetch JWKS: %s\n", err)
return
}