Web 基础技术|JWT (JSON Web Token) 认证

地球胖头鱼 2021-01-22
Web安全 发布于 2021-01-22 11:04:39 阅读 100 评论 0

JWT简介

Web服务使用最多的认证方式是基于Session的认证

但是这种模式最大的问题是,没有分布式架构,无法支持横向扩展。

如果使用一个服务器,该模式完全没有问题。

但是,如果它是服务器集群或面向服务的跨域体系结构的话,

则需要一个统一的session数据库来保存session会话数据实现共享,

这样负载均衡下的每个服务器才可以正确的验证用户身份。

那现在有这么一个需求:站点A和站点B提供同一公司的相关服务。

现在要求用户只需要登录其中一个网站,

然后它就会自动登录到另一个网站。怎么做?

一种解决方案是听过持久化session数据,写入数据库或文件持久层等。

收到请求后,验证服务从持久层请求数据。

该解决方案的优点在于架构清晰,而缺点是架构修改比较费劲,

整个服务的验证逻辑层都需要重写,工作量相对较大。

而且由于依赖于持久层的数据库或者问题系统,会有单点风险,

如果持久层失败,整个认证体系都会挂掉。

那么,JWT(Json Web Token)诞生了!

JWT的原则是在服务器身份验证之后,

将生成一个JSON对象并将其发送回用户,如下所示。

Swift
{
    "UserName": "admin",
    "Role": "0",
    "Expire": "2019-08-26 12:25:36"
}

之后,当用户与服务器通信时,客户在请求中发回JSON对象。

服务器仅依赖于这个JSON对象来标识用户。

为了防止用户篡改数据,服务器将在生成对象时添加签名。

这样,服务器不保存任何会话数据,即服务器变为无状态,

使其更容易扩展。

JWT数据结构

JWT由三部分构成,header(头部)、payload(载荷)和 signature(签名)

图片

头部

JWT头部分是一个描述 JWT 元数据的JSON对象,通常如下所示。

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

在上面的代码中,alg 属性表示签名使用的算法,默认为HMAC SHA256(写为HS256);

图片

最后,使用Base64 URL算法将上述JSON对象转换为字符串保存。

有效载荷

有效载荷部分,是 JWT 的主体内容部分,也是一个JSON对象,

包含需要传递的数据。JWT指定七个默认字段供选择。

  • iss:发行人
  • exp:到期时间
  • sub:主题
  • aud:用户
  • nbf:在此之前不可用
  • iat:发布时间
  • jti:JWT ID用于标识该JWT
Swift
{
    "name": "admin",
    "role": 0
}

请注意,默认情况下JWT是未加密的,任何人都可以解读其内容,

因此不要构建隐私信息字段,存放保密信息,以防止信息泄露。

JSON对象也使用 Base64 URL算法转换为字符串保存。

签名

签名哈希部分是对上面两部分数据签名,通过指定的算法生成哈希,

以确保数据不会被篡改。

首先,需要指定一个密码(secret)。

该密码仅仅为保存在服务器中,并且不能向用户公开。

然后,使用标头中指定的签名算法(默认情况下为HMAC SHA256)

根据以下公式生成签名。

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

在计算出签名哈希后,JWT头,

有效载荷和签名哈希的三个部分组合成一个字符串,

每个部分用”.”分隔,就构成整个JWT对象。

Base64URL算法

如上所述,JWT头和有效载荷序列化的算法都用到了Base64URL。该算法和常见Base64算法类似,稍有差别。

Base64中用的三个字符是+/=,由于在URL中有特殊含义,因此Base64URL中对他们做了替换:

=去掉,+-替换,/_替换,这就是Base64URL算法。

JWT用法

客户端接收服务器返回的JWT,将其存储在Cookie或localStorage中。

此后,客户端将在与服务器交互中都会带JWT。

如果将它存储在Cookie中,就可以自动发送,但是不会跨域,

因此一般是将它放入HTTP请求的Header Authorization字段中.

当跨域时,也可以将JWT被放置于POST请求的数据主体中。

图片

JWT验证流程

后端服务器收到客户端发来的JWT数据的话,

根据Base64 URL算法将header部分还原,取出加密算法。

根据加密算法、payload、secret 进行重新签名,

并且比对签名值来判断该字符串是否被篡改。

Reserved claims 也会被用来进行校验jwt字符串,

下面我们来一一列举。

  • iss(Issuser):如果签发的时候这个claim的值是“a.com”,验证的时候如果这个claim的值不是“a.com”就属于验证失
  • sub(Subject):如果签发的时候这个claim的值是“admin”,验证的时候如果这个claim的值不是“admin”就属于验证失败
  • aud(Audience):如果签发的时候这个claim的值是 “[‘b.com’,’c.com’]” ,验证的时候这个claim的值至少要包含b.com,c.com的其中一个才能验证通过;
  • exp(Expiration time):如果验证的时候超过了这个claim指定的时间,就属于验证失败;
  • iat(Issued at):它可以用来做一些maxAge之类的验证,假如验证时间与这个claim指定的时间相差的

JWT问题与趋势

  1. JWT默认不加密,但可以加密。生成原始令牌后,可以使用改令牌再次对其进行加密。

  2. 当JWT未加密方法是,一些私密数据无法通过JWT传输。

  3. JWT不仅可用于认证,还可用于信息交换。善用JWT有助于减少服务器请求数据库的次数。

  4. JWT的最大缺点是服务器不保存会话状态,所以在使用期间不可能取消令牌或更改令牌的权限。也就是说,一旦JWT签发,在有效期内将会一直有效。

  5. JWT本身包含认证信息,因此一旦信息泄露,任何人都可以获得令牌的所有权限。为了减少盗用,JWT的有效期不宜设置太长。对于某些重要操作,用户在使用时应该每次都进行进行身份验证。

  6. 为了减少盗用和窃取,JWT不建议使用HTTP协议来传输代码,而是使用加密的HTTPS协议进行传输。

JWT安全问题

  • 由于JWT传输过程中的加密方法是Base64URL,而Base64 URL能够轻易解码,所以如果敏感数据在JWT中,是非常危险的。
  • 未校验签名。某些服务端并未校验 JWT 签名。所以,可以尝试修改 token 后直接发给服务端,查看结果。
  • 一些JWT库支持 none 算法,即没有签名算法,当 alg 为none时后端不会进行签名校验。将alg修改为none后,去掉JWT中的signature数据(仅剩header + ‘.’ + payload + ‘.’)然后提交到服务端即可
  • HS256(对称加密)密钥暴力破解

原创:谢公子学安全

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