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JSON Web Token - 在Web應用間安全地傳遞資訊

SON 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,并且附有一個連結“點此關注A使用者”。連結的位址可以是這樣的

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 - 在Web應用間安全地傳遞資訊

JWT的組成

一個JWT實際上就是一個字元串,它由三部分組成,頭部、載荷與簽名。

https://blog.didispace.com/json-web-token-web-security/#%E8%BD%BD%E8%8D%B7%EF%BC%88Payload%EF%BC%89 載荷(Payload)

我們先将上面的添加好友的操作描述成一個JSON對象。其中添加了一些其他的資訊,幫助今後收到這個JWT的伺服器了解這個JWT。

{
    "iss": "John Wu JWT",
    "iat": 1441593502,
    "exp": 1441594722,
    "aud": "www.example.com",
    "sub": "[email protected]",
    "from_user": "B",
    "target_user": "A"
}      

這裡面的前五個字段都是由JWT的标準所定義的。

  • 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

标準

中找到。

将上面的JSON對象進行[base64編碼]可以得到下面的字元串。這個字元串我們将它稱作JWT的Payload(載荷)。

eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9      

如果你使用Node.js,可以用Node.js的包

base64url

來得到這個字元串。

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。它并不是一種加密過程。

https://blog.didispace.com/json-web-token-web-security/#%E5%A4%B4%E9%83%A8%EF%BC%88Header%EF%BC%89 頭部(Header)

JWT還需要一個頭部,頭部用于描述關于該JWT的最基本的資訊,例如其類型以及簽名所用的算法等。這也可以被表示成一個JSON對象。

{
  "typ": "JWT",
  "alg": "HS256"
}      
https://blog.didispace.com/json-web-token-web-security/#%E5%A4%B4%E9%83%A8%EF%BC%88Header%EF%BC%89

JWT還需要一個頭部,頭部用于描述關于該JWT的最基本的資訊,例如其類型以及簽名所用的算法等。這也可以被表示成一個JSON對象

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

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

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

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9      
簽名(簽名)

将上面的兩個編碼後的字元串都用句号

.

連接配接在一起(頭部在前),就形成了

這一部分的過程在

node-jws的源碼

中有展現

最後,我們将上面拼接完的字元串用HS256算法進行加密。在加密的時候,我們還需要提供一個密鑰(secret)。如果我們用

mystar

作為密鑰的話,那麼就可以得到我們加密後的内容

rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM      

這一部分又叫做簽名。

JSON Web Token - 在Web應用間安全地傳遞資訊

最後将這一部分簽名也拼接在被簽名的字元串後面,我們就得到了完整的JWT

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM      

于是,我們就可以将郵件中的URL改成

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

這樣就可以安全地完成添加好友的操作了!

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。

https://blog.didispace.com/json-web-token-web-security/#%E7%AD%BE%E5%90%8D%E7%9A%84%E7%9B%AE%E7%9A%84 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内容進行簽名。一般而言,加密算法對于不同的輸入産生的輸出總是不一樣的。對于兩個不同的輸入,産生同樣的輸出的機率極其地小(有可能比我成世界首富的機率還小)。是以,我們就把“不一樣的輸入産生不一樣的輸出”當做必然事件來看待吧。

是以,如果有人對頭部以及載荷的内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将是不一樣的。而且,如果不知道伺服器加密的時候用的密鑰的話,得出來的簽名也一定會是不一樣的。

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伺服器應用在接受到JWT後,會首先對頭部和載荷的内容用同一算法再次簽名。那麼伺服器應用是怎麼知道我們用的是哪一種算法呢?别忘了,我們在JWT的頭部中已經用

alg

字段指明了我們的加密算法了。

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的内容被别人動過的,我們應該拒絕這個Token,傳回一個HTTP 401 Unauthorized響應。

https://blog.didispace.com/json-web-token-web-security/#%E4%BF%A1%E6%81%AF%E4%BC%9A%E6%9A%B4%E9%9C%B2%EF%BC%9F 資訊會暴露?

是的。

是以,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内容,一般情況下被知道也是安全的。

但是像密碼這樣的内容就不能被放在JWT中了。如果将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。

https://blog.didispace.com/json-web-token-web-security/#JWT%E7%9A%84%E9%80%82%E7%94%A8%E5%9C%BA%E6%99%AF JWT的适用場景

我們可以看到,JWT适合用于向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還經常用于設計使用者認證和授權系統,甚至實作Web應用的單點登入。在下一次的文章中,我将為大家系統地總結JWT在使用者認證和授權上的應用。

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