JSON Web Token – 在Web应用间安全地传递信息

JSON Web Token(JWT)是一个非常轻巧的规范。这个规范允许我们使用JWT在用户和服务器之间传递安全可靠的信息。
让我们来假想一下一个场景。在A用户关注了B用户的时候,系统发邮件给B用户,并且附有一个链接“点此关注A用户”。链接的地址可以是这样的
  1. https://your.awesome-app.com/make-friend/?from_user=B&target_user=A
上面的URL主要通过URL来描述这个当然这样做有一个弊端,那就是要求用户B用户是一定要先登录的。可不可以简化这个流程,让B用户不用登录就可以完成这个操作。JWT就允许我们做到这点。
JSON Web Token - 在Web应用间安全地传递信息

JWT的组成

一个JWT实际上就是一个字符串,它由三部分组成,头部载荷签名
载荷(Payload)
我们先将上面的添加好友的操作描述成一个JSON对象。其中添加了一些其他的信息,帮助今后收到这个JWT的服务器理解这个JWT。
  1. {
  2.    "iss":"John Wu JWT",
  3.    "iat":1441593502,
  4.    "exp":1441594722,
  5.    "aud":"www.example.com",
  6.    "sub":"jrocket@example.com",
  7.    "from_user":"B",
  8.    "target_user":"A"
  9. }
这里面的前五个字段都是由JWT的标准所定义的。
  • iss: 该JWT的签发者
  • sub: 该JWT所面向的用户
  • aud: 接收该JWT的一方
  • exp(expires): 什么时候过期,这里是一个Unix时间戳
  • iat(issued at): 在什么时候签发的
这些定义都可以在标准中找到。
将上面的JSON对象进行[base64编码]可以得到下面的字符串。这个字符串我们将它称作JWT的Payload(载荷)。
  1. eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9
如果你使用Node.js,可以用Node.js的包base64url来得到这个字符串。
  1. var base64url =require('base64url')
  2. var header ={
  3.    "from_user":"B",
  4.    "target_user":"A"
  5. }
  6. console.log(base64url(JSON.stringify(header)))
  7. // 输出:eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9
小知识:Base64是一种编码,也就是说,它是可以被翻译回原来的样子来的。它并不是一种加密过程。
头部(Header)
JWT还需要一个头部,头部用于描述关于该JWT的最基本的信息,例如其类型以及签名所用的算法等。这也可以被表示成一个JSON对象。
  1. {
  2.  "typ":"JWT",
  3.  "alg":"HS256"
  4. }
在这里,我们说明了这是一个JWT,并且我们所用的签名算法(后面会提到)是HS256算法。
对它也要进行Base64编码,之后的字符串就成了JWT的Header(头部)。
  1. eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9
签名(签名)
将上面的两个编码后的字符串都用句号 .连接在一起(头部在前),就形成了
  1. eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0
这一部分的过程在node-jws的源码中有体现
最后,我们将上面拼接完的字符串用HS256算法进行加密。在加密的时候,我们还需要提供一个密钥(secret)。如果我们用 mystar作为密钥的话,那么就可以得到我们加密后的内容
  1. rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM
这一部分又叫做签名
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最后将这一部分签名也拼接在被签名的字符串后面,我们就得到了完整的JWT
  1. eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM
于是,我们就可以将邮件中的URL改成
  1. https://your.awesome-app.com/make-friend/?jwt=eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM
这样就可以安全地完成添加好友的操作了!
且慢,我们一定会有一些问题:
  1. 签名的目的是什么?
  2. Base64是一种编码,是可逆的,那么我的信息不就被暴露了吗?
让我逐一为你说明。

签名的目的

最后一步签名的过程,实际上是对头部以及载荷内容进行签名。一般而言,加密算法对于不同的输入产生的输出总是不一样的。对于两个不同的输入,产生同样的输出的概率极其地小(有可能比我成世界首富的概率还小)。所以,我们就把“不一样的输入产生不一样的输出”当做必然事件来看待吧。
所以,如果有人对头部以及载荷的内容解码之后进行修改,再进行编码的话,那么新的头部和载荷的签名和之前的签名就将是不一样的。而且,如果不知道服务器加密的时候用的密钥的话,得出来的签名也一定会是不一样的。
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服务器应用在接受到JWT后,会首先对头部和载荷的内容用同一算法再次签名。那么服务器应用是怎么知道我们用的是哪一种算法呢?别忘了,我们在JWT的头部中已经用 alg字段指明了我们的加密算法了。
如果服务器应用对头部和载荷再次以同样方法签名之后发现,自己计算出来的签名和接受到的签名不一样,那么就说明这个Token的内容被别人动过的,我们应该拒绝这个Token,返回一个HTTP 401 Unauthorized响应。

信息会暴露?

是的。
所以,在JWT中,不应该在载荷里面加入任何敏感的数据。在上面的例子中,我们传输的是用户的User ID。这个值实际上不是什么敏感内容,一般情况下被知道也是安全的。
但是像密码这样的内容就不能被放在JWT中了。如果将用户的密码放在了JWT中,那么怀有恶意的第三方通过Base64解码就能很快地知道你的密码了。

JWT的适用场景

我们可以看到,JWT适合用于向Web应用传递一些非敏感信息。例如在上面提到的完成加好友的操作,还有诸如下订单的操作等等。
其实JWT还经常用于设计用户认证和授权系统,甚至实现Web应用的单点登录。在下一次的文章中,我将为大家系统地总结JWT在用户认证和授权上的应用。
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