JSON Web Token

NaturalWill 2018-02-06

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JSON Web Token（JWT）是一個非常輕巧的規(guī)范。這個規(guī)范允許我們使用JWT在用戶和服務(wù)器之間傳遞安全可靠的信息。

讓我們來假想一下一個場景。在A用戶關(guān)注了B用戶的時候，系統(tǒng)發(fā)郵件給B用戶，并且附有一個鏈接“點此關(guān)注A用戶”。鏈接的地址可以是這樣的

1	https://your./make-friend/?from_user=B&target_user=A

上面的URL主要通過URL來描述這個當(dāng)然這樣做有一個弊端，那就是要求用戶B用戶是一定要先登錄的。可不可以簡化這個流程，讓B用戶不用登錄就可以完成這個操作。JWT就允許我們做到這點。

JWT的組成

一個JWT實際上就是一個字符串，它由三部分組成，頭部、載荷與簽名。

載荷（Payload）

我們先將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信息，幫助今后收到這個JWT的服務(wù)器理解這個JWT。

{
    "iss": "John Wu JWT",
    "iat": 1441593502,
    "exp": 1441594722,
    "aud": "www.example.com",
    "sub": "jrocket@example.com",
    "from_user": "B",
    "target_user": "A"
}

這里面的前五個字段都是由JWT的標(biāo)準(zhǔn)所定義的。

iss: 該JWT的簽發(fā)者
sub: 該JWT所面向的用戶
aud: 接收該JWT的一方
exp(expires): 什么時候過期，這里是一個Unix時間戳
iat(issued at): 在什么時候簽發(fā)的

這些定義都可以在標(biāo)準(zhǔn)中找到。

將上面的JSON對象進(jìn)行[base64編碼]可以得到下面的字符串。這個字符串我們將它稱作JWT的Payload（載荷）。

1	eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9

如果你使用Node.js，可以用Node.js的包base64url來得到這個字符串。

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。

頭部（Header）

JWT還需要一個頭部，頭部用于描述關(guān)于該JWT的最基本的信息，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"
}

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

對它也要進(jìn)行Base64編碼，之后的字符串就成了JWT的Header（頭部）。

1	eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9

簽名（簽名）

將上面的兩個編碼后的字符串都用句號.連接在一起（頭部在前），就形成了

1	eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0

這一部分的過程在node-jws的源碼中有體現(xiàn)

最后，我們將上面拼接完的字符串用HS256算法進(jìn)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，那么就可以得到我們加密后的內(nèi)容

1	rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

這一部分又叫做簽名。

最后將這一部分簽名也拼接在被簽名的字符串后面，我們就得到了完整的JWT

1	eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

于是，我們就可以將郵件中的URL改成

1	https://your./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：

簽名的目的是什么？
Base64是一種編碼，是可逆的，那么我的信息不就被暴露了嗎？

讓我逐一為你說明。

簽名的目的

最后一步簽名的過程，實際上是對頭部以及載荷內(nèi)容進(jìn)行簽名。一般而言，加密算法對于不同的輸入產(chǎn)生的輸出總是不一樣的。對于兩個不同的輸入，產(chǎn)生同樣的輸出的概率極其地?。ㄓ锌赡鼙任页墒澜缡赘坏母怕蔬€?。?。所以，我們就把“不一樣的輸入產(chǎn)生不一樣的輸出”當(dāng)做必然事件來看待吧。

所以，如果有人對頭部以及載荷的內(nèi)容解碼之后進(jìn)行修改，再進(jìn)行編碼的話，那么新的頭部和載荷的簽名和之前的簽名就將是不一樣的。而且，如果不知道服務(wù)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。

服務(wù)器應(yīng)用在接受到JWT后，會首先對頭部和載荷的內(nèi)容用同一算法再次簽名。那么服務(wù)器應(yīng)用是怎么知道我們用的是哪一種算法呢？別忘了，我們在JWT的頭部中已經(jīng)用alg字段指明了我們的加密算法了。

如果服務(wù)器應(yīng)用對頭部和載荷再次以同樣方法簽名之后發(fā)現(xiàn)，自己計算出來的簽名和接受到的簽名不一樣，那么就說明這個Token的內(nèi)容被別人動過的，我們應(yīng)該拒絕這個Token，返回一個HTTP 401 Unauthorized響應(yīng)。

信息會暴露？

是的。

所以，在JWT中，不應(yīng)該在載荷里面加入任何敏感的數(shù)據(jù)。在上面的例子中，我們傳輸?shù)氖怯脩舻腢ser ID。這個值實際上不是什么敏感內(nèi)容，一般情況下被知道也是安全的。

但是像密碼這樣的內(nèi)容就不能被放在JWT中了。如果將用戶的密碼放在了JWT中，那么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。

JWT的適用場景

我們可以看到，JWT適合用于向Web應(yīng)用傳遞一些非敏感信息。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(jīng)常用于設(shè)計用戶認(rèn)證和授權(quán)系統(tǒng)，甚至實現(xiàn)Web應(yīng)用的單點登錄。在下一次的文章中，我將為大家系統(tǒng)地總結(jié)JWT在用戶認(rèn)證和授權(quán)上的應(yīng)用。如果想要及時地收到下一篇文章的更新，您可以在下方訂閱我的半月刊：）