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JWT-简介

背景

  现在很多网站都是前后端分离或者对接APP或者对接小程序,因http协议本身为无状态,这样每次用户发出请求,我们并不能区分是哪个用户发出的请求,这样我们可以通过保存cookie以便于识别是哪个用户发来的请求,传统凡事基于session认证。但是这种认证本身很多缺陷,扩展性差,CSRF等问题。JWT(Json web token) 相比传统token,设计更为紧凑且安全。通过JWT可以实现用户认证等操作。

  其实很多项目都用到了JWT,由于都是使用现成的包,反倒对细节了解的不多,所以今天就简单了解一下JWT。

介绍

  Json web token (JWT),是为了在网络应用环境间传递声明而执行的一种基于JSON的开放标准((RFC7519)。该token被设计为紧凑且安全的,特别适用于分布式站点的单点登录(SSO)场景。JWT的声明一般被用来在身份提供者和服务提供者间传递被认证的用户身份信息,以便于从资源服务器获取资源,也可以增加一些额外的其它业务逻辑所必须的声明信息,该token也可直接被用于认证,也可被加密。

特点

  • JWT 默认是不加密,但也是可以加密的。生成原始 Token 以后,可以用密钥再加密一次。

  • JWT 不加密的情况下,不能将秘密数据写入 JWT。

  • JWT 不仅可以用于认证,也可以用于交换信息。有效使用 JWT,可以降低服务器查询数据库的次数。

  • JWT 的最大缺点是,由于服务器不保存 session 状态,因此无法在使用过程中废止某个 token,或者更改 token 的权限。也就是说,一旦 JWT 签发了,在到期之前就会始终有效,除非服务器部署额外的逻辑。

  • JWT 本身包含了认证信息,一旦泄露,任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用,JWT 的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限,使用时应该再次对用户进行认证。

  • 为了减少盗用,JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输,要使用 HTTPS 协议传输。

结构

  JWT是一个很长的字符串,中间用点(.)分隔成三个部分。分别是头部(Header)、负载(Payload)和签名(Signature)。每一部分有自己的格式。

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头部(Header)

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

Header 部分是一个 JSON 对象,描述 JWT 的元数据,通常是上面的样子。

  • alg:属性表示签名的算法(algorithm),默认是 HMAC SHA256(写成 HS256);

  • typ:属性表示这个令牌(token)的类型(type),JWT 令牌统一写为JWT。(注意没有e,不是写错了)

最后,将上面的 JSON 对象使用 Base64URL 算法转成字符串。

Payload

Payload 部分也是一个 JSON 对象,用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段,供选用。

  • iss (issuer):签发人

  • exp (expiration time):过期时间

  • sub (subject):主题

  • aud (audience):受众

  • nbf (Not Before):生效时间

  • iat (Issued At):签发时间

  • jti (JWT ID):编号

除了官方字段,你还可以在这个部分定义私有字段,下面就是一个例子。

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{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true
}

注意,JWT 默认是不加密的,任何人都可以读到,所以不要把秘密信息放在这个部分。

这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。

Signature

Signature 部分是对前两部分的签名,防止数据篡改。

首先,需要指定一个密钥(secret)。这个密钥只有服务器才知道,不能泄露给用户。然后,使用 Header 里面指定的签名算法(默认是 HMAC SHA256),按照下面的公式产生签名。

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

算出签名以后,把 Header、Payload、Signature 三个部分拼成一个字符串,每个部分之间用”点”(.)分隔,就可以返回给用户。

Base64URL

前面提到,Header 和 Payload 串型化的算法是 Base64URL。这个算法跟 Base64 算法基本类似,但有一些小的不同。

JWT 作为一个令牌(token),有些场合可能会放到 URL(比如 api.example.com/?token=xxx)。Base64 有三个字符+、/和=,在 URL 里面有特殊含义,所以要被替换掉:=被省略、+替换成-,/替换成_ 。这就是 Base64URL 算法。

使用

客户端收到服务器返回的 JWT,可以储存在 Cookie 里面,也可以储存在 localStorage。

此后,客户端每次与服务器通信,都要带上这个 JWT。你可以把它放在 Cookie 里面自动发送,但是这样不能跨域,所以更好的做法是放在 HTTP 请求的头信息Authorization字段里面。

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Authorization: Bearer <token>

另一种做法是,跨域的时候,JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

参考资料

1、JSON Web Token 入门教程

2、jwt工具

本文由作者按照 CC BY 4.0 进行授权

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