JWT-Json Web Token

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（(RFC 7519).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。

常用于的场景：

1.首先我们登陆一个网站，输入用户密码，然后服务器通过校验以后，就会在responce中下发一个jwt字符串。

2.我们客户端收到这个字符串以后，一般是储存在浏览器的session中，之后当我们要以登陆的身份进行请求时，便发送这个jwt，服务器进行认证，以此来校验身份。

这种模式，和cookies的形式是很类似的。

 

JWT长什么样？

JWT是由三段信息构成的，将这三段信息文本用.链接一起就构成了Jwt字符串。就像这样:

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ

JWT的构成

第一部分我们称它为头部（header),第二部分我们称其为载荷（payload, 类似于飞机上承载的物品)，第三部分是签证（signature).

header

jwt的头部承载两部分信息：

• 声明类型，这里是jwt
• 声明加密的算法 通常直接使用 HMAC SHA256

到目前为止，jwt的签名算法有三种。

1. 对称加密HMAC【哈希消息验证码】：HS256/HS384/HS512
2. 非对称加密RSASSA【RSA签名算法】（RS256/RS384/RS512）
3. ECDSA【椭圆曲线数据签名算法】（ES256/ES384/ES512）

完整的头部就像下面这样的JSON：

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

然后将头部进行base64加密（该加密是可以对称解密的),构成了第一部分.

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9

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载荷就是存放有效信息的地方。这个名字像是特指飞机上承载的货品，这些有效信息包含三个部分

• 标准中注册的声明
• 公共的声明
• 私有的声明

标准中注册的声明 (建议但不强制使用) ：

• iss: jwt签发者
• sub: jwt所面向的用户
• aud: 接收jwt的一方
• exp: jwt的过期时间，这个过期时间必须要大于签发时间
• nbf: 定义在什么时间之前，该jwt都是不可用的.
• iat: jwt的签发时间
• jti: jwt的唯一身份标识，主要用来作为一次性token,从而回避重放攻击。

公共的声明 ：
公共的声明可以添加任何的信息，一般添加用户的相关信息或其他业务需要的必要信息.但不建议添加敏感信息，因为该部分在客户端可解密.

私有的声明 ：
私有声明是提供者和消费者所共同定义的声明，一般不建议存放敏感信息，因为base64是对称解密的，意味着该部分信息可以归类为明文信息。

定义一个payload:

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

然后将其进行base64加密，得到Jwt的第二部分。

eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9

signature

jwt的第三部分是一个签证信息，这个签证信息由三部分组成：

• header (base64后的)
• payload (base64后的)
• secret

这个部分需要base64加密后的header和base64加密后的payload使用.连接组成的字符串，然后通过header中声明的加密方式进行加盐secret组合加密，然后就构成了jwt的第三部分。

// javascript
var encodedString = base64UrlEncode(header) + '.' + base64UrlEncode(payload);

var signature = HMACSHA256(encodedString, 'secret'); // TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ

将这三部分用.连接成一个完整的字符串,构成了最终的jwt:

  eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ

注意：secret是保存在服务器端的，jwt的签发生成也是在服务器端的，secret就是用来进行jwt的签发和jwt的验证，所以，它就是你服务端的私钥，在任何场景都不应该流露出去。一旦客户端得知这个secret, 那就意味着客户端是可以自我签发jwt了。

如何应用

一般是在请求头里加入Authorization，并加上Bearer标注：

fetch('api/user/1', {
  headers: {
    'Authorization': 'Bearer ' + token
  }
})

服务端会验证token，如果验证通过就会返回相应的资源。整个流程就是这样的:

jwt-diagram

总结

优点

• 因为json的通用性，所以JWT是可以进行跨语言支持的，像JAVA,JavaScript,NodeJS,PHP等很多语言都可以使用。
• 因为有了payload部分，所以JWT可以在自身存储一些其他业务逻辑所必要的非敏感信息。
• 便于传输，jwt的构成非常简单，字节占用很小，所以它是非常便于传输的。
• 它不需要在服务端保存会话信息, 所以它易于应用的扩展
• 传输方式多样。可以通过 HTTP 头部（推荐）/URL/POST 参数等方式传输
• 严谨的结构化。它自身（在 payload 中）就包含了所有与用户相关的验证消息，如用户可访问路由、访问有效期等信息，服务器无需再去连接数据库验证信息的有效性，并且 payload 支持应用定制
• 支持跨域验证，多应用于单点登录

安全相关

• 不应该在jwt的payload部分存放敏感信息，因为该部分是客户端可解密的部分。
• 保护好secret私钥，该私钥非常重要。
• 如果可以，请使用https协议

 

 JWT攻击技术

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1.敏感信息泄露

显然，由于有效载荷是以明文形式传输的，因此，如果有效载荷中存在敏感信息的话，就会发生信息泄露。

2.将签名算法改为none

我们知道，签名算法可以确保JWT在传输过程中不会被恶意用户所篡改。

但头部中的alg字段却可以改为none。

另外，一些JWT库也支持none算法，即不使用签名算法。当alg字段为空时，后端将不执行签名验证。

将alg字段改为none后，系统就会从JWT中删除相应的签名数据（这时，JWT就会只含有头部 + ‘.’ + 有效载荷 + ‘.’），然后将其提交给服务器。

这种攻击的具体例子可以从http://demo.sjoerdlangkemper.nl/jwtdemo/hs256.php中找到。

此外，相关的代码也可以从Github上找到，具体地址为https://github.com/Sjord/jwtdemo/。

相关代码如下所示：

import jwt
import base64
# header
# eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9
# {"typ":"JWT","alg":"HS256"}
#payload eyJpc3MiOiJodHRwOlwvXC9kZW1vLnNqb2VyZGxhbmdrZW1wZXIubmxcLyIsImlhdCI6MTUwNDAwNjQzNSwiZXhwIjoxNTA0MDA2NTU1LCJkYXRhIjp7ImhlbGxvIjoid29ybGQifX0
# {"iss":"http:\/\/demo.sjoerdlangkemper.nl\/","iat":1504006435,"exp":1504006555,"data":{"hello":"world"}}
def b64urlencode(data):
    return base64.b64encode(data).replace('+', '-').replace('/', '_').replace('=', '')

print b64urlencode("{\"typ\":\"JWT\",\"alg\":\"none\"}") + \
    '.' + b64urlencode("{\"data\":\"test\"}") + '.'

结果如下所示：

图6

3.将RS256算法改为HS256（非对称密码算法=>对称密码算法）

HS256算法使用密钥为所有消息进行签名和验证。

而RS256算法则使用私钥对消息进行签名并使用公钥进行身份验证。

如果将算法从RS256改为HS256，则后端代码将使用公钥作为密钥，然后使用HS256算法验证签名。

由于攻击者有时可以获取公钥，因此，攻击者可以将头部中的算法修改为HS256，然后使用RSA公钥对数据进行签名。

这样的话，后端代码使用RSA公钥+HS256算法进行签名验证。

同样地，我们也可以使用示例来了解这种攻击方法，具体请访问http://demo.sjoerdlangkemper.nl/jwtdemo/hs256.php。

RSA公钥：http://demo.sjoerdlangkemper.nl/jwtdemo/public.pem。

相关的代码如下所示：

import jwt
# eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJSUzI1NiJ9
# {"typ":"JWT","alg":"RS256"}
# eyJpc3MiOiJodHRwOlwvXC9kZW1vLnNqb2VyZGxhbmdrZW1wZXIubmxcLyIsImlhdCI6MTUwNDAwNzg3NCwiZXhwIjoxNTA0MDA3OTk0LCJkYXRhIjp7ImhlbGxvIjoid29ybGQifX0
# {"iss":"http:\/\/demo.sjoerdlangkemper.nl\/","iat":1504007874,"exp":1504007994,"data":{"hello":"world"}}
public = open('public.pem.1', 'r').read()
print public
print jwt.encode({"data":"test"}, key=public, algorithm='HS256')

结果如下所示（验证通过）：

图7

4. 破解HS256（对称加密算法）密钥

如果HS256密钥的强度较弱的话，攻击者可以直接通过蛮力攻击方式来破解密钥，例如将密钥字符串用作PyJWT库示例代码中的密钥的时候情况就是如此。

然后，用蛮力方式对密钥进行猜解，具体方法很简单：如果密钥正确的话，解密就会成功；如果密钥错误的话，解密代码就会抛出异常。

此外，我们也可以使用PyJWT或John Ripper进行破解测试。

相关破解工具 https://github.com/lmammino/jwt-cracker

 

附录：相关工具

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PyJWT库具体地址为：https://github.com/jpadilla/pyjwt。

>>> import jwt
>>> encoded = jwt.encode({'some': 'payload'}, 'secret', algorithm='HS256')
'eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzb21lIjoicGF5bG9hZCJ9.4twFt5NiznN84AWoo1d7KO1T_yoc0Z6XOpOVswacPZg'
>>> jwt.decode(encoded, 'secret', algorithms=['HS256'])
{'some': 'payload'}

 

 

参考：

https://xz.aliyun.com/t/2338

https://www.jianshu.com/p/576dbf44b2ae