CSRF攻击预防的Token生成以及验证原理

1.Token的特性

  • 唯一性
  • 时效性
  • 不可预测性
  • 无状态性

2.Token的结构组成

token由msg、separator、signature三部分组成

msg部分

msg由客户端标识信息(uid、did)、随机字符主体、过期时间戳两部分组成。

separator分隔符部分

用符号分隔msg部分和加密后的signature签名部分,比如“$”、"."等

签名signature部分

signature签名,是对上面提到的msg,按照msg中提到的msg的信息部分,按照特定的密匙进行加密。

token = base64(msg)格式化..base64(sha256("密匙", msg))

Token验证

当用户从客户端,得到token,再次提交给服务器的时候,服务器先判断token的有效性,如果有效则处理请求。

验证流程

  1. 客户端使用用户名和密码请求登录
  2. 服务端收到请求,验证登录是否成功
  3. 验证成功后,服务端会返回一个Token给客户端,反之,返回身份验证失败的信息
  4. 客户端收到Token并存储
  5. 客户端每次发起请求时都会将Token发给服务端
  6. 服务端收到请求后,验证Token的合法性,合法就返回客户端所需数据,反之,返回验证失败的信息

(1)token解构

服务器对客户端发来的token进行解构为msg、separator、signature三部分。

(2)验证时效

服务器先验证token是否还具有时效性,如果不具有时效性则拒绝访问。

(3)签名验证

服务器对客户端发送的信息进行签名,如果得到的签名与客户端发来的签名相同,则token有效

3.JWT(JSON Web Token)

组成部分

JWT由以下三部分组成:

Header(头部)
Payload(负载)
Signature(签名)

即:

Header.Payload.Signature

Header

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

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

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。

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:

{
  "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:

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。

JWT 的使用方式

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。

Authorization: Bearer

另一种做法是,跨域的时候,JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

JWT 的几个特点

(1)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。
(2)JWT 不加密的情况下,不能将秘密数据写入 JWT。
(3)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。
(4)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。
(5)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。
(6)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。

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