6.关于jwt

概述

回顾登录的流程：

接下来的问题是：这个出入证（令牌）里面到底存啥？

一种比较简单的办法就是直接存储用户信息的JSON串，这会造成下面的几个问题：

• 非浏览器环境，如何在令牌中记录过期时间
• 如何防止令牌被伪造

JWT就是为了解决这些问题出现的。

JWT全称Json Web Token，本质就是一个字符串

它要解决的问题，就是在互联网环境中，提供统一的、安全的令牌格式

因此，jwt只是一个令牌格式而已，你可以把它存储到cookie，也可以存储到localstorage，没有任何限制！

同样的，对于传输，你可以使用任何传输方式来传输jwt，一般来说，我们会使用消息头来传输它

比如，当登录成功后，服务器可以给客户端响应一个jwt：

HTTP/1.1 200 OK
...
set-cookie:token=jwt令牌
authentication:jwt令牌
...

{..., token:jwt令牌}

可以看到，jwt令牌可以出现在响应的任何一个地方，客户端和服务器自行约定即可。

当然，它也可以出现在响应的多个地方，比如为了充分利用浏览器的cookie，同时为了照顾其他设备，也可以让jwt出现在set-cookie和authorization或body中，尽管这会增加额外的传输量。

当客户端拿到令牌后，它要做的只有一件事：存储它。

你可以存储到任何位置，比如手机文件、PC文件、localstorage、cookie

当后续请求发生时，你只需要将它作为请求的一部分发送到服务器即可。

虽然jwt没有明确要求应该如何附带到请求中，但通常我们会使用如下的格式：

GET /api/resources HTTP/1.1
...
authorization: bearer jwt令牌
...

这样一来，服务器就能够收到这个令牌了，通过对令牌的验证，即可知道该令牌是否有效。

它们的完整交互流程是非常简单清晰的

令牌的组成

为了保证令牌的安全性，jwt令牌由三个部分组成，分别是：

1. header：令牌头部，记录了整个令牌的类型和签名算法
2. payload：令牌负荷，记录了保存的主体信息，比如你要保存的用户信息就可以放到这里
3. signature：令牌签名，按照头部固定的签名算法对整个令牌进行签名，该签名的作用是：保证令牌不被伪造和篡改

它们组合而成的完整格式是：header.payload.signature

比如，一个完整的jwt令牌如下：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9.BCwUy3jnUQ_E6TqCayc7rCHkx-vxxdagUwPOWqwYCFc

它各个部分的值分别是：

• header：eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
• payload：eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9
• signature: BCwUy3jnUQ_E6TqCayc7rCHkx-vxxdagUwPOWqwYCFc

下面分别对每个部分进行说明

header

它是令牌头部，记录了整个令牌的类型和签名算法

它的格式是一个json对象，如下：

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

该对象记录了：

• alg：signature部分使用的签名算法，通常可以取两个值
  • HS256：一种对称加密算法，使用同一个秘钥对signature加密解密
  • RS256：一种非对称加密算法，使用私钥签名，公钥验证
• typ：整个令牌的类型，固定写JWT即可

设置好了header之后，就可以生成header部分了

具体的生成方式及其简单，就是把header部分使用base64 url编码即可

base64 url不是一个加密算法，而是一种编码方式，它是在base64算法的基础上对+、=、/三个字符做出特殊处理的算法

而base64是使用64个可打印字符来表示一个二进制数据，具体的做法参考百度百科

浏览器提供了btoa函数，可以完成这个操作：

window.btoa(JSON.stringify({
  "alg":"HS256",
  "typ":"JWT"
}))
// 得到字符串：eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9

同样的，浏览器也提供了atob函数，可以对其进行解码：

window.atob("eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9")
// 得到字符串：{"alg":"HS256","typ":"JWT"}

nodejs中没有提供这两个函数，可以安装第三方库atob和bota搞定

或者，手动搞定

payload

这部分是jwt的主体信息，它仍然是一个JSON对象，它可以包含以下内容：

{
  "ss"："发行者",
  "iat"："发布时间",
  "exp"："到期时间",
  "sub"："主题",
  "aud"："听众",
  "nbf"："在此之前不可用",
  "jti"："JWT ID"
}

以上属性可以全写，也可以一个都不写，它只是一个规范，就算写了，也需要你在将来验证这个jwt令牌时手动处理才能发挥作用

上述属性表达的含义分别是：

• ss：发行该jwt的是谁，可以写公司名字，也可以写服务名称
• iat：该jwt的发放时间，通常写当前时间的时间戳
• exp：该jwt的到期时间，通常写时间戳
• sub：该jwt是用于干嘛的
• aud：该jwt是发放给哪个终端的，可以是终端类型，也可以是用户名称，随意一点
• nbf：一个时间点，在该时间点到达之前，这个令牌是不可用的
• jti：jwt的唯一编号，设置此项的目的，主要是为了防止重放攻击（重放攻击是在某些场景下，用户使用之前的令牌发送到服务器，被服务器正确的识别，从而导致不可预期的行为发生）

可是到现在，看了半天，没有出现我想要写入的数据啊

当用户登陆成功之后，我可能需要把用户的一些信息写入到jwt令牌中，比如用户id、账号等等（密码就算了）

其实很简单，payload这一部分只是一个json对象而已，你可以向对象中加入任何想要加入的信息

比如，下面的json对象仍然是一个有效的payload

{
  "foo":"bar",
  "iat":1587548215
}

foo: bar是我们自定义的信息，iat: 1587548215是jwt规范中的信息

最终，payload部分和header一样，需要通过base64 url编码得到：

window.btoa(JSON.stringify({
  "foo":"bar",
  "iat":1587548215
}))
// 得到字符串：eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9

signature

这一部分是jwt的签名，正是它的存在，保证了整个jwt不被篡改

这部分的生成，是对前面两个部分的编码结果，按照头部指定的方式进行加密

比如：头部指定的加密方法是HS256，前面两部分的编码结果是eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9

则第三部分就是用对称加密算法HS256对字符串eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9进行加密，当然你得指定一个秘钥，比如shhhhh

HS256(`eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9`, "shhhhh")
// 得到：BCwUy3jnUQ_E6TqCayc7rCHkx-vxxdagUwPOWqwYCFc

最终，将三部分组合在一起，就得到了完整的jwt

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9.BCwUy3jnUQ_E6TqCayc7rCHkx-vxxdagUwPOWqwYCFc

由于签名使用的秘钥保存在服务器，这样一来，客户端就无法伪造出签名，因为它拿不到秘钥。

换句话说，之所以说无法伪造jwt，就是因为第三部分的存在。

而前面两部分并没有加密，只是一个编码结果而已，可以认为几乎是明文传输

这不会造成太大的问题，因为既然用户登陆成功了，它当然有权力查看自己的用户信息

甚至在某些网站，用户的基本信息可以被任何人查看

你要保证的，是不要把敏感的信息存放到jwt中，比如密码

jwt的signature可以保证令牌不被伪造，那如何保证令牌不被篡改呢？

比如，某个用户登陆成功了，获得了jwt，但他人为的篡改了payload，比如把自己的账户余额修改为原来的两倍，然后重新编码出payload发送到服务器，服务器如何得知这些信息被篡改过了呢？

这就要说到令牌的验证了

令牌的验证

令牌在服务器组装完成后，会以任意的方式发送到客户端

客户端会把令牌保存起来，后续的请求会将令牌发送给服务器

而服务器需要验证令牌是否正确，如何验证呢？

首先，服务器要验证这个令牌是否被篡改过，验证方式非常简单，就是对header+payload用同样的秘钥和加密算法进行重新加密

然后把加密的结果和传入jwt的signature进行对比，如果完全相同，则表示前面两部分没有动过，就是自己颁发的，如果不同，肯定是被篡改过了。

传入的header.传入的payload.传入的signature
新的signature = header中的加密算法(传入的header.传入的payload, 秘钥)
验证：新的signature == 传入的signature

当令牌验证为没有被篡改后，服务器可以进行其他验证：比如是否过期、听众是否满足要求等等，这些就视情况而定了

注意：这些验证都需要服务器手动完成，没有哪个服务器会给你进行自动验证，当然，你可以借助第三方库来完成这些操作

总结

最后，总结一下jwt的特点：

• jwt本质上是一种令牌格式。它和终端设备无关，同样和服务器无关，甚至与如何传输无关，它只是规范了令牌的格式而已
• jwt由三部分组成：header、payload、signature。主体信息在payload
• jwt难以被篡改和伪造。这是因为有第三部分的签名存在。

面试题

请阐述JWT的令牌格式

参考答案：

token 分为三段，分别是 header、payload、signature

其中，header 标识签名算法和令牌类型；payload 标识主体信息，包含令牌过期时间、发布时间、发行者、主体内容等；signature 是使用特定的算法对前面两部分进行加密，得到的加密结果。

token 有防篡改的特点，如果攻击者改动了前面两个部分，就会导致和第三部分对应不上，使得 token 失效。而攻击者不知道加密秘钥，因此又无法修改第三部分的值。

所以，在秘钥不被泄露的前提下，一个验证通过的 token 是值得被信任的。