认识JWT

1. JSON Web Token是什么

JSON Web Token (JWT)是一个开放标准(RFC 7519),它定义了一种紧凑的、自包含的方式,用于作为JSON对象在各方之间安全地传输信息。该信息可以被验证和信任,因为它是数字签名的。

2. 什么时候你应该用JSON Web Tokens

下列场景中使用JSON Web Token是很有用的:

  • Authorization (授权) : 这是使用JWT的最常见场景。一旦用户登录,后续每个请求都将包含JWT,允许用户访问该令牌允许的路由、服务和资源。单点登录是现在广泛使用的JWT的一个特性,因为它的开销很小,并且可以轻松地跨域使用。
  • Information Exchange (信息交换) : 对于安全的在各方之间传输信息而言,JSON Web Tokens无疑是一种很好的方式。因为JWTs可以被签名,例如,用公钥/私钥对,你可以确定发送人就是它们所说的那个人。另外,由于签名是使用头和有效负载计算的,您还可以验证内容没有被篡改。

3. JSON Web Token的结构是什么样的

JSON Web Token由三部分组成,它们之间用圆点(.)连接。这三部分分别是:

  • Header
  • Payload
  • Signature

因此,一个典型的JWT看起来是这个样子的:

xxxxx.yyyyy.zzzzz

接下来,具体看一下每一部分:

Header

header典型的由两部分组成:token的类型(“JWT”)和算法名称(比如:HMAC SHA256或者RSA等等)。

例如:

然后,用Base64对这个JSON编码就得到JWT的第一部分

 

Payload

JWT的第二部分是payload,它包含声明(要求)。声明是关于实体(通常是用户)和其他数据的声明。声明有三种类型: registered, public 和 private。

  • Registered claims : 这里有一组预定义的声明,它们不是强制的,但是推荐。比如:iss (issuer), exp (expiration time), sub (subject), aud (audience)等。
  • Public claims : 可以随意定义。
  • Private claims : 用于在同意使用它们的各方之间共享信息,并且不是注册的或公开的声明。

下面是一个例子:

对payload进行Base64编码就得到JWT的第二部分

注意,不要在JWT的payload或header中放置敏感信息,除非它们是加密的。

 

Signature

为了得到签名部分,你必须有编码过的header、编码过的payload、一个秘钥,签名算法是header中指定的那个,然对它们签名即可。

例如:

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

签名是用于验证消息在传递过程中有没有被更改,并且,对于使用私钥签名的token,它还可以验证JWT的发送方是否为它所称的发送方。

 

看一张官网的图就明白了:

4. JSON Web Tokens是如何工作的

在认证的时候,当用户用他们的凭证成功登录以后,一个JSON Web Token将会被返回。此后,token就是用户凭证了,你必须非常小心以防止出现安全问题。一般而言,你保存令牌的时候不应该超过你所需要它的时间。

无论何时用户想要访问受保护的路由或者资源的时候,用户代理(通常是浏览器)都应该带上JWT,典型的,通常放在Authorization header中,用Bearer schema。

header应该看起来是这样的:

Authorization: Bearer <token>

服务器上的受保护的路由将会检查Authorization header中的JWT是否有效,如果有效,则用户可以访问受保护的资源。如果JWT包含足够多的必需的数据,那么就可以减少对某些操作的数据库查询的需要,尽管可能并不总是如此。

如果token是在授权头(Authorization header)中发送的,那么跨源资源共享(CORS)将不会成为问题,因为它不使用cookie。

下面这张图显示了如何获取JWT以及使用它来访问APIs或者资源:

  1. 应用(或者客户端)想授权服务器请求授权。例如,如果用授权码流程的话,就是/oauth/authorize
  2. 当授权被许可以后,授权服务器返回一个access token给应用
  3. 应用使用access token访问受保护的资源(比如:API)

5. 基于Token的身份认证 与 基于服务器的身份认证

5.1. 基于服务器的身份认证

在讨论基于Token的身份认证是如何工作的以及它的好处之前,我们先来看一下以前我们是怎么做的:

HTTP协议是无状态的,也就是说,如果我们已经认证了一个用户,那么他下一次请求的时候,服务器不知道我是谁,我们必须再次认证

传统的做法是将已经认证过的用户信息存储在服务器上,比如Session。用户下次请求的时候带着Session ID,然后服务器以此检查用户是否认证过。

这种基于服务器的身份认证方式存在一些问题:

  • Sessions : 每次用户认证通过以后,服务器需要创建一条记录保存用户信息,通常是在内存中,随着认证通过的用户越来越多,服务器的在这里的开销就会越来越大。
  • Scalability : 由于Session是在内存中的,这就带来一些扩展性的问题。
  • CORS : 当我们想要扩展我们的应用,让我们的数据被多个移动设备使用时,我们必须考虑跨资源共享问题。当使用AJAX调用从另一个域名下获取资源时,我们可能会遇到禁止请求的问题。
  • CSRF : 用户很容易受到CSRF攻击。

5.2. JWT与Session的差异

相同点是,它们都是存储用户信息;然而,Session是在服务器端的,而JWT是在客户端的。

Session方式存储用户信息的最大问题在于要占用大量服务器内存,增加服务器的开销。

而JWT方式将用户状态分散到了客户端中,可以明显减轻服务端的内存压力。

Session的状态是存储在服务器端,客户端只有session id;而Token的状态是存储在客户端。

 

5.3. 基于Token的身份认证是如何工作的

基于Token的身份认证是无状态的,服务器或者Session中不会存储任何用户信息。

没有会话信息意味着应用程序可以根据需要扩展和添加更多的机器,而不必担心用户登录的位置。

虽然这一实现可能会有所不同,但其主要流程如下:

  1. 用户携带用户名和密码请求访问
  2. 服务器校验用户凭据
  3. 应用提供一个token给客户端
  4. 客户端存储token,并且在随后的每一次请求中都带着它
  5. 服务器校验token并返回数据

注意:

  1. 每一次请求都需要token
  2. Token应该放在请求header中
  3. 我们还需要将服务器设置为接受来自所有域的请求,用Access-Control-Allow-Origin: *

5.4. 用Token的好处

  • 无状态和可扩展性:Tokens存储在客户端。完全无状态,可扩展。我们的负载均衡器可以将用户传递到任意服务器,因为在任何地方都没有状态或会话信息。
  • 安全:Token不是Cookie。(The token, not a cookie.)每次请求的时候Token都会被发送。而且,由于没有Cookie被发送,还有助于防止CSRF攻击。即使在你的实现中将token存储到客户端的Cookie中,这个Cookie也只是一种存储机制,而非身份认证机制。没有基于会话的信息可以操作,因为我们没有会话!

还有一点,token在一段时间以后会过期,这个时候用户需要重新登录。这有助于我们保持安全。还有一个概念叫token撤销,它允许我们根据相同的授权许可使特定的token甚至一组token无效。

5.5. JWT与OAuth的区别

  1. OAuth2是一种授权框架 ,JWT是一种认证协议
  2. 无论使用哪种方式切记用HTTPS来保证数据的安全性
  3. OAuth2用在使用第三方账号登录的情况(比如使用weibo, qq, github登录某个app),而JWT是用在前后端分离, 需要简单的对后台API进行保护时使用。

5.6. 关于OAuth可以参考下面几篇

OAuth 2.0

Spring Security OAuth 2.0

OAuth 2.0 授权码请求

6. 参考

https://jwt.io/

https://scotch.io/tutorials/the-ins-and-outs-of-token-based-authentication#toc-why-tokens-came-around

https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-3

http://blog.leapoahead.com/2015/09/06/understanding-jwt/

https://cnodejs.org/topic/557844a8e3cc2f192486a8ff

http://blog.leapoahead.com/2015/09/07/user-authentication-with-jwt/

posted @ 2018-07-07 16:38 废物大师兄 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏