第02天什么是JWT？

# 1. 什么是 JWT

JWT （JSON Web Token） 是目前最流行的跨域认证解决方案，是一种基于 Token 的认证授权机制。 从 JWT 的全称可以看出，JWT 本身也是 Token，一种规范化之后的 JSON 结构的 Token。

Token 自身包含了身份验证所需要的所有信息，因此，我们的服务器不需要存储 Session 信息。这显然增加了系统的可用性和伸缩性，大大减轻了服务端的压力。

可以看出，JWT 更符合设计 RESTful API 时的「Stateless（无状态）」原则 。

并且， 使用 Token 认证可以有效避免 CSRF 攻击，因为 Token 一般是存在在 localStorage 中，使用 JWT 进行身份验证的过程中是不会涉及到 Cookie 的。

下面是 FC 7519 对 JWT 做的较为正式的定义。

JSON Web Token (JWT) is a compact, URL-safe means of representing claims to be transferred between two parties. The claims in a JWT are encoded as a JSON object that is used as the payload of a JSON Web Signature (JWS) structure or as the plaintext of a JSON Web Encryption (JWE) structure, enabling the claims to be digitally signed or integrity protected with a Message Authentication Code (MAC) and/or encrypted. ——JSON Web Token (JWT)

JSON Web Token (JWT) 是一种紧凑、URL 安全的方式，用于表示要在两方之间传输的声明。 JWT 中的声明被编码为 JSON 对象，该对象用作 JSON Web 签名 (JWS) 结构的有效负载或 JSON Web 加密 (JWE) 结构的明文，从而使声明能够进行数字签名或完整性保护使用消息验证代码 (MAC) 和 / 或加密。 ——JSON 网络令牌（JWT）

# 2. JWT 由哪些部分组成

JWT 本质上就是一组字串，通过（.）切分成三个为 Base64 编码的部分：

• Header : 描述 JWT 的元数据，定义了生成签名的算法以及 Token 的类型。
• Payload : 用来存放实际需要传递的数据
• Signature（签名） ：服务器通过 Payload、Header 和一个密钥 (Secret) 使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256）生成。

JWT 通常是这样的：aaaa.bbbb.cccc。

img

你可以在 jwt.io 这个网站上对其 JWT 进行解码，解码之后得到的就是 Header、Payload、Signature 这三部分。

image-20230807203955978

Header 和 Payload 都是 JSON 格式的数据，Signature 由 Payload、Header 和 Secret (密钥) 通过特定的计算公式和加密算法得到。

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）。

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

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：

{
    "sub": '1234567890',
    "name": 'Leo',
    "admin":true
}

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。

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：

image-20230807204120279

# 3. 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

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。

# 4. 如何基于 JWT 进行身份验证

在基于 Token 进行身份验证的的应用程序中，服务器通过 Payload、Header 和 Secret (密钥) 创建 Token（令牌）并将 Token 发送给客户端。客户端接收到 Token 之后，会将其保存在 Cookie 或者 localStorage 里面，以后客户端发出的所有请求都会携带这个令牌。

image-20230807204534879

简化后的步骤如下：

1. 用户向服务器发送用户名、密码以及验证码用于登陆系统。
2. 如果用户用户名、密码以及验证码校验正确的话，服务端会返回已经签名的 Token。
3. 用户以后每次向后端发请求都在 Header 中带上这个 Token。
4. 服务端检查 Token 并从中获取用户相关信息。

两点建议：

1. 建议将 Token 存放在 localStorage 中，放在 Cookie 中会有 CSRF 风险。
2. 请求服务端并携带 Token 的常见做法是将 Token 放在 HTTP Header 的 Authorization 字段中（Authorization: Bearer Token）。

# 5. 如何防止 JWT 被篡改的

有了签名之后，即使 Token 被泄露或者解惑，黑客也没办法同时篡改 Signature 、Header 、Payload。

这是为什么呢？因为服务端拿到 Token 之后，会解析出其中包含的 Header、Payload 以及 Signature 。服务端会根据 Header、Payload、密钥再次生成一个 Signature。拿新生成的 Signature 和 Token 中的 Signature 作对比，如果一样就说明 Header 和 Payload 没有被修改。

不过，如果服务端的秘钥也被泄露的话，黑客就可以同时篡改 Signature 、Header 、Payload 了。黑客直接修改了 Header 和 Payload 之后，再重新生成一个 Signature 就可以了。

密钥一定保管好，一定不要泄露出去。JWT 安全的核心在于签名，签名安全的核心在密钥。