Web 安全 - 同事告訴我 JWT 是明文的...
一天 “小張” 接到一個需求 “一旦用戶登陸認證成功之后，后續的請求可以攜帶一個令牌，無需再次身份認證”。
這時 “小張” 咨詢了資深搬磚工程師 “小李”，憑借多年的搬磚經驗，同事 “小李” 說到：HTTP 協議是無狀態的，在第一次登陸認證成功后，下一次請求時，服務器也不知道請求者的身份信息。通常有兩種實現方式：
- 一種傳統的做法是在服務器上存儲用戶 session 信息，每次請求時攜帶 sessionID 進行驗證，這種方式缺點是會占用服務器內存，當用戶越來越多會增加服務器的內存開銷、由于存儲在內存還會帶來擴展性問題。
- 第二種方法是采用 JWT 技術，它是一種無狀態的身份驗證。只做校驗，將用戶狀態分散到了客戶端，服務器端不會進行信息存儲。
“小張” 聽完后，連忙說到第二種聽著不錯哦，搜索了一些相關文章介紹之后就開始了愉快的代碼編寫。完成之后提交了代碼給同事 “小李” 做 code review，做為資深搬磚工程師的 “小李”，一眼看出了問題：“怎么能在 JWT 生成的 token 里放用戶密碼呢！JWT 默認是明文的，不能存儲隱私信息”。
“小張” 不解，反問道：怎么會是明文呢，加密之后的數據我看了的，是一堆亂碼啊，下面是打印的 token 信息。
// jwt 簽名后生成的 token
"eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6IuW8oOS4iSIsInBhc3N3b3JkIjoxMjM0NTYsImlhdCI6MTY2MTg2OTQxMX0.3-60HUf_cKIo44hWUviNzqdUoUGngGQfrqffg0A6uqM"
“小李” 通過一段 Node.js 代碼展示了如何解密出 JWT 簽名后的 token 數據。
此時的 “小張” 陷入了沉思，頓時心里產生了兩個疑問???：
- 簽名時使用了 secret 了，生成的 token 看著就是一串亂碼的字符啊，為什么是明文呢？
- 按照上面這樣解析 token 中簽名的數據，數據會不會被篡改呢？
帶著這兩個疑問，下一步讓我們一塊了解下 JWT 的原理。
JWT 原理
JWT 全稱 JSON Web Token，是一種基于 JSON 的數據對象，通過技術手段將數據對象簽名為一個可以被驗證和信任的令牌（Token）在客戶端和服務端之間進行安全的傳輸。
JWT Token 由三部分組成：header（頭信息）、payload（消息體）、signature（簽名），之間用 .? 鏈接，構成如下所示：
Header 部分由 JSON 對象 ?{ typ, alg }? 兩部分構成，使用 base64url(header) 算法轉為字符串：
- typ：表示令牌類型，JWT 令牌統一寫為JWT
- alg：簽名算法，默認為HS256?，支持的算法為['RS256', 'RS384', 'RS512', 'ES256', 'ES384', 'ES512', 'HS256', 'HS384', 'HS512', 'none']
Payload 部分為消息體，用來存儲需要傳輸的數據，同樣也是一個 JSON 對象使用base64url(payload) 算法轉為字符串，JWT 提供了 7 個可選字段供選擇，也可以自定義字段：
- iss (issuer)：簽發人
- exp (expiration time)：過期時間
- sub (subject)：主題
- aud (audience)：受眾
- nbf (Not Before)：生效時間
- iat (Issued At)：簽發時間
- jti (JWT ID)：編號
Signature 是對 Header、Payload 兩部分數據按照指定的算法做了一個簽名，防止數據被篡改。需要指定一個 sceret，產生簽名的公式如下：
HMACSHA256(
base64UrlEncode(header) + "." +
base64UrlEncode(payload),
your-256-bit-secret
)
生成簽名后，將 header.payload.signature 三部分鏈接在一起，形成一個令牌（token）返回給客戶端。
問題答疑
這就是 JWT 的原理，了解之后并沒有那么神秘，回答上面的幾個問題。
簽名時使用了 secret，為什么是明文？
header、payload 部分是使用 base64 算法進行的編碼，并沒有被加密，自然也可以被解碼。但注意這里的 base64 算法有點不一樣的地方在于，token 可能會被放在 url query 中傳輸，URL 里面有三個特殊字符會被替換。下面是 JWT 中 base64url 的實現方式：
// https://github1s.com/auth0/node-jws/blob/HEAD/lib/sign-stream.js#L9-L16
function base64url(string, encoding) {
return Buffer
.from(string, encoding)
.toString('base64')
.replace(/=/g, '')
.replace(/\+/g, '-')
.replace(/\//g, '_');
}
還需要注意 payload 對象放置的內容越多，base64 之后的字符串就越大，同理簽名后的 token 也一樣。
數據會不會被篡改？
數據一旦被篡改，到服務端也會認證失敗的，服務端在生成簽名時有一個重要的參數是 secret，只要保證這個密鑰不被泄漏，就沒問題，就算篡改也是無效的。
Node.js 示例演示
在 Node.js 中使用 JWT 需要用到 jsonwebtoken 這個庫，API 很簡單，主要用到兩個方法：
- sign()：生成簽名
- verify()：驗證簽名
const crypto = require('node:crypto');
const jwt = require('jsonwebtoken');
const secret = crypto.createHmac('sha256', 'abcdefg')
.update('')
.digest('hex');
const payload = {
"username": "張三",
"password": 123456,
iat: 1516239022
};
const token = jwt.sign(payload, secret)
const result = jwt.verify(token, secret)
總結
JWT 由服務端生成可以存儲在客戶端，對服務端來說是無狀態的，可擴展性好。
上文我們也講了 JWT 中傳輸數據的 payload 默認是使用 base64 算法進行的編碼，看似一串亂碼，實則是沒有加密，因此不要將涉及到安全、用戶隱私的數據存放在 payload 中，如果要存放也請先自己進行加密。
一旦 token 泄漏，任何人都可以使用，為了減少 token 被盜用，盡可能的使用 HTTPS 協議傳輸，token 的過期時間也要設置的盡可能短。
防止數據被篡改，服務端密鑰（secret）很重要，一定要保管好。
