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JWT——Json web token

是为了在网络应用环境间传递声明而执行的一种基于JSON的开放标准,可实现无状态、分布式的Web应用授权。

1.1 传统方式

XSS的原理分析与解剖

前后端分离通过Restful API进行数据交互时,如何验证用户的登录信息及权限。在原来的项目中,使用的是最传统也是最简单的方式,前端登录,后端根据用户信息生成一个token,并保存这个 token 和对应的用户id到数据库或Session中,接着把 token 传给用户,存入浏览器 cookie,之后浏览器请求带上这个cookie,后端根据这个cookie值来查询用户,验证是否过期。

但这样做问题就很多,如果我们的页面出现了 XSS 漏洞,由于 cookie 可以被 JavaScript 读取,XSS 漏洞会导致用户 token 泄露,而作为后端识别用户的标识,cookie 的泄露意味着用户信息不再安全。尽管我们通过转义输出内容,使用 CDN 等可以尽量避免 XSS 注入,但谁也不能保证在大型的项目中不会出现这个问题。

在设置 cookie 的时候,其实你还可以设置 httpOnly 以及 secure(保护)项。设置 httpOnly 后 cookie 将不能被 JS 读取,浏览器会自动的把它加在请求的 header 当中,设置 secure 的话,cookie 就只允许通过 HTTPS 传输。secure 选项可以过滤掉一些使用 HTTP 协议的 XSS 注入,但并不能完全阻止。

httpOnly 选项使得 JS 不能读取到 cookie,那么 XSS 注入的问题也基本不用担心了。但设置 httpOnly 就带来了另一个问题,就是很容易的被 XSRF,即跨站请求伪造。当你浏览器开着这个页面的时候,另一个页面可以很容易的跨站请求这个页面的内容。因为 cookie 默认被发了出去。

另外,如果将验证信息保存在数据库中,后端每次都需要根据token查出用户id,这就增加了数据库的查询和存储开销。若把验证信息保存在session中,有加大了服务器端的存储压力。那我们可不可以不要服务器去查询呢?如果我们生成token遵循一定的规律,比如我们使用对称加密算法来加密用户id形成token,那么服务端以后其实只要解密该token就可以知道用户的id是什么了。不过呢,我只是举个例子而已,要是真这么做,只要你的对称加密算法泄露了,其他人可以通过这种加密方式进行伪造token,那么所有用户信息都不再安全了。恩,那用非对称加密算法来做呢,其实现在有个规范就是这样做的,就是我们接下来要介绍的 JWT。

Json Web Token(JWT)

JWT 是一个开放标准(RFC 7519),它定义了一种用于简洁,自包含的用于通信双方之间以 JSON 对象的形式安全传递信息的方法。JWT 可以使用 HMAC 算法或者是 RSA 的公钥密钥对进行签名。它具备两个特点:

  • 简洁(Compact)
  • 可以通过URL, POST 参数或者在 HTTP header 发送,因为数据量小,传输速度快
  • 自包含(Self-contained)
  • 负载中包含了所有用户所需要的信息,避免了多次查询数据库

JWT 组成

Header 头部

头部包含了两部分,token 类型和采用的加密算法

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{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}

它会使用 Base64 编码组成 JWT 结构的第一部分,如果你使用Node.js,可以用Node.js的包base64url来得到这个字符串。

Base64是一种编码,也就是说,它是可以被翻译回原来的样子来的。它并不是一种加密过程。

Payload 负载

这部分就是我们存放信息的地方了,你可以把用户 ID 等信息放在这里,JWT 规范里面对这部分有进行了比较详细的介绍,常用的由 iss(签发者),exp(过期时间),sub(面向的用户),aud(接收方),iat(签发时间)。

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{
"iss": "lion1ou JWT",
"iat": 1441593502,
"exp": 1441594722,
"aud": "www.example.com",
"sub": "lion1ou@163.com"
}

同样的,它会使用 Base64 编码组成 JWT 结构的第二部分

Signature 签名

前面两部分都是使用 Base64 进行编码的,即前端可以解开知道里面的信息。Signature 需要使用编码后的 header 和 payload 以及我们提供的一个密钥,然后使用 header 中指定的签名算法(HS256)进行签名。签名的作用是保证 JWT 没有被篡改过。

三个部分通过.连接在一起就是我们的 JWT 了,它可能长这个样子,长度貌似和你的加密算法和私钥有关系

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJpZCI6IjU3ZmVmMTY0ZTU0YWY2NGZmYzUzZGJkNSIsInhzcmYiOiI0ZWE1YzUwOGE2NTY2ZTc2MjQwNTQzZjhmZWIwNmZkNDU3Nzc3YmUzOTU0OWM0MDE2NDM2YWZkYTY1ZDIzMzBlIiwiaWF0IjoxNDc2NDI3OTMzfQ.PA3QjeyZSUh7H0GfE0vJaKW4LjKJuC3dVLQiY4hii8s

其实到这一步可能就有人会想了,HTTP 请求总会带上 token,这样这个 token 传来传去占用不必要的带宽啊。如果你这么想了,那你可以去了解下 HTTP2,HTTP2 对头部进行了压缩,相信也解决了这个问题。

签名的目的

最后一步签名的过程,实际上是对头部以及负载内容进行签名,防止内容被窜改。如果有人对头部以及负载的内容解码之后进行修改,再进行编码,最后加上之前的签名组合形成新的JWT的话,那么服务器端会判断出新的头部和负载形成的签名和JWT附带上的签名是不一样的。如果要对新的头部和负载进行签名,在不知道服务器加密时用的密钥的话,得出来的签名也是不一样的。

信息暴露

在这里大家一定会问一个问题:Base64是一种编码,是可逆的,那么我的信息不就被暴露了吗?

是的。所以,在JWT中,不应该在负载里面加入任何敏感的数据。在上面的例子中,我们传输的是用户的User ID。这个值实际上不是什么敏感内容,一般情况下被知道也是安全的。但是像密码这样的内容就不能被放在JWT中了。如果将用户的密码放在了JWT中,那么怀有恶意的第三方通过Base64解码就能很快地知道你的密码了。
因此JWT适合用于向Web应用传递一些非敏感信息。JWT还经常用于设计用户认证和授权系统,甚至实现Web应用的单点登录。

JWT 使用

  • 1.首先,前端通过Web表单将自己的用户名和密码发送到后端的接口。这一过程一般是一个HTTP POST请求。建议的方式是通过SSL加密的传输(https协议),从而避免敏感信息被嗅探。

  • 2.后端核对用户名和密码成功后,将用户的id等其他信息作为JWT Payload(负载),将其与头部分别进行Base64编码拼接后签名,形成一个JWT。形成的JWT就是一个形同lll.zzz.xxx的字符串。

  • 3.后端将JWT字符串作为登录成功的返回结果返回给前端。前端可以将返回的结果保存在localStorage或sessionStorage上,退出登录时前端删除保存的JWT即可。

  • 4.前端在每次请求时将JWT放入HTTP Header中的Authorization位。(解决XSS和XSRF问题)

  • 5.后端检查是否存在,如存在验证JWT的有效性。例如,检查签名是否正确;检查Token是否过期;检查Token的接收方是否是自己(可选)。

  • 6.验证通过后后端使用JWT中包含的用户信息进行其他逻辑操作,返回相应结果。

和Session方式存储id的差异

Session方式存储用户id的最大弊病在于Session是存储在服务器端的,所以需要占用大量服务器内存,对于较大型应用而言可能还要保存许多的状态。一般而言,大型应用还需要借助一些KV数据库和一系列缓存机制来实现Session的存储。

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。除了用户id之外,还可以存储其他的和用户相关的信息,例如该用户是否是管理员、用户所在的分组等。虽说JWT方式让服务器有一些计算压力(例如加密、编码和解码),但是这些压力相比磁盘存储而言可能就不算什么了。具体是否采用,需要在不同场景下用数据说话。

单点登录

Session方式来存储用户id,一开始用户的Session只会存储在一台服务器上。对于有多个子域名的站点,每个子域名至少会对应一台不同的服务器,例如:www.taobao.com,nv.taobao.com,nz.taobao.com,login.taobao.com。所以如果要实现在login.taobao.com登录后,在其他的子域名下依然可以取到Session,这要求我们在多台服务器上同步Session。使用JWT的方式则没有这个问题的存在,因为用户的状态已经被传送到了客户端。

总结优点

也就是说相比于传统基于cookie的session,基于token的jwt有以下优点:

  • Cookie是不允许垮域访问的,这一点对Token机制是不存在的,前提是传输的用户认证信息通过HTTP头传输.

  • 无状态(也称:服务端可扩展行):Token机制在服务端不需要存储session信息,因为Token 自身包含了所有登录用户的信息,只需要在客户端的cookie或本地介质存储状态信息.

  • 更适用CDN: 可以通过内容分发网络请求你服务端的所有资料(如:javascript,HTML,图片等),而你的服务端只要提供API即可.

  • 去耦: 不需要绑定到一个特定的身份验证方案。Token可以在任何地方生成,只要在你的API被调用的时候,你可以进行Token生成调用即可.

  • 更适用于移动应用: 当你的客户端是一个原生平台(iOS, Android,Windows 8等)时,Cookie是不被支持的(你需要通过Cookie容器进行处理),这时采用Token认证机制就会简单得多。

  • CSRF:因为不再依赖于Cookie,所以你就不需要考虑对CSRF(跨站请求伪造)的防范。

  • 性能: 一次网络往返时间(通过数据库查询session信息)总比做一次HMACSHA256计算 的Token验证和解析要费时得多.

  • 不需要为登录页面做特殊处理: 如果你使用Protractor 做功能测试的时候,不再需要为登录页面做特殊处理.

  • 基于标准化:你的API可以采用标准化的 JSON Web Token (JWT). 这个标准已经存在多个后端库(.NET, Ruby, Java,Python, PHP)和多家公司的支持(如:Firebase,Google, Microsoft).


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