JSON Web Token - 在Web應用間安全地傳遞資訊

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JSON Web Token（JWT）是一個非常輕巧的規範。這個規範允許我們使用JWT在使用者和伺服器之間傳遞安全可靠的資訊。

讓我們來假想一下一個情境。在A使用者關注了B使用者的時候，系統發郵件給B使用者，並且附有一個連結“點此關注A使用者”。連結的地址可以是這樣的

1	https://your.awesome-app.com/make-friend/?from_user=B&target_user=A

上面的URL主要通過URL來描述這個當然這樣做有一個弊端，那就是要求使用者B使用者是一定要先登入的。可不可以簡化這個流程，讓B使用者不用登入就可以完成這個操作。JWT就允許我們做到這點。

 

JWT的組成

一個JWT實際上就是一個字串，它由三部分組成，頭部、載荷與簽名。

載荷（Payload）

我們先將上面的添加好友的操作描述成一個JSON對象。其中添加了一些其他的資訊，協助今後收到這個JWT的伺服器理解這個JWT。

123456789

{"iss": "John Wu JWT","iat": 1441593502,"exp": 1441594722,"aud": "www.example.com","sub": "[email protected]","from_user": "B","target_user": "A"}

這裡面的前五個欄位都是由JWT的標準所定義的。

• iss: 該JWT的簽發者
• sub: 該JWT所面向的使用者
• aud: 接收該JWT的一方
• exp(expires): 什麼時候到期，這裡是一個Unix時間戳記
• iat(issued at): 在什麼時候簽發的

這些定義都可以在標準中找到。

將上面的JSON對象進行[base64編碼]可以得到下面的字串。這個字串我們將它稱作JWT的Payload（載荷）。

1	eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9

如果你使用Node.js，可以用Node.js的包base64url來得到這個字串。

1234567

var base64url = require(‘base64url‘)var header = {"from_user": "B","target_user": "A"}console.log(base64url(JSON.stringify(header)))// 輸出：eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9

小知識：Base64是一種編碼，也就是說，它是可以被翻譯回原來的樣子來的。它並不是一種加密過程。

頭部（Header）

JWT還需要一個頭部，頭部用於描述關於該JWT的最基本的資訊，例如其類型以及簽名所用的演算法等。這也可以被表示成一個JSON對象。

1234	{"typ": "JWT","alg": "HS256"}

在這裡，我們說明了這是一個JWT，並且我們所用的簽名演算法（後面會提到）是HS256演算法。

對它也要進行Base64編碼，之後的字串就成了JWT的Header（頭部）。

1	eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9

簽名（簽名）

將上面的兩個編碼後的字串都用句號.串連在一起（頭部在前），就形成了

1	eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0

這一部分的過程在node-jws的源碼中有體現

最後，我們將上面拼接完的字串用HS256演算法進行加密。在加密的時候，我們還需要提供一個密鑰（secret）。如果我們用mystar作為密鑰的話，那麼就可以得到我們加密後的內容

1	rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

這一部分又叫做簽名。

 

最後將這一部分簽名也拼接在被簽名的字串後面，我們就得到了完整的JWT

1	eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

於是，我們就可以將郵件中的URL改成

1	https://your.awesome-app.com/make-friend/?jwt=eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

這樣就可以安全地完成添加好友的操作了！

且慢，我們一定會有一些問題：

1. 簽名的目的是什嗎？
2. Base64是一種編碼，是可逆的，那麼我的資訊不就被暴露了嗎？

讓我逐一為你說明。

簽名的目的

最後一步簽名的過程，實際上是對頭部以及載荷內容進行簽名。一般而言，密碼編譯演算法對於不同的輸入產生的輸出總是不一樣的。對於兩個不同的輸入，產生同樣的輸出的機率極其地小（有可能比我成世界首富的機率還小）。所以，我們就把“不一樣的輸入產生不一樣的輸出”當做必然事件來看待吧。

所以，如果有人對頭部以及載荷的內容解碼之後進行修改，再進行編碼的話，那麼新的頭部和載荷的簽名和之前的簽名就將是不一樣的。而且，如果不知道伺服器加密的時候用的密鑰的話，得出來的簽名也一定會是不一樣的。

 

伺服器應用在接受到JWT後，會首先對頭部和載荷的內容用同一演算法再次簽名。那麼伺服器應用是怎麼知道我們用的是哪一種演算法呢？別忘了，我們在JWT的頭部中已經用alg欄位指明了我們的密碼編譯演算法了。

如果伺服器應用對頭部和載荷再次以同樣方法簽名之後發現，自己計算出來的簽名和接受到的簽名不一樣，那麼就說明這個Token的內容被別人動過的，我們應該拒絕這個Token，返回一個HTTP 401 Unauthorized響應。

資訊會暴露？

是的。

所以，在JWT中，不應該在載荷裡面加入任何敏感的資料。在上面的例子中，我們傳輸的是使用者的User ID。這個值實際上不是什麼敏感內容，一般情況下被知道也是安全的。

但是像密碼這樣的內容就不能被放在JWT中了。如果將使用者的密碼放在了JWT中，那麼懷有惡意的第三方通過Base64解碼就能很快地知道你的密碼了。

JWT的適用情境

我們可以看到，JWT適合用於向Web應用傳遞一些非敏感資訊。例如在上面提到的完成加好友的操作，還有諸如下訂單的操作等等。

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