概述
回顾登录的流程:
接下来的问题是:这个出入证(令牌)里面到底存啥?
一种比较简单的办法就是直接存储用户信息的JSON串,这会造成下面的几个问题:
- 非浏览器环境,如何在令牌中记录过期时间
- 如何防止令牌被伪造
JWT就是为了解决这些问题出现的。
JWT全称Json Web Token
,本质就是一个字符串
它要解决的问题,就是在互联网环境中,提供统一的、安全的令牌格式
因此,jwt只是一个令牌格式而已,你可以把它存储到cookie,也可以存储到localstorage,没有任何限制!
同样的,对于传输,你可以使用任何传输方式来传输jwt,一般来说,我们会使用消息头来传输它
比如,当登录成功后,服务器可以给客户端响应一个jwt:
HTTP/1.1 200 OK...set-cookie:token=jwt令牌authentication:jwt令牌...{..., token:jwt令牌}
可以看到,jwt令牌可以出现在响应的任何一个地方,客户端和服务器自行约定即可。
当然,它也可以出现在响应的多个地方,比如为了充分利用浏览器的cookie,同时为了照顾其他设备,也可以让jwt出现在
set-cookie
和authorization或body
中,尽管这会增加额外的传输量。
当客户端拿到令牌后,它要做的只有一件事:存储它。
你可以存储到任何位置,比如手机文件、PC文件、localstorage、cookie
当后续请求发生时,你只需要将它作为请求的一部分发送到服务器即可。
虽然jwt没有明确要求应该如何附带到请求中,但通常我们会使用如下的格式:
GET /api/resources HTTP/1.1...authorization: bearer jwt令牌...
这样一来,服务器就能够收到这个令牌了,通过对令牌的验证,即可知道该令牌是否有效。
它们的完整交互流程是非常简单清晰的
令牌的组成
为了保证令牌的安全性,jwt令牌由三个部分组成,分别是:
- header:令牌头部,记录了整个令牌的类型和签名算法
- payload:令牌负荷,记录了保存的主体信息,比如你要保存的用户信息就可以放到这里
- signature:令牌签名,按照头部固定的签名算法对整个令牌进行签名,该签名的作用是:保证令牌不被伪造和篡改
它们组合而成的完整格式是:header.payload.signature
比如,一个完整的jwt令牌如下:
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9.BCwUy3jnUQ_E6TqCayc7rCHkx-vxxdagUwPOWqwYCFc
它各个部分的值分别是:
header:eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
payload:eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9
signature: BCwUy3jnUQ_E6TqCayc7rCHkx-vxxdagUwPOWqwYCFc
下面分别对每个部分进行说明
header
它是令牌头部,记录了整个令牌的类型和签名算法
它的格式是一个json
对象,如下:
{"alg":"HS256","typ":"JWT"}
该对象记录了:
- alg:signature部分使用的签名算法,通常可以取两个值
- HS256:一种对称加密算法,使用同一个秘钥对signature加密解密
- RS256:一种非对称加密算法,使用私钥签名,公钥验证
- typ:整个令牌的类型,固定写
JWT
即可
设置好了header
之后,就可以生成header
部分了
具体的生成方式极其简单,就是把header
部分使用base64 url
编码即可
base64 url
不是一个加密算法,而是一种编码方式,它是在base64
算法的基础上对+
、=
、/
三个字符做出特殊处理的算法而
base64
是使用64个可打印字符来表示一个二进制数据,具体的做法参考百度百科
浏览器提供了btoa
函数,可以完成这个操作:
window.btoa(JSON.stringify({"alg":"HS256","typ":"JWT"}))// 得到字符串:eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
同样的,浏览器也提供了atob
函数,可以对其进行解码:
window.atob("eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9")// 得到字符串:{"alg":"HS256","typ":"JWT"}
nodejs中没有提供这两个函数,可以安装第三方库
atob
和bota
搞定或者,手动搞定
payload
这部分是jwt的主体信息,它仍然是一个JSON对象,它可以包含以下内容:
{"ss":"发行者","iat":"发布时间","exp":"到期时间","sub":"主题","aud":"听众","nbf":"在此之前不可用","jti":"JWT ID"}
以上属性可以全写,也可以一个都不写,它只是一个规范,就算写了,也需要你在将来验证这个jwt令牌时手动处理才能发挥作用
上述属性表达的含义分别是:
- ss:发行该jwt的是谁,可以写公司名字,也可以写服务名称
- iat:该jwt的发放时间,通常写当前时间的时间戳
- exp:该jwt的到期时间,通常写时间戳
- sub:该jwt是用于干嘛的
- aud:该jwt是发放给哪个终端的,可以是终端类型,也可以是用户名称,随意一点
- nbf:一个时间点,在该时间点到达之前,这个令牌是不可用的
- jti:jwt的唯一编号,设置此项的目的,主要是为了防止重放攻击(重放攻击是在某些场景下,用户使用之前的令牌发送到服务器,被服务器正确的识别,从而导致不可预期的行为发生)
可是到现在,看了半天,没有出现我想要写入的数据啊
当用户登陆成功之后,我可能需要把用户的一些信息写入到jwt令牌中,比如用户id、账号等等(密码就算了)
其实很简单,payload这一部分只是一个json对象而已,你可以向对象中加入任何想要加入的信息
比如,下面的json对象仍然是一个有效的payload
{"foo":"bar","iat":1587548215}
foo: bar
是我们自定义的信息,iat: 1587548215
是jwt规范中的信息
最终,payload部分和header一样,需要通过base64 url
编码得到:
window.btoa(JSON.stringify({"foo":"bar","iat":1587548215}))// 得到字符串:eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9
signature
这一部分是jwt的签名,正是它的存在,保证了整个jwt不被篡改
这部分的生成,是对前面两个部分的编码结果,按照头部指定的方式进行加密
比如:头部指定的加密方法是HS256
,前面两部分的编码结果是eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9
则第三部分就是用对称加密算法HS256
对字符串eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9
进行加密,当然你得指定一个秘钥,比如shhhhh
HS256(`eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9`, "shhhhh")// 得到:BCwUy3jnUQ_E6TqCayc7rCHkx-vxxdagUwPOWqwYCFc
最终,将三部分组合在一起,就得到了完整的jwt
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJmb28iOiJiYXIiLCJpYXQiOjE1ODc1NDgyMTV9.BCwUy3jnUQ_E6TqCayc7rCHkx-vxxdagUwPOWqwYCFc
由于签名使用的秘钥保存在服务器,这样一来,客户端就无法伪造出签名,因为它拿不到秘钥。
换句话说,之所以说无法伪造jwt,就是因为第三部分的存在。
而前面两部分并没有加密,只是一个编码结果而已,可以认为几乎是明文传输
这不会造成太大的问题,因为既然用户登陆成功了,它当然有权力查看自己的用户信息
甚至在某些网站,用户的基本信息可以被任何人查看
你要保证的,是不要把敏感的信息存放到jwt中,比如密码
jwt的signature
可以保证令牌不被伪造,那如何保证令牌不被篡改呢?
比如,某个用户登陆成功了,获得了jwt,但他人为的篡改了payload
,比如把自己的账户余额修改为原来的两倍,然后重新编码出payload
发送到服务器,服务器如何得知这些信息被篡改过了呢?
这就要说到令牌的验证了
令牌的验证
令牌在服务器组装完成后,会以任意的方式发送到客户端
客户端会把令牌保存起来,后续的请求会将令牌发送给服务器
而服务器需要验证令牌是否正确,如何验证呢?
首先,服务器要验证这个令牌是否被篡改过,验证方式非常简单,就是对header+payload
用同样的秘钥和加密算法进行重新加密
然后把加密的结果和传入jwt的signature
进行对比,如果完全相同,则表示前面两部分没有动过,就是自己颁发的,如果不同,肯定是被篡改过了。
传入的header.传入的payload.传入的signature新的signature = header中的加密算法(传入的header.传入的payload, 秘钥)验证:新的signature == 传入的signature
当令牌验证为没有被篡改后,服务器可以进行其他验证:比如是否过期、听众是否满足要求等等,这些就视情况而定了
注意:这些验证都需要服务器手动完成,没有哪个服务器会给你进行自动验证,当然,你可以借助第三方库来完成这些操作
总结
最后,总结一下jwt的特点:
- jwt本质上是一种令牌格式。它和终端设备无关,同样和服务器无关,甚至与如何传输无关,它只是规范了令牌的格式而已
- jwt由三部分组成:header、payload、signature。主体信息在payload
- jwt难以被篡改和伪造。这是因为有第三部分的签名存在。
面试题
请阐述JWT的令牌格式
参考答案:
token 分为三段,分别是 header、payload、signature
其中,header 标识签名算法和令牌类型;payload 标识主体信息,包含令牌过期时间、发布时间、发行者、主体内容等;signature 是使用特定的算法对前面两部分进行加密,得到的加密结果。
token 有防篡改的特点,如果攻击者改动了前面两个部分,就会导致和第三部分对应不上,使得 token 失效。而攻击者不知道加密秘钥,因此又无法修改第三部分的值。
所以,在秘钥不被泄露的前提下,一个验证通过的 token 是值得被信任的。