带你弄懂JWT原理

矫情吗；* 2022-09-06 00:22 171阅读 0赞

JSON Web Token（JWT）是一个非常轻巧的[规范][Link 1]。这个规范允许我们使用JWT在用户和服务器之间传递安全可靠的信息。

让我们来假想一下一个场景。在A用户关注了B用户的时候，系统发邮件给B用户，并且附有一个链接“点此关注A用户”。链接的地址可以是这样的

> [https:][https] [//your.app.com/make-friend/?from\_user=B&target\_user=A][https]

上面的URL主要通过URL来描述这个当然这样做有一个弊端，那就是要求用户B用户是一定要先登录的。可不可以简化这个流程，让B用户不用登录就可以完成这个操作。JWT就允许我们做到这点。

### **JWT的组成** ###

一个JWT实际上就是一个字符串，它由三部分组成，**头部**、**载荷**与**签名**。

> \{
> 
>  "iss": "John Wu JWT",
> 
>  "iat": 1441593502,
> 
>  "exp": 1441594722,
> 
>  "aud": "www.example.com,
> 
>  "sub": "kevin@example.com",
> 
>  "from\_user": "B",
> 
>  "target\_user": "A"
> 
> \}

这里面的前五个字段都是由JWT的标准所定义的。

*  iss: 该JWT的签发者
 *  sub: 该JWT所面向的用户
 *  aud: 接收该JWT的一方
 *  exp(expires): 什么时候过期，这里是一个Unix时间戳
 *  iat(issued at): 在什么时候签发的

这些定义都可以在[标准][Link 1]中找到。

将上面的JSON对象进行\[base64编码\]可以得到下面的字符串。这个字符串我们将它称作JWT的**Payload**（载荷）。

eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9

> 注意：base64是一种编码，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。

**头部（Header）**

JWT还需要一个头部，头部用于描述关于该JWT的最基本的信息，例如其类型以及签名所用的算法等。这也可以被表示成一个JSON对象。

> \{
> 
> "typ": "JWT",
> 
> "alg": "HS256"
> 
> \}

在这里，我们说明了这是一个JWT，并且我们所用的签名算法（后面会提到）是HS256算法。

对它也要进行Base64编码，之后的字符串就成了JWT的**Header**（头部）。

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9

**签名（签名）**

将上面的两个编码后的字符串都用句号.连接在一起（头部在前），就形成了

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0

最后，我们将上面拼接完的字符串(`$input`)用HS256算法(`$algo`)进行加密。在加密的时候，我们还需要提供一个密钥（$secret）。比方我们使用字符串mySecret作为密钥的话，那么就可以通过下面的方法得到我们加密后的内容作为JWT的签名:

hash_hmac($algo, $input, $secret);// output: rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpùSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

最后将这一部分签名也拼接在被签名的字符串后面，我们就得到了完整的JWT:

> eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

于是，我们就可以将邮件中的URL改成

> [https://your.app.com/make-fri...][https_your.app.com_make-fri...]

这样服务端验证完JWT的签名没问题后就可以完成B用户添加A用户为好友的操作而不在需要用户再进行登录啦。

看到这里你应该会有两个疑问

1.  签名的目的是什么？
2.  Base64是一种编码，是可逆的，那么我的信息不就被暴露了吗？

**签名的目的**

最后一步签名的过程，实际上是对头部以及载荷内容进行签名。一般而言，加密算法对于不同的输入产生的输出总是不一样的。对于两个不同的输入，产生同样的输出的概率极其地小。

所以，如果有人对头部以及载荷的内容解码之后进行修改，再进行编码的话，那么新的头部和载荷的签名和之前的签名就将是不一样的。而且，如果不知道服务器加密的时候用的密钥的话，得出来的签名也一定会是不一样的。

服务器应用在接收到JWT后，会首先对头部和载荷的内容用同一算法再次签名。那么服务器应用是怎么知道我们用的是哪一种算法呢？别忘了，我们在JWT的头部中已经用alg字段指明了我们的加密算法了。

如果服务器应用对头部和载荷再次以同样方法签名之后发现，自己计算出来的签名和接受到的签名不一样，那么就说明这个Token的内容被别人动过的，我们应该拒绝这个Token，返回一个HTTP 401 Unauthorized响应。

关于两个签名的推荐用PHP中内建函数`hash_equals`来帮我们完成

> hash\_equals ( string  `$known_string` , string  `$user_string` ) : bool
> 
> 比较两个字符串，无论它们是否相等，本函数的时间消耗是恒定的。
> 
> 本函数可以用在需要防止时序攻击的字符串比较场景中， 例如，可以用在比较 [crypt()][crypt] 密码哈希值的场景。

**信息会暴露**

JWT荷载和头部中的信息都可以通过base64解码拿到，所以在JWT中，不应该在载荷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。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。

**JWT的适用场景**

我们可以看到，JWT适合用于向Web应用传递一些非敏感信息。例如在上面提到的完成加好友的操作，还有就是

JWT还经常用于设计用户认证和授权系统，尤其是现在前后端分离开发架构下，用户登录成功后将携带着用户标示和登录时间、站点等信息的JWT给到前端，前端在API请求的HEADER头中携带JWT，服务端验证完JWT的合法性后就能通过用户标示找到本次API请求所属的用户。

之前用PHP写了一个非常简陋的生成和校验JWT的程序，可以拿来参考，代码放到gist上了[https://gist.github.com/kevin...][https_gist.github.com_kevin...]点击预览。

[php][][jwt][]

[Link 1]: https://link.segmentfault.com/?url=https%3A%2F%2Ftools.ietf.org%2Fhtml%2Fdraft-ietf-oauth-json-web-token-32
[https]: https://link.segmentfault.com/?url=https%3A%2F%2Fyour.awesome-app.com%2Fmake-friend%2F%3Ffrom_user%3DB%26amp%3Btarget_user%3DA
[https_your.app.com_make-fri...]: https://link.segmentfault.com/?url=https%3A%2F%2Fyour.app.com%2Fmake-friend%2F%3Fjwt%3DeyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM
[crypt]: https://link.segmentfault.com/?url=https%3A%2F%2Fwww.php.net%2Fmanual%2Fzh%2Ffunction.crypt.php
[https_gist.github.com_kevin...]: https://gist.github.com/kevinyan815/d3f13ad7aec60738479b4ad2f6540a91
[php]: https://segmentfault.com/t/php
[jwt]: https://segmentfault.com/t/jwt