带你弄懂JWT原理

jiezi

5 年前

JSON Web Token（JWT）是一个非常轻巧的规范。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://your.app.com/make-friend/?from_user=B&target_user=A

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。

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…

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

签名的目的是什么？
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() 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…。

JWT 的组成

头部（Header）

签名（签名）