JSON Web Token（JWT）

什么是JWT

JSON Web Token（JWT）是一种用于身份验证和授权的开放标准（RFC 7519），它定义了一种紧凑、自包含的方式，用于在网络上传输信息。JWT 由三部分组成，分别是头部（Header）、载荷（Payload）和签名（Signature）。

• 头部（Header）：Header部分通常由两部分信息组成：令牌的类型（这里是JWT）和使用的加密算法（比如HMAC SHA256或RSA）。

• 载荷（Payload）：Payload部分包含了一些声明信息，比如用户的ID、角色、过期时间等等。Payload部分是可以自定义的，但建议不要在Payload中放置敏感信息。

• 签名（Signature）：Signature部分是对Header和Payload部分的签名，可以确保令牌没有被篡改。

下面是一个JWT令牌的示例：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.
eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyLCJleHAiOjE1MTYyMzkwMjJ9.
4v1sxC4W4jEbP7lI4vA-ItQn8-kwxg1A-GACFVHd_9M

它是一个很长的字符串，中间用点（.）分隔成三个部分。注意，JWT 内部是没有换行的，这里只是为了便于展示，将它写成了几行。

JWT 的三个部分依次如下。

Header（头部）
Payload（负载）
Signature（签名）

写成一行，就是下面的样子。

Header.Payload.Signature

上述JWT令牌包含三部分：

Header部分是一个JSON对象，包含令牌的类型（JWT）和使用的加密算法（HMAC SHA256）：

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

Payload部分也是一个JSON对象，包含了一些声明信息，比如用户的ID、角色、过期时间等等：

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "iat": 1516239022,
  "exp": 1516239022 + 3600
}

Signature部分是对Header和Payload部分的签名，确保令牌没有被篡改。

签名的公式如下：

HMACSHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload),
  secret
)

其中，HMACSHA256表示使用HMAC SHA256加密算法，base64UrlEncode表示将字符串用Base64编码并且替换掉其中的"+"、"/"和"="为"-""_"和""。

secret是用于加密的密钥，该密钥只有服务端知道，用于验证JWT令牌的合法性。

算出签名以后，把 Header、Payload、Signature 三个部分拼成一个字符串，每个部分之间用"点"（.）分隔，就可以返回给用户。

JWT 通常用于在不同的应用程序之间传输身份验证信息，例如将用户登录信息传递给服务器。使用 JWT 的优点包括：无状态、跨平台、可靠性高、易于扩展、支持多种签名算法等。

JWT 的安全问题

JWT 是一种开放的标准，具有一定的安全风险。以下是一些常见的 JWT 安全问题：

1.JWT 的盗用

一旦 JWT 被窃取，攻击者就可以使用这个令牌来伪装成合法用户并访问受保护的资源。因此，在使用 JWT 时需要采取措施保护其机密性，例如使用 HTTPS 协议传输、使用适当的加密算法等。

2.JWT 的伪造

JWT 使用签名来验证其完整性和真实性，但如果签名算法被攻击者破解，则可以使用伪造的 JWT 访问受保护的资源。因此，在选择签名算法时需要谨慎，选择可靠的加密算法。

3.JWT 的过期

JWT 包含一个过期时间（exp），用于指定 JWT 的有效期限。如果过期时间设置过长或者过短，都会导致安全问题。过期时间设置过长，可能导致 JWT 被盗用后长时间有效，从而增加安全风险；过期时间设置过短，则可能导致用户频繁需要重新登录，影响用户体验。

4.JWT 的存储

如果 JWT 存储在客户端的 cookie 中，可能会受到跨站点脚本（XSS）攻击的威胁。攻击者可以通过注入恶意代码来窃取 JWT。因此，在存储 JWT 时，需要采用安全的存储方案，例如使用 HTTP-only cookie、localStorage、sessionStorage 等。

5.JWT 的大小

由于 JWT 包含的信息越多，其大小也会越大，从而影响JWT 的传输效率和性能。因此，在设计 JWT 时，需要权衡安全性和效率，并尽量减小 JWT 的大小。

如何保证JWT安全

为了保证 JWT 的安全性，我们可以采取以下措施：

使用适当的加密算法

在选择签名算法时，需要选择可靠的加密算法，例如 HMAC-SHA256、RSA-SHA256、ECDSA 等。同时，需要注意密钥的管理和保护，例如使用密钥轮换、密钥分离、密钥加密等。

设置适当的过期时间

在设置 JWT 的过期时间时，需要考虑安全和用户体验的平衡。一般来说，过期时间应该设置为比较短的时间，例如 15 分钟到 1 小时，但也要根据具体的应用场景和业务需求来设置过期时间。

使用 HTTPS 协议传输

使用 HTTPS 协议传输可以保证 JWT 的机密性和完整性，防止 JWT 被窃取或篡改。因此，在使用 JWT 时，应该尽可能使用 HTTPS 协议传输。

使用 HTTP-only cookie 存储

使用 HTTP-only cookie 存储可以防止 XSS 攻击窃取 JWT。HTTP-only cookie 只能通过 HTTP 协议传输，不能通过 JavaScript 访问。因此，在存储 JWT 时，应该尽可能使用 HTTP-only cookie。

实施访问控制

实施访问控制可以限制 JWT 的使用范围，防止 JWT 被滥用。例如，在 JWT 的载荷中添加用户的访问权限信息，服务器可以根据这些信息来判断用户是否有权访问受保护的资源。

总结

JSON Web Token（JWT）是一种用于身份验证和授权的开放标准，具有无状态、跨平台、可靠性高、易于扩展、支持多种签名算法等优点。然而，JWT 也存在一些安全问题，例如盗用、伪造、过期、存储和大小等问题。为了保证 JWT 的安全性，我们需要选择适当的加密算法、设置适当的过期时间、使用 HTTPS 协议传输、使用 HTTP-only cookie 存储和实施访问控制等措施。