JSON Web Token 简介

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Token是什么?

  在计算机身份认证中是令牌(临时)的意思。一般作为邀请、登录系统使用。也就是用户登录之后,为了避免用户反复登录来确认身份,会生成带用户标识的一串特殊字符串,响应到客户端。客户端的下次请求直接带Token,就可访问相应的资源,无需再次进行登录操作。

Token要解决什么问题?

  Cookie : 客户端存储用户状态。缺点:存在一定安全隐患。并且受同源策略影响,跨域访问会存在一定障碍。
  Session : 服务器存储用户状态。缺点:单机服务器访问量过大时,会相当消耗内存。SessionId存储在Cookie中,因此跨域访问同样会存在一定障碍。
  Token : 可以作为请求参数、也可存放在Cookie中响应给客户端。作为请求参数的话,就可以很轻便的实现跨域请求。

JSON Web Token 官方定义:

JSON Web Token(JWT)是一个开放标准(RFC 7519),它定义了一种紧凑且独立的方式,用于在各平台之间作为JSON对象安全地传输信息。 此信息可以通过数字签名进行验证和信任。 JWT可以使用秘密(使用HMAC算法)或使用RSA或ECDSA的公钥/私钥对进行签名。

我的理解:

  简单点来说,就是定义Token的规范。也就是以某种特定的格式存入能够确认用户状态的相关信息。

JWT 的原理

  JWT 的原理是,服务器认证以后,生成一个 JSON 对象,发回给用户,就像下面这样。

{
  "姓名": "张三",
  "角色": "管理员",
  "到期时间": "2018年7月1日0点0分"
}

  以后,用户与服务端通信的时候,都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。为了防止用户篡改数据,服务器在生成这个对象的时候,会加上签名(详见后文)。

服务器就不保存任何 session 数据了,也就是说,服务器变成无状态了,从而比较容易实现扩展。

JWT 的数据结构

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9
.eyJzdWIiOiJ1c2VySWQiLCJhdWQiOiLlk4jlk4giLCJhIjoiYiIsIm5iZiI6MTU1NTYwMjM0MCwiaXNzIjoiQmFjayIsImV4cCI6MTU1NTYwMjM0MCwiaWF0IjoxNTU1NjAyMzQwLCJqdGkiOiJkOThkZjhjMS04OTdlLTRlNWYtOThhOS0zNDNmMDRlMjE4MjkifQ
.vHijyxuj52IolkdCNhnUMwnJ5zYU7VcfUsVG7-Vstb0

  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

Header

Header 部分是一个 JSON 对象,描述 JWT 的元数据,通常是下面的样子。

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

  上面代码中,alg属性表示签名的算法(algorithm),默认是 HMAC SHA256(写成 HS256);typ属性表示这个令牌(token)的类型(type),JWT 令牌统一写为JWT。

最后,将上面的 JSON 对象使用 Base64URL 算法(详见后文)转成字符串。

Payload

Payload 部分也是一个 JSON 对象,用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段,供选用。

iss (issuer):签发人
exp (expiration time):过期时间
sub (subject):主题
aud (audience):受众
nbf (Not Before):生效时间
iat (Issued At):签发时间
jti (JWT ID):编号

除了官方字段,你还可以在这个部分定义私有字段,下面就是一个例子。

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true
}

注意,JWT 默认是不加密的,任何人都可以读到,所以不要把秘密信息放在这个部分。

这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。

Signature

Signature 部分是对前两部分的签名,防止数据篡改。

  首先,需要指定一个密钥(secret)。这个密钥只有服务器才知道,不能泄露给用户。然后,使用 Header 里面指定的签名算法(默认是 HMAC SHA256),按照下面的公式产生签名。

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

  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。

  前面提到,Header 和 Payload 串型化的算法是 Base64URL。这个算法跟 Base64 算法基本类似,但有一些小的不同。

  JWT 作为一个令牌(token),有些场合可能会放到 URL(比如 api.example.com/?token=xxx)。Base64 有三个字符+、/和=,在 URL 里面有特殊含义,所以要被替换掉:=被省略、+替换成-,/替换成_ 。这就是 Base64URL 算法。

JWT 的使用方式

  客户端收到服务器返回的 JWT,可以储存在 Cookie 里面,也可以储存在 localStorage。

  此后,客户端每次与服务器通信,都要带上这个 JWT。你可以把它放在 Cookie 里面自动发送,但是这样不能跨域,所以更好的做法是放在 HTTP 请求的头信息Authorization字段里面。

Authorization: Bearer <token>

  另一种做法是,跨域的时候,JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

JWT 的几个特点

(1)JWT 默认是不加密,但也是可以加密的。生成原始 Token 以后,可以用密钥再加密一次。

(2)JWT 不加密的情况下,不能将秘密数据写入 JWT。

(3)JWT 不仅可以用于认证,也可以用于交换信息。有效使用 JWT,可以降低服务器查询数据库的次数。

(4)JWT 的最大缺点是,由于服务器不保存 session 状态,因此无法在使用过程中废止某个 token,或者更改 token 的权限。也就是说,一旦 JWT 签发了,在到期之前就会始终有效,除非服务器部署额外的逻辑。

(5)JWT 本身包含了认证信息,一旦泄露,任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用,JWT 的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限,使用时应该再次对用户进行认证。

(6)为了减少盗用,JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输,要使用 HTTPS 协议传输。

参考来源

http://www.ruanyifeng.com/blog/2018/07/json_web_token-tutorial.html

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