学学JWS,JWT

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密钥管理服务KMS,1000个密钥,100个凭据,1个月
简介: 学学JWS,JWT

前言

上一篇文章我们已经看了iOS StoreKit 2 今天我们来看看 他们的加密算法JWS

聊聊JWT和OAuth2

要比较JWT和OAuth2,首先要明白一点就是,这两个根本没有可比性,是两个完全不同的东西。

JWT是一种认证协议

JWT提供了一种用于发布接入令牌(Access Token),并对发布的签名接入令牌进行验证的方法。 令牌(Token)本身包含了一系列声明,应用程序可以根据这些声明限制用户对资源的访问。

OAuth2是一种授权框架

另一方面,OAuth2是一种授权框架,提供了一套详细的授权机制(指导)。用户或应用可以通过公开的或私有的设置,授权第三方应用访问特定资源。

为什么要比较

既然JWT和OAuth2没有可比性,为什么还要把这两个放在一起说呢?实际中确实会有很多人拿JWT和OAuth2作比较。很多情况下,在讨论OAuth2的实现时,会把JSON Web Token作为一种认证机制使用。这也是为什么他们会经常一起出现。

简单来说:应用场景不一样

  1. OAuth2用在使用第三方账号登录的情况(比如使用weibo, qq, github登录某个app)
  2. JWT是用在前后端分离, 需要简单的对后台API进行保护时使用.(前后端分离无session, 频繁传用户密码不安全)

OAuth2是一个相对复杂的协议, 有4种授权模式, 其中的access code模式在实现时可以使用jwt才生成code, 也可以不用. 它们之间没有必然的联系;oauth2有client和scope的概念,jwt没有。如果只是拿来用于颁布token的话,二者没区别。常用的bearer算法oauth、jwt都可以用,只是应用场景不同而已。

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。

javascript { "姓名": "小六六", "角色": "管理员", "到期时间": "2023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

实际的 JWT 大概就像下面这样。

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。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。

javascript Header.Payload.Signature

下面依次介绍这三个部分。

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。

javascript { "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);type属性表示这个令牌(token)的类型(type),JWT 令牌统一写为JWT

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。

javascript { "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。

javascript 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。

Base64URL

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)… 有三个字符+/=,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。

JWS(JSON Web Signature)

JWS 是在 Unsecured JWT 基础上,Header 部分声明签名算法,并添加 Signature 部分。

JWS 通过添加签名,让接收方能够校验 JWT 有效性,签名由 Payload 经过加密算法计算得到。如接收方使用通用的算法、密钥对 Header 和 Payload 加密,得到的密文与 Signature 部分不同,说明 Payload 被篡改。

JWS 的结构与包含了 Signature 部分的 JWT 相同。

JWS 的标头除了 JWT 的标头algtyp之外,还有一些扩展标头:

image.png

非对称加密算法加密的 Signature,发布方使用私钥进行签名,接收方可以使用公钥校验 Header 与 Payload(解密 Signature 校验)。

对称加密算法要求接收方拥有与 JWS 发布方相同的密钥,接收方使用相同的密钥校验 Header 与 Payload(加密 Payload 校验)。

结束

好了,JWT,JWS相关的内容就到这了,给大家科普下

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