面试官：JWT 是如何在 Web 应用间安全地传递信息？

淩亂°似流年 2022-10-28 03:56 78阅读 0赞

你来，我们一起精进！你不来，我和你的竞争对手一起精进！

## 编辑：业余草 ##

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对于很多网友来说，上完今天这一天的班就回家了，心思也不在工作上，所以今天我们就来点简单的内容：JWT 是如何在 Web 应用间安全地传递信息的？

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.awesome-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。

![format_png][]

**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。

**载荷（Payload）**

我们先将上面的添加好友的操作描述成一个JSON对象。其中添加了一些其他的信息，帮助今后收到这个JWT的服务器理解这个JWT。

> \{
> 
>     "iss": "John Wu JWT",
> 
>     "iat": 1441593502,
> 
>     "exp": 1441594722,
> 
>     "aud": "www.example.com",
> 
>     "sub": "jrocket@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

如果你使用Node.js，可以用Node.js的包base64url来得到这个字符串。

> var base64url = require('base64url')
> 
> var header = \{
> 
>     "from\_user": "B",
> 
>     "target\_user": "A"
> 
> \}
> 
> console.log(base64url(JSON.stringify(header)))
> 
> // 输出：eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9

小知识：Base64是一种编码，也就是说，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.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFy
> 
> Z2V0X3VzZXIiOiJBIn0

这一部分的过程在node-jws的源码中有体现

最后，我们将上面拼接完的字符串用HS256算法进行加密。在加密的时候，我们还需要提供一个密钥（secret）。如果我们用mystar作为密钥的话，那么就可以得到我们加密后的内容

> rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

这一部分又叫做签名。

![format_png 1][]

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.awesome-app.com/make-friend/?jwt=eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

这样就可以安全地完成添加好友的操作了！

且慢，我们一定会有一些问题：

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？

让我逐一为你说明。

**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（有可能比我成世界首富的概率还小）。所以，我们就把“不一样的输入产生不一样的输出”当做必然事件来看待吧。

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。

![format_png 2][]

服务器应用在接受到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。

**信息会暴露？**

是的。

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。

但是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，还有诸如下订单的操作等等。

其实JWT还经常用于设计用户认证和授权系统，甚至实现Web应用的单点登录。在下一次的文章中，我将为大家系统地总结JWT在用户认证和授权上的应用。

![format_png 3][]

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