JSON Web Token (JWT)是一个开放标准(RFC 7519),它定义了一种紧凑的、自包含的方式,用于作为JSON对象在各方之间安全地传输信息。该信息可以被验证和信任,因为它是数字签名的。
下列场景中使用JSON Web Token是很有用的:
Authorization (授权) : 这是使用JWT的最常见场景。一旦用户登录,后续每个请求都将包含JWT,允许用户访问该令牌允许的路由、服务和资源。单点登录是现在广泛使用的JWT的一个特性,因为它的开销很小,并且可以轻松地跨域使用。
Information Exchange (信息交换) : 对于安全的在各方之间传输信息而言,JSON Web Tokens无疑是一种很好的方式。因为JWTs可以被签名,例如,用公钥/私钥对,你可以确定发送人就是它们所说的那个人。另外,由于签名是使用头和有效负载计算的,您还可以验证内容没有被篡改。
JSON Web Token由三部分组成,它们之间用圆点(.)连接。这三部分分别是:
因此,一个典型的JWT看起来是这个样子的:
xxxxx.yyyyy.zzzzz
接下来,具体看一下每一部分:
Header
header典型的由两部分组成:token的类型(“JWT”)和算法名称(比如:HMAC SHA256或者RSA等等)。
例如:
然后,用base64对这个JSON编码就得到JWT的第一部分
Payload
JWT的第二部分是payload,它包含声明(要求)。声明是关于实体(通常是用户)和其他数据的声明。声明有三种类型: registered, public 和 private。
Registered claims : 这里有一组预定义的声明,它们不是强制的,但是推荐。比如:iss (issuer), exp (expiration time), sub (subject), aud (audience)等。
Public claims : 可以随意定义。
Private claims : 用于在同意使用它们的各方之间共享信息,并且不是注册的或公开的声明。
下面是一个例子:
对payload进行base64编码就得到JWT的第二部分
注意,不要在JWT的payload或header中放置敏感信息,除非它们是加密的。
Signature
为了得到签名部分,你必须有编码过的header、编码过的payload、一个秘钥,签名算法是header中指定的那个,然对它们签名即可。
例如:
HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)
签名是用于验证消息在传递过程中有没有被更改,并且,对于使用私钥签名的token,它还可以验证JWT的发送方是否为它所称的发送方。
看一张官网的图就明白了:
在认证的时候,当用户用他们的凭证成功登录以后,一个JSON Web Token将会被返回。此后,token就是用户凭证了,你必须非常小心以防止出现安全问题。一般而言,你保存令牌的时候不应该超过你所需要它的时间。
无论何时用户想要访问受保护的路由或者资源的时候,用户代理(通常是浏览器)都应该带上JWT,典型的,通常放在Authorization header中,用Bearer schema。
header应该看起来是这样的:
Authorization: Bearer
服务器上的受保护的路由将会检查Authorization header中的JWT是否有效,如果有效,则用户可以访问受保护的资源。如果JWT包含足够多的必需的数据,那么就可以减少对某些操作的数据库查询的需要,尽管可能并不总是如此。
如果token是在授权头(Authorization header)中发送的,那么跨源资源共享(CORS)将不会成为问题,因为它不使用cookie。
下面这张图显示了如何获取JWT以及使用它来访问APIs或者资源:
5.1. 基于服务器的身份认证
在讨论基于Token的身份认证是如何工作的以及它的好处之前,我们先来看一下以前我们是怎么做的:
HTTP协议是无状态的,也就是说,如果我们已经认证了一个用户,那么他下一次请求的时候,服务器不知道我是谁,我们必须再次认证
传统的做法是将已经认证过的用户信息存储在服务器上,比如Session。用户下次请求的时候带着Session ID,然后服务器以此检查用户是否认证过。
这种基于服务器的身份认证方式存在一些问题:
Sessions : 每次用户认证通过以后,服务器需要创建一条记录保存用户信息,通常是在内存中,随着认证通过的用户越来越多,服务器的在这里的开销就会越来越大。
Scalability : 由于Session是在内存中的,这就带来一些扩展性的问题。
CORS : 当我们想要扩展我们的应用,让我们的数据被多个移动设备使用时,我们必须考虑跨资源共享问题。当使用AJAX调用从另一个域名下获取资源时,我们可能会遇到禁止请求的问题。
CSRF : 用户很容易受到CSRF攻击。
5.2. JWT与Session的差异
相同点是,它们都是存储用户信息;然而,Session是在服务器端的,而JWT是在客户端的。
Session方式存储用户信息的最大问题在于要占用大量服务器内存,增加服务器的开销。
而JWT方式将用户状态分散到了客户端中,可以明显减轻服务端的内存压力。
Session的状态是存储在服务器端,客户端只有session id;而Token的状态是存储在客户端。
5.3. 基于Token的身份认证是如何工作的
基于Token的身份认证是无状态的,服务器或者Session中不会存储任何用户信息。
没有会话信息意味着应用程序可以根据需要扩展和添加更多的机器,而不必担心用户登录的位置。
虽然这一实现可能会有所不同,但其主要流程如下:
注意:
5.4. 用Token的好处
无状态和可扩展性:Tokens存储在客户端。完全无状态,可扩展。我们的负载均衡器可以将用户传递到任意服务器,因为在任何地方都没有状态或会话信息。
安全:Token不是cookie。(The token, not a cookie.)每次请求的时候Token都会被发送。而且,由于没有cookie被发送,还有助于防止CSRF攻击。即使在你的实现中将token存储到客户端的cookie中,这个cookie也只是一种存储机制,而非身份认证机制。没有基于会话的信息可以操作,因为我们没有会话!
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