过去几年来，用户数据的安全和隐私一直是一个日益关注的问题。与此同时，JWT作为应对此问题的一项技术越来越广泛应用。了解JWT将使您在其他软件工程师中脱颖而出。JWT乍看起来很简单，但实际上很难理解。
在本文中，我们将主要探讨JWT和JWS，此外，还将简要介绍JWE、JWA和JWK。本文旨在让读者在不深入探讨该主题的情况下理解JWT的概念。
它们是什么？
在深入研究之前，如果我们了解JWT、JWS、JWE、JWA和JWK之间的联系会更好。
JWT、JWS、JWE、JWA和JWK之间的关系如下图所示：
从上图可以看出：
JSON Web Token（JWT）是一个抽象概念，以JSON Web Signature（JWS）和JSON Web Encryption（JWE）的形式表示。
JSON Web Signature（JWS）和JSON Web Encryption（JWE）使用在JSON Web Algorithm（JWA）中定义的签名和加密算法来保证其安全性。
在JSON Web Algorithm（JWA）中定义的签名算法的公钥可以作为JSON Web Key（JWK）进行托管。
既然我们知道它们之间的关系，让我们更深入地了解一下JWT、JWS、JWE、JWA和JWK。
JSON Web Token（JWT）
首先，让我们来看看RFC 7519中对JWT的定义。
“JSON Web Token (JWT) 是一种紧凑的声明表示格式，特别适用于空间受限的环境，如HTTP授权头和URI查询参数。JWT将声明编码为JSON对象，作为JSON Web Signature（JWS）结构的有效载荷或JSON Web Encryption（JWE）结构的明文，使得声明能够进行数字签名、完整性保护（通过消息认证码（MAC））和/或加密。JWT始终使用JWS紧凑序列化或JWE紧凑序列化进行表示。”
从文本中，我们可以了解到JWT不是一种结构，而是一组声明，以JWS或JWE的形式来保证其安全性。在最基本的形式中，JWS和JWE之间的区别在于每个人都可以看到JWS的有效载荷，而JWE的有效载荷是加密的。
在本文中，我们将更多地探讨JWS而不是JWE。
JSON Web Algorithm（JWA）
JWA（RFC 7518），即JSON Web Algorithm，是一项规范，定义了用于创建JWT的散列和加密算法。
例如，以下是我们可以使用的散列算法，用于创建具有JWS结构的JWT。
S结构的JWT的散列算法示例：
HS256：使用HMAC SHA-256算法进行散列。
HS384：使用HMAC SHA-384算法进行散列。
HS512：使用HMAC SHA-512算法进行散列。
除了散列算法之外，JWA还定义了用于加密和解密JWE中有效载荷的算法。以下是一些例子：
RSA-OAEP：使用RSA算法和OAEP填充进行加密和解密。
A128GCM：使用AES-GCM算法进行加密和解密。
JWA确保JWT在创建和处理过程中使用安全的算法。
JSON Web 密钥 (JWK)
JWK ( RFC 7517 ) 代表 JSON Web 密钥。JWK 是一种 JSON 数据结构，包含有关哈希函数的加密密钥的信息。这是一种以 JSON 格式存储哈希密钥的方法。
{
"kty":"EC",
"crv":"P-256",
"x":"f83OJ3D2xF1Bg8vub9tLe1gHMzV76e8Tus9uPHvRVEU",
"y":"x_FEzRu9m36HLN_tue659LNpXW6pCyStikYjKIWI5a0",
"kid":"Public key used in JWS spec Appendix A.3 example"
}JWK通常用于托管具有非对称密钥（私钥和公钥）的哈希函数的公钥，因此消费者可以自己获取密钥。
JSON 网络签名 (JWS)
JWS ( RFC 7515 )，代表 JSON Web Signature，是 JWT 使用的结构之一。这是 JWT 最常见的实现。JWS 由 3 部分组成：JOSE 标头、有效负载和签名。
以下是 JWS 紧凑序列化的示例。
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c
如果我们解码 JWS，我们将得到 JOSE（JavaScript 对象签名和加密）标头：
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}有效负载：
{
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"iat": 1516239022
}下一部分是签名。我们不会解码它，因为它是一个字节值。
SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c
与 JWT（在 JWS 结构中）相关的最常见问题是如何保证其安全，因为每个人都可以解码 JWT 并查看其数据。JWT 是安全的，因为不是每个人都可以创建它，只有拥有密钥的人才能创建它。
JSON 网络加密 (JWE)
与 JWS 不同， JWE ( RFC 7516 ) 使用加密算法对其内容进行加密。唯一能看到 JWT 内部内容的是拥有密钥的人。
JWE紧凑序列化的结构如下：
BASE64URL(UTF8(JWE Protected Header)) || ’.’ || BASE64URL(JWE Encrypted Key) || ’.’ || BASE64URL(JWE Initialization Vector) || ’.’ || BASE64URL(JWE Ciphertext) || ’.’ || BASE64URL(JWE Authentication Tag)
让我们看一个例子：
eyJhbGciOiJSU0EtT0FFUC0yNTYiLCJlbmMiOiJBMTI4Q0JDLUhTMjU2In0.RD09fEltrYPVNoGt2KY1Odv_5eDxkU4VX1f__P8b9zl9uzh5bmvvJy35dL-hYlUib1g63qnWBEfeSyDk5cAIQiMt6PZCBQzuWQJQlQtuo2UPLZznmLPqah37uHKB4a57q_lWf_W9soyZbO7Zj7QRNz4ZR4s5ozRHArSZcc1pAL-pYuHKyeh6Ey8t4bk66wkthjjfOjXvIfOlgbemhibegmE4GpQL6F-m0teqcAE-OxkaBRTmmb4AD5HdrCJWCIIuC52fzuWrhcoNmHM74ggtWUUjlHaKpwcVE-IWINTFaz5Pi9u4U3vnVNOZwDwB0TLSQvqnPwTZ-bYWNj8vH4TS_w.Pjo5QK1u1otxgcuBR7e8ew._OElhHugS2L6Kp04HhbFt6dLij_KXhO654RmT4JKyswYBX0wqRWt7ZzAE6eCHfJSJdMQYxqVSNloGb4OSIzYcTEo174lBZBINkHW-w2K6E0.QBDgBFizm80HLVkZvfBPCg
该示例使用RSA_OAEP_256密钥管理算法 和AES_128_CBC_HMAC_SHA_256作为其加密算法。如果我们解密 JWE，我们将得到：
{
"iss": "https://codecurated.com",
"exp": 1651417524,
"iat": 1651417224
}解码 JWT
现在让我们通过以下示例更深入地了解 JWT：
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsImtpZCI6IjIwMjItMDUtMDEifQ.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkJyaWxpYW4gRmlyZGF1cyIsImlhdCI6MTY1MTQyMjM2NX0.qsg3HKPxM96PeeXl-sMrao00yOh1T0yQfZa-BsrtjHI
示例中的JWT是具有JWS紧凑序列化结构的JWT。我们需要用（点）分割 JWT .，然后 Base64 对其进行解码以查看其中的内容。
对 JWT 进行拆分和解码后，我们将得到三部分：
JOSE（JavaScript 对象签名和加密）标头
有效载荷 Payload
签名 Signature
JOSE Header
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsImtpZCI6IjIwMjItMDUtMDEifQ
对字符串进行 Base64 解码后，我们将得到：
{
"alg": "HS256",
"kid": "2022-05-01"
}JWT 的这一部分称为 JOSE 标头。通过 JOSE 标头，JWT 可以告知客户端如何处理 JWT。
让我们分解一下 JWT 中的两个字段：
alg：包含有关 JWT 签名算法的信息。
kid：包含用于验证JWT的密钥的id信息。我们将在 JWK 部分对此进行更多探讨。
alg是唯一的强制标头，也是大多数情况下唯一需要的标头，但还有更多标头。
有效载荷Payload
抛开 JOSE 标头，让我们看一下第二部分，即有效负载。
eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkJyaWxpYW4gRmlyZGF1cyIsImlhdCI6MTY1MTQyMjM2NX0
我们解码后：
{
"sub": "1234567890",
"name": "Brilian Firdaus",
"iat": 1651422365
}JWT 的这一部分称为有效负载。有些字段带有术语 JWT 声明 ( sub、name、iat)。因此，现在似乎是谈论 JWT 主张的好时机。
JWT 声明分为三种类型：
登记索赔 Registered Claims
公众索赔 Public Claims
私人索赔 Private Claims
让我们从注册索赔开始一一分解。注册声明是最初记录在 RFC 7519 中的声明。
iss(Issuer)：表示JWT的发行者是谁。
sub(Subject)：表示请求JWT的用户id。
aud（受众）：显示谁是 JWT 的目标消费者。
exp(Expiration)：JWT 的过期时间。
您可以在此处查看完整列表。根据 RFC 7519 的规定，这些声明都不是强制性的，但它们对于保护您的 JWT 至关重要。 datatracker.ietf.org/doc/html/rfc7519#section-4.1
我们将探讨的下一种索赔类型是私人索赔。这些主张可以是任何东西。由 JWT 创建者或消费者决定声明名称和功能。
警告：指定私有声明时，需要注意不要造成名称冲突。
最后一个是公共声明，这是通过 IETF 公开注册的一类声明。
大多数人没有任何用例需要他们注册他们的索赔。为了获得最佳实践，您可以搜索公共声明列表并使用适合您的用例的声明。
签名Signature
如果您已经读到这一部分，您可能想知道是什么让 JWT 安全，因为每个人都可以看到它的内容。嗯，JWS 的有效负载是供所有人阅读的。JWT 的安全性在于消费者可以验证谁是颁发 JWT 的人。
JWT中的签名部分是使用哈希函数创建的。如果您不熟悉哈希函数，它是一种将一个对象映射到另一个对象的算法。哈希函数有两个关键特征，使其适合保护 JWT：
它只有一种方式
哈希过程的结果总是相同的
在本文中，我们将探讨 JWT 中使用的 2 个最常见的哈希函数：
HMAC SHA-256
ECDSA256
现在，让我们分解示例中使用的签名：
qsg3HKPxM96PeeXl-sMrao00yOh1T0yQfZa-BsrtjHI
它是使用HS256MAC 算法和密钥（以 base64 形式）生成的：
7TgIAQCcYUA27bCI5+m7InRwp/mzQ+ArnFW/4c0Q51U=
MACHS256算法接收字节值作为其密钥参数并产生字节值作为其输出。因此，与标头和有效负载不同，如果我们尝试解码签名，我们将获得字节值。
让我们更深入地探讨一下数字签名或 MAC 算法。
HMAC SHA-256
我们将探讨的第一个算法是 HMAC SHA-256 ( HS256)，这是一种使用带有对称密钥的哈希函数的 MAC 算法。具有对称密钥的哈希函数意味着哈希函数只有一个密钥。因此，JWT 的生产者和消费者将使用相同的密钥来签名和验证 JWT。使用此算法的优点是不需要太多 CPU 资源来创建哈希。
信息： 建议 hs256 密钥的最小字节长度为 32 字节。密钥必须使用加密安全的伪随机数生成器生成，以确保其随机性。
ECDSA-256
与HMAC不同，ECDSA-256（ES256）是一种使用非对称密钥的哈希函数的算法。使用非对称密钥的哈希函数意味着我们需要生成两个密钥。一个密钥被称为私钥，它可以用于对JWT签名进行签名和验证。另一个密钥称为公钥，只能用于验证JWT签名。
顾名思义，公钥可以存储在公共空间（通常作为JWK）中，因此需要验证JWT签名的客户端可以快速获得它。相反，私钥必须是安全的，并被视为凭证。
选择哪个哈希函数？
我们已经学习了两种算法，HS256和ES256，但什么时候该选择一种而不是另一种？通过思考JWT的生产者和消费者是否不是同一个组件，您可以很容易地做出决定。
如果JWT的使用者是同一个组件，那么您可以使用HS256算法。这个散列函数最常见的用例是当您使用JWT制作身份验证系统时。
另一方面，如果JWT是由不同的组件生成和使用的，则可以使用ES256。通过这种方式，您可以保护您的密钥，并确保没有其他人（甚至公钥所有者）可以代表您创建JWT。
警告：有些人认为HS256是一种反模式，因为JWT被认为是用来提高安全性的，但大多数使用该算法的用例都会降低安全性。
例如，假设您计划将JWT用作身份验证会话，而不是数据库。在这种情况下，您的系统会更加不安全，因为您无法使JWT过期，因此无法启动会话。
将公钥存储为JWK（JSON Web密钥集）
如果您计划让公众使用和验证您的JWT，建议将公钥作为JWK托管在URL上。这样，如果消费者想要验证您的JWT，他们可以查询托管JWK的特定URL并获取公钥。
{
"keys": [
{
"kty": "EC",
"kid": "2022-05-01",
"x": "g_pYyqY7Htj8Aa989Ura0_mwRdqJPEnhknKzaUrztj8",
"y": "MwOFYLE-VYre92hU0iDjNx36dk7cX6xdGgdgLIPt6Ts",
"crv": "P-256"
},
{
"kty": "EC",
"kid": "2020-01-01",
"x": "6bw04ZlSMjxVzC7gXv75XAposOVTONh45ZPR0AeYaoU",
"y": "vYyCSIt0m5k4Q5A_uW8h3nEYJvgA8PgREErLcaiAHgQ",
"crv": "P-256"
}
]
}您可能已经注意到 JSON 中有多个密钥，这就是它被称为 JSON Web Key Set的原因。如果您的产品使用多个密钥，您可以将每个密钥托管在 JWK 中。要确定使用哪个密钥，您需要kid在 JOSE 标头中添加 或 key id 字段。
{
"alg":"ES256",
"kid":"2022-05-01"
}这样，客户端将通过比较kidJOSE 标头 JWT 中的密钥与 JWK 中的密钥来知道要获取哪个密钥。其他字段组合起来将形成公钥。
Takeaway
在这篇文章中，我们了解到：
JWT 是一个关于如何允许一方或多方安全地交换信息的抽象概念。JWT 的实现以 JWS 或 JWE 的形式出现。
JWS和JWE之间的区别在于，JWS允许每个人都看到其有效负载，而JWE则通过使用加密方法不允许它。
即使每个人都可以看到其有效负载，JWS 仍被认为是安全的，因为 JWS 的创建者可以使用 MAC 或签名验证算法通过其签名进行验证。这样，消费者就可以确定创建 JWT 的人就是预期的人。
我们探索了两种类型的算法，HS256和ES256。HS256当JWT的生产者和消费者是相同组件时适合，而ES256当生产者和消费者是不同组件时适合。
我们可以使用 JSON Web Key Set 来托管具有非对称密钥的哈希函数的公钥。您需要kid在 JWT 的 JOSE 标头中设置该字段，以便消费者可以将其与 JWK 中的字段进行比较，以获得兼容的密钥。文章来源：https://www.toymoban.com/diary/system/528.html
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