2.5.16. JWT

JSON Web Token(缩写 JWT)是目前最流行的跨域认证解决方案

用户只要在其中一个网站登录,再访问另一个网站就会自动登录:

方案1:session 数据持久化,写入数据库或别的持久层
各种服务收到请求后,都向持久层请求数据。这种方案的优点是架构清晰,缺点是工程量比较大
另外,持久层万一挂了,就会单点失败

方案2:服务器索性不保存 session 数据
所有数据都保存在客户端,每次请求都发回服务器
JWT 就是这种方案的一个代表

JWT 的原理 [1]

服务器认证以后,生成一个 JSON 对象,发回给用户,如:
{
  "姓名": "张三",
  "角色": "管理员",
  "到期时间": "2018年7月1日0点0分"
}
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
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

JWT 的三个部分依次如下:

很长的字符串,中间用点(.)分隔成三个部分
Header(头部)
Payload(负载)
Signature(签名)
//写成一行,就是下面的样子
Header.Payload.Signature
../../_images/protocol_crossdomain_jwt1.jpg

Header:

Header 部分是一个 JSON 对象,描述 JWT 的元数据:
{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}
//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

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:
1.iss (issuer):签发人
2.exp (expiration time):过期时间
3.sub (subject):主题
4.aud (audience):受众
5.nbf (Not Before):生效时间
6.iat (Issued At):签发时间
7.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

Base64URL:

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
[1]JSON Web Token 入门教程