一文讀懂JWT
Labs 導讀
我們在做應用系統時避免不了用戶的認證授權，說簡單點就是：認證你是誰，授權你有什么權限。在這里先來談談用戶的認證，目前常用的認證方式有兩種：基于session認證、基于token認證。
Part 01、 JWT是什么？
JWT（JSON Web Token）是一個開放的行業標準（RFC 7519），自身包含了身份驗證所需要的所有信息，因此我們的服務器不需要存儲用戶Session信息。這顯然增加了系統的可用性和伸縮性，大大減輕了服務端的壓力。可以看出JWT更符合設計RESTful API時的Stateless（無狀態）原則。并且使用JWT認證可以有效避免CSRF攻擊，因為JWT一般是存在在localStorage中，使用JWT進行身份驗證的過程中是不會涉及到Cookie的。
Part 02、 JWT由哪些部分組成？
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JWT本質上是一組字串，通常是這樣的：xxxxx.yyyyy.zzzzz，通過（.）切分成三個為Base64編碼的部分：
- Header：描述JWT的元數據，定義了生成簽名的算法以及Token的類型。
- Payload：用來存放實際需要傳遞的數據。
- Signature：服務器通過Payload、Header和一個密鑰(Secret)
使用Header里面指定的簽名算法（默認是 HMAC SHA256）生成。
示例：
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可以通過https://jwt.io對上述JWT進行解碼，解碼之后便可得到Header、Payload、Signature這三部分。Header和Payload都是JSON格式的數據，Signature由Payload、Header和Secret(密鑰)通過特定的計算公式和加密算法得到。
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- Header
通常由兩部分組成。
- typ（Type）：令牌類型，也就是JWT
- alg（Algorithm）：簽名算法，比如HS256
示例：
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JSON形式的Header被轉換成Base64編碼，成為JWT的第一部。
- Payload
包含了三種類型的聲明。
- Registered Claims（注冊聲明）：預定義的一些聲明，建議使用，但不強制。
- Public Claims（公有聲明）：JWT簽發方可以自定義的聲明。
- Private Claims（私有聲明）：JWT簽發方因為項目需要而自定義的聲明。
下面是一些常見的注冊聲明：
- iss（issuer）：JWT 簽發方。
- iat（issued at time）：JWT簽發時間。
- sub（subject）：JWT主題。
- aud（audience）：JWT接收方。
- exp（expiration time）：JWT的過期時間。
- nbf（not before time）：JWT生效時間，早于該定義的時間的JWT不能被接受處理。
- jti（JWT ID）：JWT唯一標識。
示例：
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Payload部分默認是不加密的，一定不要將隱私信息存放在 Payload 當中！！！
JSON 形式的Payload被轉換成Base64編碼，成為JWT的第二部分。
- Signature
對前兩部分的簽名，作用是防止JWT（主要是payload）被篡改。簽名的生成需要用到：Header+Payload、存放在服務端的密鑰(一定不要泄露出去)、簽名算法。簽名的計算公式如下：
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算出簽名以后，把 Header、Payload、Signature三個部分拼成一個字符串，每個部分之間用"點"（.）分隔，這個字符串就是JWT。
Part 03、 JWT如何進行用戶認證？
在基于JWT進行身份驗證的的應用程序中，服務器通過 Payload、Header和Secret(密鑰)創建JWT并將JWT發送給客戶端。客戶端接收到JWT之后，會將其保存在Cookie或者localStorage里面，以后客戶端發出的所有請求都會攜帶這個令牌。
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簡化后的步驟如下：
1．用戶向服務器發送用戶名、密碼以及驗證碼用于登陸系統。
2．如果用戶用戶名、密碼以及驗證碼校驗正確的話，服務端會返回已簽名的Token，也就是JWT。
3．用戶以后每次向后端發請求都在Header中帶上這個JWT。
4．服務端檢查JWT并從中獲取用戶相關信息。
兩點建議：
1．建議將JWT存放在localStorage中，放在Cookie中會有CSRF風險。
2．請求服務端并攜帶JWT的常見做法是將其放在HTTP Header的Authorization字段中（Authorization：Bearer Token）
Part 04、 JWT如何防止被篡改？
服務器返回簽名之后，即使JWT被泄露或者截獲，黑客也沒辦法同時篡改Signature、Header、Payload。
這是為什么呢？因為服務端拿到JWT之后，會解析出其中包含的Header、Payload 以及Signature。服務端會根據Header、Payload、密鑰再次生成一個Signature。拿新生成的Signature和JWT中的Signature作對比，如果一樣就說明Header和Payload沒有被修改。
不過，如果服務端的秘鑰也被泄露的話，黑客就可以同時篡改Signature、Header、Payload了。黑客直接修改了Header和Payload之后，再重新生成一個Signature就可以了。
?注意：密鑰一定保管好，一定不要泄露出去。JWT安全的核心在于簽名，簽名安全的核心在密鑰。
Part 05、 JWT如何加強安全性？
1．使用安全系數高的加密算法。
2．使用成熟的開源庫，沒必要造輪子。
3．JWT存放在localStorage中而不是Cookie中，避免CSRF風險。
4．一定不要將隱私信息存放在Payload當中。
5．密鑰一定保管好，一定不要泄露出去。JWT安全的核心在于簽名，簽名安全的核心在密鑰。
6．Payload要加入exp（JWT的過期時間），永久有效的JWT不合理。并且JWT的過期時間不易過長。
Part 06、 JWT有哪些優缺點？
- 優點
1．無狀態：自身攜帶用戶信息，不需要在服務器上保存session信息。
2．可有效避免CSRF攻擊：CSRF攻擊需要依賴Cookie，然而JWT選擇存放在localStorage中，因此非法鏈接無法獲取JWT。
- 缺點
1．不可控：就比如說，我們想要在JWT有效期內廢棄一個JWT或者更改它的權限的話，并不會立即生效，通常需要等到有效期過后才可以。再比如說，當用戶Logout的話，JWT也還有效。
Part 07、 JWT使用總結
在“約定優于配置，配置優于編碼”的開發理念下，通過Apollo配置中心，程序員不需要每次更改線上配置都要重新發布服務，成功實現了將配置與編碼解耦，為線上服務變更配置提供了解決方案。
