JsonWebToken

概述

如果各位不了解 JWT，不要紧张，它并不可怕。

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://www.xxxx.com/make-friend/?from_user=B&target_user=A

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": "LiuzhichaoJWT",
    "iat": int(time.time()),
    "exp": expire_time,
    "aud": "luffy",
    "sub": "target@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

# 载荷
expire_time = int(time.time() + 10)

payload = {
    "iss": "LiuzhichaoJWT",
    "iat": int(time.time()),
    "exp": expire_time,
    "aud": "luffy",
    "sub": "target@example.com",
    "from_user": "B",
    "target_user": "A"
}

json_payload = base64.urlsafe_b64encode(json.dumps(payload).encode("utf-8"))

print(json_payload)

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

import json
import base64


headers = {
    "typ": "JWT",
    "alg": "HS256"
}

base64.urlsafe_b64encode(json.dumps(headers).encode("utf-8")).replace(b'=', b'')

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.eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9

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 `liuzhichao` 作为密钥的话，那么就可以得到我们加密后的内容

rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

# 密钥
key = "liuzhichao"

string = b".".join([header_string, json_payload])

# 签名
sign = base64.urlsafe_b64encode(hmac.new(key.encode("utf-8"), string, hashlib.sha256).digest())

print(sign)

这一部分又叫做签名。

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.eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

于是，我们就可以将邮件中的URL改成

https://www.xxx.com/make-friend/?jwt=eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

这样就可以安全地完成关注好友的操作了！

且慢，这里大家思考下有什么问题没有：

• 签名的目的是什么？

• Base64是一种编码，是可逆的，那么信息不就被暴露了吗？

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。

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。

认证

import json
import hmac
import base64
import hashlib

# 获取到 `token`
token = token.encode(settings.DEFAULT_CHARSET)

signing_input, crypto_segment = token.rsplit(b'.', 1)
header_segment, payload_segment = signing_input.split(b'.', 1)

header_data = base64.urlsafe_b64decode(header_segment)
header = json.loads(header_data.decode(settings.DEFAULT_CHARSET))

payload = base64.urlsafe_b64decode(payload_segment)

signature = base64.urlsafe_b64decode(crypto_segment)

# return payload, signing_input, header, signature
alg = header.get('alg')

if not alg:
    print("没有算法")
    raise ValueError("alg is not null")

key = settings.SECRET_KEY.encode(encoding=settings.DEFAULT_CHARSET)

if hmac.compare_digest(signature, hmac.new(key, signing_input, hashlib.sha256).digest()):
    print("验证通过")
    print(payload)
else:
    print("验证失败")

拓展

# 为什么进行签名校验？

```
签名算法共同的特点是整个过程是不可逆的， 在 jwt 中，消息体是透明的，使用签名可以保证消息不被篡改。
```

# jwt 支持续签么？

```
不支持，一旦过期时间被修改，整个`jwt`串就变了
```