JWT知识整理

JSON Web Token:（https://jwt.io/）

JSON Web Token（JWT）是一个开放式标准（RFC 7519），它定义了一种紧凑（Compact）且自包含（Self-contained）的方式，用于在各方之间以JSON对象安全传输信息。 这些信息可以通过数字签名进行验证和信任。 可以使用秘密（使用HMAC算法）或使用RSA的公钥/私钥对对JWT进行签名。

JWT适用场景：

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。

JWT 结构：

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：Header，Payload，Signature（签名）Sample：zzzzzzzzz.xxxxxxxxxx.ccccccccc

Header（头信息）:

由两部分组成，令牌类型（即：JWT）、算法名称（HMAC SHA256或者RSA等，默认为HMAC SHA256（写成 HS256）），例如：

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

然后，用Base64对这个JSON编码就得到JWT的第一部分。

Payload（有效载荷）：

JWT的第二部分是payload，其中包含claims。claims是关于实体（常用的是用户信息）和其他数据的声明，claims有三种类型： registered, public, private。示例：

{
  "sub": "***",
  "name": "***",
  "admin": true
}

Registered claims : 这些是一组预定义的claims，非强制性的，但是推荐使用， iss（发行人）， exp（到期时间）， sub（主题）， aud（受众）等；

JWT 规定了7个官方字段：

iss (issuer)：签发人

exp (expiration time)：过期时间

sub (subject)：主题

aud (audience)：受众

nbf (Not Before)：生效时间

iat (Issued At)：签发时间

jti (JWT ID)：编号

Public claims : 自定义claims，注意不要和JWT注册表中属性冲突。

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。

然后，再经过Base64Url编码，形成JWT的第二部分；

注意：对于签名令牌，此信息虽然可以防止篡改，但任何人都可以读取。除非加密，否则不要将敏感信息放入到Payload或Header元素中。

Signature（签名）：

要创建签名部分，必须采用编码的Header，编码的Payload，secret(秘钥)，Header中指定的算法，并对其进行签名，形成JWT的第三部分。
例如，如果要使用HMAC SHA256算法，将按以下方式创建签名：

HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload),secret)

签名用于验证消息在此过程中未被篡改，并且，在使用私钥签名令牌的情况下，它还可以验证JWT的请求方是否是它所声明的请求方。

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，例如：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.
eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.
SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

JWT工作机制：

在身份验证中，当用户使用其凭据成功登录时，将返回JSON Web Token（即：JWT）。由于令牌是凭证，因此必须非常小心以防止出现安全问题。一般情况下，不应将令牌保留的时间超过要求。理论上超时时间越短越好。

每当用户想要访问受保护的路由或资源时，用户代理应该使用Bearer模式发送JWT，通常在Authorization header中。

Authorization: Bearer <token>

服务器的受保护路由将检查Authorization header中的有效JWT ，如果有效，则允许用户访问受保护资源。如果JWT包含必要的数据，则可以减少查询数据库或缓存信息。
如果在Authorization header中发送令牌，则跨域资源共享（CORS）将不会成为问题，因为它不使用cookie。

注意：使用签名令牌，虽然他们无法更改，但是令牌中包含的所有信息都会向用户或其他方公开。这意味着不应该在令牌中放置敏感信息。

应用（或者客户端）想授权服务器请求授权。例如，如果用授权码流程的话，就是/oauth/authorize   ==>  当授权被许可以后，授权服务器返回一个access token给应用  ==>  应用使用access token访问受保护的资源（比如：API）

使用JWT的好处:

相比Simple Web Tokens (SWT)（简单Web令牌） and Security Assertion Markup Language Tokens (SAML)（安全断言标记语言令牌）；

JWT比SAML更简洁，在HTML和HTTP环境中传递更方便；
在安全方面，SWT只能使用HMAC算法通过共享密钥对称签名。但是，JWT和SAML令牌可以使用X.509证书形式的公钥/私钥对进行签名。与签名JSON的简单性相比，使用XML数字签名可能会存在安全漏洞；
JSON解析成对象相比XML更流行、方便。

基于Token的身份认证 与 基于服务器的身份认证：

基于服务器的身份认证：

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。

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。

Token的身份认证是如何工作的：

1. 用户携带用户名和密码请求访问
2. 服务器校验用户凭据
3. 应用提供一个token给客户端
4. 客户端存储token，并且在随后的每一次请求中都带着它
5. 服务器校验token并返回数据

注意：

1. 每一次请求都需要token
2. Token应该放在请求header中
3. 我们还需要将服务器设置为接受来自所有域的请求，用Access-Control-Allow-Origin: *

JWT与OAuth的区别

1. OAuth2是一种授权框架 ，JWT是一种认证协议
2. 无论使用哪种方式切记用HTTPS来保证数据的安全性
3. OAuth2用在使用第三方账号登录的情况(比如使用weibo, qq, github登录某个app)，而JWT是用在前后端分离, 需要简单的对后台API进行保护时使用。