JsonWebToken

 

概述

如果各位不了解 JWT，不要緊張，它並不可怕。

JSON Web Token（JWT）是一個非常輕巧的規范。這個規范允許我們使用JWT在用戶和服務器之間傳遞安全可靠的信息。

讓我們來假想一下一個場景。在A用戶關注了B用戶的時候，系統發郵件給B用戶，並且附有一個鏈接“點此關注A用戶”。鏈接的地址可以是這樣的

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

 

組成

一個JWT實際上就是一個字符串，它由三部分組成，頭部、載荷與簽名。

載荷（Payload）

我們先將上面的添加好友的操作描述成一個JSON對象。其中添加了一些其他的信息，幫助今后收到這個JWT的服務器理解這個JWT。

{
    "iss": "LiuzhichaoJWT",
    "iat": int(time.time()),
    "exp": expire_time,
    "aud": "luffy",
    "sub": "[e-mail]",
    "from_user": "B",
    "target_user": "A"
}

這里面的前五個字段都是由JWT的標准所定義的。

• iss: 該JWT的簽發者

• sub: 該JWT所面向的用戶

• aud: 接收該JWT的一方

• exp(expires): 什么時候過期，這里是一個Unix時間戳

• iat(issued at): 在什么時候簽發的

這些定義都可以在標准中找到。

將上面的JSON對象進行[base64編碼]可以得到下面的字符串。這個字符串我們將它稱作JWT的Payload（載荷）。

 

eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUu
Y29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9

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

payload = {
    "iss": "LiuzhichaoJWT",
    "iat": int(time.time()),
    "exp": expire_time,
    "aud": "luffy",
    "sub": "[e-mail]",
    "from_user": "B",
    "target_user": "A"
}

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

print(json_payload)

頭部（Header）

JWT還需要一個頭部，頭部用於描述關於該JWT的最基本的信息，例如其類型以及簽名所用的算法等。這也可以被表示成一個JSON對象。

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

在這里，我們說明了這是一個JWT，並且我們所用的簽名算法（后面會提到）是HS256算法。

對它也要進行Base64編碼，之后的字符串就成了JWT的Header（頭部）。

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9

import json
import base64


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

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

簽名（簽名）

將上面的兩個編碼后的字符串都用句號 .連接在一起（頭部在前），就形成了

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwI
joxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV
91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9

最后，我們將上面拼接完的字符串用HS256算法進行加密。在加密的時候，我們還需要提供一個密鑰（secret）。如果我們用 `liuzhichao` 作為密鑰的話，那么就可以得到我們加密后的內容

rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

# 密鑰
key = "liuzhichao"

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

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

print(sign)

這一部分又叫做簽名。

 

 最后將這一部分簽名也拼接在被簽名的字符串后面，我們就得到了完整的JWT

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MTQ0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyL
CJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV91c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIj
oiQSJ9.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

於是，我們就可以將郵件中的URL改成

https://www.xxx.com/make-friend/?
jwt=eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpc3MiOiJKb2huIFd1IEpXVCIsImlhdCI6MT
Q0MTU5MzUwMiwiZXhwIjoxNDQxNTk0NzIyLCJhdWQiOiJ3d3cuZXhhbXBsZS5jb20iLCJzdWIiOiJqcm9ja2V0QGV4YW1wbGUuY29tIiwiZnJvbV9
1c2VyIjoiQiIsInRhcmdldF91c2VyIjoiQSJ9.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

這樣就可以安全地完成關注好友的操作了！

且慢，這里大家思考下有什么問題沒有：

• 簽名的目的是什么？

• Base64是一種編碼，是可逆的，那么信息不就被暴露了嗎？

簽名的目的

最后一步簽名的過程，實際上是對頭部以及載荷內容進行簽名。一般而言，加密算法對於不同的輸入產生的輸出總是不一樣的。對於兩個不同的輸入，產生同樣的輸出的概率極其地小（有可能比我成世界首富的概率還小）。所以，我們就把“不一樣的輸入產生不一樣的輸出”當做必然事件來看待吧。

所以，如果有人對頭部以及載荷的內容解碼之后進行修改，再進行編碼的話，那么新的頭部和載荷的簽名和之前的簽名就將是不一樣的。而且，如果不知道服務器加密的時候用的密鑰的話，得出來的簽名也一定會是不一樣的。

 

 

服務器應用在接受到JWT后，會首先對頭部和載荷的內容用同一算法再次簽名。那么服務器應用是怎么知道我們用的是哪一種算法呢？別忘了，我們在JWT的頭部中已經用 alg字段指明了我們的加密算法了。

如果服務器應用對頭部和載荷再次以同樣方法簽名之后發現，自己計算出來的簽名和接受到的簽名不一樣，那么就說明這個Token的內容被別人動過的，我們應該拒絕這個Token，返回一個HTTP 401 Unauthorized響應。

信息會暴露？

是的。

所以，在JWT中，不應該在載荷里面加入任何敏感的數據。在上面的例子中，我們傳輸的是用戶的User ID。這個值實際上不是什么敏感內容，一般情況下被知道也是安全的。

但是像密碼這樣的內容就不能被放在JWT中了。如果將用戶的密碼放在了JWT中，那么懷有惡意的第三方通過Base64解碼就能很快地知道你的密碼了。

 

認證

import json
import hmac
import base64
import hashlib

# 獲取到 `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("沒有算法")
    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("驗證通過")
    print(payload)
else:
    print("驗證失敗")

拓展

# 為什么進行簽名校驗？

```
簽名算法共同的特點是整個過程是不可逆的， 在 jwt 中，消息體是透明的，使用簽名可以保證消息不被篡改。
```

# jwt 支持續簽么？

```
不支持，一旦過期時間被修改，整個`jwt`串就變了
```