JWT是什么？為什么JWT可以防止篡改？

什么是JWT

JSON Web Token(JWT)是一種使用JSON格式傳遞數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)令牌技術(shù)，它是一個開放的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(RFC 7519)，它定義了一種簡潔的、自包含的協(xié)議格式，用于在通信雙方傳遞json對象，傳遞的信息經(jīng)過數(shù)字簽名可以被驗(yàn)證和信任，它可以使用HMAC算法或使用RSA的公鑰/私鑰對來簽名，防止內(nèi)容篡改。官網(wǎng)：https://jwt.io/

使用JWT可以實(shí)現(xiàn)無狀態(tài)認(rèn)證，那什么是無狀態(tài)認(rèn)證?

傳統(tǒng)的基于session的方式是有狀態(tài)認(rèn)證，用戶登錄成功將用戶的身份信息存儲在服務(wù)端，這樣加大了服務(wù)端的存儲壓力，并且這種方式不適合在分布式系統(tǒng)中應(yīng)用。

如下圖，當(dāng)用戶訪問應(yīng)用服務(wù)，每個應(yīng)用服務(wù)都會去服務(wù)器查看session信息，如果session中沒有該用戶則說明用戶沒有登錄，此時就會重新認(rèn)證，而解決這個問題的方法是Session復(fù)制、Session黏貼。

如果是基于令牌技術(shù)在分布式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)認(rèn)證則服務(wù)端不用存儲session，可以將用戶身份信息存儲在令牌中，用戶認(rèn)證通過后認(rèn)證服務(wù)頒發(fā)令牌給用戶，用戶將令牌存儲在客戶端，去訪問應(yīng)用服務(wù)時攜帶令牌去訪問，服務(wù)端從jwt解析出用戶信息。這個過程就是無狀態(tài)認(rèn)證。

JWT令牌的優(yōu)點(diǎn)：

1、jwt基于json，非常方便解析。

2、可以在令牌中自定義豐富的內(nèi)容，易擴(kuò)展。

3、通過非對稱加密算法及數(shù)字簽名技術(shù)，JWT防止篡改，安全性高。

4、資源服務(wù)使用JWT可不依賴認(rèn)證服務(wù)即可完成授權(quán)。

缺點(diǎn)：

1、JWT令牌較長，占存儲空間比較大。

下邊是一個JWT令牌的示例：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJhdWQiOlsicmVzMSJdLCJ1c2VyX
25hbWUiOiJ6aGFuZ3NhbiIsInNjb3BlIjpbImFsbCJdLCJleHAiOjE2NjQyNTQ2NzI
sImF1dGhvcml0aWVzIjpbInAxIl0sImp0aSI6Ijg4OTEyYjJkLTVkMDUtNGMxNC1iY
mMzLWZkZTk5NzdmZWJjNiIsImNsaWVudF9pZCI6ImMxIn0.wkDBL7roLrvdBG2oGnX
eoXq-zZRgE9IVV2nxd-ez_oA

JWT令牌三大組成部分

JWT令牌由三部分組成，每部分中間使用點(diǎn)(.)分隔，比如：xxxxx.yyyyy.zzzzz

1. Header

頭部包括令牌的類型(即JWT)及使用的哈希算法(如HMAC SHA256或RSA) 一個例子如下：

下邊是Header部分的內(nèi)容

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

將上邊的內(nèi)容使用Base64Url編碼，得到一個字符串就是JWT令牌的第一部分。

2. Payload

第二部分是負(fù)載，內(nèi)容也是一個json對象，它是存放有效信息的地方，它可以存放jwt提供的信息字段，比如：iss(簽發(fā)者),exp(過期時間戳), sub(面向的用戶)等，也可自定義字段。

此部分不建議存放敏感信息，因?yàn)榇瞬糠挚梢越獯a還原原始內(nèi)容。

最后將第二部分負(fù)載使用Base64Url編碼，得到一個字符串就是JWT令牌的第二部分。

一個例子：

  {
    "sub": "1234567890",
    "name": "456",
    "admin": true
  }

3. Signature

第三部分是簽名，此部分用于防止jwt內(nèi)容被篡改。

這個部分使用base64url將前兩部分進(jìn)行編碼，編碼后使用點(diǎn)(.)連接組成字符串，最后使用header中聲明的簽名算法進(jìn)行簽名。

一個例子：

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

base64UrlEncode(header)：jwt令牌的第一部分。

base64UrlEncode(payload)：jwt令牌的第二部分。

secret：簽名所使用的密鑰。

為什么JWT可以防止篡改?

第三部分使用簽名算法對第一部分和第二部分的內(nèi)容進(jìn)行簽名，常用的簽名算法是 HS256，常見的還有md5,sha 等，簽名算法需要使用密鑰進(jìn)行簽名，密鑰不對外公開，并且簽名是不可逆的，如果第三方更改了內(nèi)容那么服務(wù)器驗(yàn)證簽名就會失敗，要想保證驗(yàn)證簽名正確必須保證內(nèi)容、密鑰與簽名前一致。

從上圖可以看出認(rèn)證服務(wù)和資源服務(wù)使用相同的密鑰，這叫對稱加密，對稱加密效率高，如果一旦密鑰泄露可以偽造jwt令牌。

JWT還可以使用非對稱加密，認(rèn)證服務(wù)自己保留私鑰，將公鑰下發(fā)給受信任的客戶端、資源服務(wù)，公鑰和私鑰是配對的，成對的公鑰和私鑰才可以正常加密和解密，非對稱加密效率低但相比對稱加密非對稱加密更安全一些。