JSON Web Token (JWT) 简介

Posted 2020-10-10 青山不老，绿水无忧

JSON Web Token (JWT) 是一种基于 token 的认证方案。

JSON Web Token 的结构

一个 JWT token 看起来是这样的:

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJleHAiOjEzODY4OTkxMzEsImlzcyI6ImppcmE6MTU0ODk1OTUiLCJxc2giOiI4MDYzZmY0Y2ExZTQxZGY3YmM5MGM4YWI2ZDBmNjIwN2Q0OTFjZjZkYWQ3YzY2ZWE3OTdiNDYxNGI3MTkyMmU5IiwiaWF0IjoxMzg2ODk4OTUxfQ.uKqU9dTB6gKwG6jQCuXYAiMNdfNRw98Hw_IWuA5MaMo

可以简化为下面这样的结构:

base64url_encode(Header) + ‘.‘ + base64url_encode(Claims) + ‘.‘ + base64url_encode(Signature)

Header

Header 包含了一些元数据，至少会表明 token 类型以及 签名方法。比如

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

• type: 必需。token 类型，JWT 表示是 JSON Web Token.
• alg: 必需。token 所使用的签名算法，可用的值在 这里 有规定。

Claims (Payload)

Claims 部分包含了一些跟这个 token 有关的重要信息。 JWT 标准规定了一些字段，下面节选一些字段:

• iss: The issuer of the token，token 是给谁的
• sub: The subject of the token，token 主题
• exp: Expiration Time。 token 过期时间，Unix 时间戳格式
• iat: Issued At。 token 创建时间， Unix 时间戳格式
• jti: JWT ID。针对当前 token 的唯一标识

除了规定的字段外，可以包含其他任何 JSON 兼容的字段。

Payload 示例:

{
    "iss": "mozillazg.com",
    "exp": 1435055117,
    "user_id": 1,
    "foo": "bar"
}

Signature

JWT 标准遵照 JSON Web Signature (JWS) 标准来生成签名。签名主要用于验证 token 是否有效，是否被篡改。 签名时可以 这些算法进行签名，比如 HMAC SHA-256:

content = base64url_encode(Header) + ‘.‘ + base64url_encode(Claims)
signature = hmacsha256.hash(content)

说到这里有一点需要特别注意的是，默认情况下，JWT 中信息都是明文的，即 Claims 的内容并没有 被加密，可以通过 base64url_decode(text) 的方式解码得到 Claims 。 所以，不要在 Claims 里包含敏感信息，如果一定要包含敏感信息的话，记得先将 Claims 的内容进行加密（比如，使用 JSON Web Encryption (JWE) 标准进行加密） 然后在进行 base64url_encode 操作。

Python 实现

已有的轮子: 上 PyPI 上 搜索 JWT 即可。 用的比较多是 PyJWT 。

手动简单实现

import base64
import json
import hashlib
import hmac


def base64url_encode(s):
    return base64.urlsafe_b64encode(s).replace(‘=‘, ‘‘)

headers = json.dumps({
    "typ" : "JWT",
    "alg" : "HS256"
})
claims = json.dumps({
    "iss": "mozillazg.com",
    "exp": 1435055117,
    "user_id": 1,
    "foo": "bar"
})
content = base64url_encode(headers) + ‘.‘ + base64url_encode(claims)
secret_key = ‘your secret key‘
signature = hmac.new(secret_key, content, hashlib.sha256).digest()

token = content + ‘.‘ + base64url_encode(signature)

最后得到的 token 的值是

eyJhbGciOiAiSFMyNTYiLCAidHlwIjogIkpXVCJ9.eyJpc3MiOiAibW96aWxsYXpnLmNvbSIsICJmb28iOiAiYmFyIiwgInVzZXJfaWQiOiAxLCAiZXhwIjogMTQzNTA1NTExN30.iFAK1B-6xRlmlSHnS2P24wsS6Ko6iZjbSPHdldzIhp4

之所以用 base64url_encode 而不是 base64.b64encode 是因为 token 可能会被用作 url 参数， 而 base64 中的 +， /， =在 url 里被转义成 %2B %2F %3D，导致 token 的值变得更长了，所以这里使用 base64url 即进行如下替换 + -> -, / -> _, 删除=。

再次提示， claims 的值并没有被加密，就算不知道 secert_key 的值也可以得到 claims 的值。

 

参考资料：

• http://jwt.io/
• http://self-issued.info/docs/draft-ietf-oauth-json-web-token.html
• https://developer.atlassian.com/static/connect/docs/latest/concepts/understanding-jwt.html
• http://www.intridea.com/blog/2013/11/7/json-web-token-the-useful-little-standard-you-haven-t-heard-about
• https://auth0.com/blog/2014/01/27/ten-things-you-should-know-about-tokens-and-cookies/
• http://www.toptal.com/web/cookie-free-authentication-with-json-web-tokens-an-example-in-laravel-and-angularjs
• https://scotch.io/tutorials/the-anatomy-of-a-json-web-token
• https://github.com/jpadilla/pyjwt/
• https://en.wikipedia.org/wiki/JSON_Web_Token
• http://tools.ietf.org/html/rfc7519
• https://en.wikipedia.org/wiki/Base64#URL_applications
• https://tools.ietf.org/html/rfc4648#section-5