跨域认证的问题

互联网服务离不开用户认证。一般流程是下面这样。

  1. 用户向服务器发送用户名和密码。
  2. 服务器验证通过后,在当前对话(session)里面保存相关数据,比如用户角色、登录时间等等。
  3. 服务器向用户返回一个 session_id,写入用户的 Cookie。
  4. 用户随后的每一次请求,都会通过 Cookie,将 session_id 传回服务器。
  5. 服务器收到 session_id,找到前期保存的数据,由此得知用户的身份。

这种模式的问题在于,扩展性不好。单机当然没有问题,如果是服务器集群,或者是跨域的服务导向架构,就要求 session 数据共享,每台服务器都能够读取 session。

举例来说,A 网站和 B 网站是同一家公司的关联服务。现在要求,用户只要在其中一个网站登录,再访问另一个网站就会自动登录,请问怎么实现?

一种解决方案是 session 数据持久化,写入数据库或别的持久层。各种服务收到请求后,都向持久层请求数据。这种方案的优点是架构清晰,缺点是工程量比较大。另外,持久层万一挂了,就会单点失败。

另一种方案是服务器索性不保存 session 数据了,所有数据都保存在客户端,每次请求都发回服务器。我们的JWT(JSON Web Token)就这么诞生了。


JSON Web Token是什么

JSON Web Token (JWT)是一个开放标准(RFC 7519),它定义了一种紧凑的、自包含的方式,用于作为JSON对象在各方之间安全地传输信息。该信息可以被验证和信任,因为它是数字签名的。


JWT 的原理

JWT 的原理是,服务器认证以后,生成一个 JSON 对象,发回给用户,就像下面这样。

{
  "姓名": "张三",
  "角色": "管理员",
  "到期时间": "2018年7月1日0点0分"
}

以后,用户与服务端通信的时候,都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。为了防止用户篡改数据,服务器在生成这个对象的时候,会加上签名(详见后文)。

服务器就不保存任何 session 数据了,也就是说,服务器变成无状态了,从而比较容易实现扩展。


JWT 的数据结构

它是一个很长的字符串,中间用点(.)分隔成三个部分。注意,JWT 内部是没有换行的,这里只是为了便于展示,将它写成了几行。

JWT 的三个部分依次如下

* Header(头部)
* Payload(负载)
* Signature(签名)

写成一行,就是下面的样子。

Header.Payload.Signature

Header

Header 部分是一个 JSON 对象,描述 JWT 的元数据,通常是下面的样子。

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

上面代码中,alg属性表示签名的算法,默认是 HMAC SHA256;typ属性表示这个令牌的类型,JWT令牌统一写为JWT。

Payload

Payload 部分也是一个 JSON 对象,用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段,供选用。

* 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

除了官方字段,你还可以在这个部分定义私有字段,下面就是一个例子。

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true
}

注意,JWT 默认是不加密的,任何人都可以读到,所以不要把秘密信息放在这个部分。这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。

Signature

Signature 部分是对前两部分的签名,防止数据篡改。

首先,需要指定一个密钥(secret)。这个密钥只有服务器才知道,不能泄露给用户。然后,使用 Header 里面指定的签名算法(默认是 HMAC SHA256),按照下面的公式产生签名。

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

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。

Base64URL

前面提到,Header 和 Payload 串型化的算法是 Base64URL。这个算法跟 Base64 算法基本类似,但有一些小的不同。

JWT 作为一个令牌(token),有些场合可能会放到 URL(比如 api.example.com/?token=xxx)。Base64 有三个字符+、/和=,在 URL 里面有特殊含义,所以要被替换掉:=被省略、+替换成-,/替换成_ 。


JWT 的使用方式

在认证的时候,当用户用他们的凭证成功登录以后,一个JSON Web Token将会被返回。此后,token就是用户凭证了,你必须非常小心以防止出现安全问题。一般而言,你保存令牌的时候不应该超过你所需要它的时间。

无论何时用户想要访问受保护的路由或者资源的时候,用户代理(通常是浏览器)都应该带上JWT,典型的,通常放在Authorization header中。

Authorization: Bearer <token>

另一种做法是,跨域的时候,JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

服务器上的受保护的路由将会检查Authorization header中的JWT是否有效,如果有效,则用户可以访问受保护的资源。如果JWT包含足够多的必需的数据,那么就可以减少对某些操作的数据库查询的需要,尽管可能并不总是如此。

下面这张图显示了如何获取JWT以及使用它来访问APIs或者资源

  1. 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
  2. 当授权被许可以后,授权服务器返回一个access token给应用
  3. 应用使用access token访问受保护的资源(比如:API)

如何保证JWT的安全呢

注意,这里经常会有一个误区,JWT本身和安全没关系,它就仅仅只是一个字符串,使用它来做安全远不如类似于RSA2这样的非对称加密的形式来的实在,由于客户端的程序对用户几乎完全透明,验签的过程对于他们来讲也是透明的,所以安全性肯定不会靠这个来实现,如果实在怕JWT的被盗取,可以考虑在Payload部分加入一些客户端独有的非敏感信息,用于在服务端来进行核验,比如使用MAC-Message Authentication Code、或者公钥之类的等等; 或者干脆就把生效时间设置的短一些,也可以减少暴漏的风险。


Source: https://www.bigran.cn/article/mM9jgNwV.html

Leave a comment

Published

2019-09-19 08:54:04


Categories


Tags

友情链接

分享代码