API 系列 - 深入浅出 JSON Web Token

原理

Web 应用可分为客户端和服务端,这两者之间经常需要进行身份认证。

深入浅出 Json Web Token

由于 HTTP 是无状态协议,不能保存认证后的用户状态,因此,每一次发送请求都需要重复的进行认证。

深入浅出 Json Web Token

为了解决该问题,通常会使用 Cookie 来管理 Session,来实现用户状态管理。

深入浅出 Json Web Token

服务器需要记录 Session 信息,当存在多台服务器时,这些服务器就需要共享 Session。例如,将 Session 数据进行持久化存储,每台服务器都从持久层中获取 Session。这种方案也有风险,当持久层突然失效时,所有登录信息都将失效。

深入浅出 Json Web Token

由此可见,服务端保存认证状态是一件棘手的事,既然如此,何不将数据全都保存在客户端呢?Json Web Token 就是基于该思路提出的一种认证方案。

我们从 JSON Web Token 的命名就可以得出一些信息

  • JSON - 数据是 JSON 格式的
  • Web - 是用于 Web 的
  • Token - Token 是令牌的意思,代表了 JWT 是一种认证的凭证

深入浅出 Json Web Token

JWT 的认证过程如下:

  1. 客户端发送登录信息(用户 ID,密码)
  2. 服务端基于密钥生成 JWT,返回给客户端
  3. 客户端在接下来的请求中将 Token 放在头部中一起发送给服务端
  4. 服务端对 JWT 进行验证

深入浅出 Json Web Token

生成的 JWT 的格式如下

深入浅出 Json Web Token

JWT 可分为三部分,用 . 符号隔开

  • Header 头部
  • Payload 负载
  • Signature 签名

Header 用于携带一些元数据,比如加密算法与类型

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

Payload 携带令牌的具体内容,常用的内容如下

  • 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

可根据需要自行选择,也可以自己定义

{
  "sub": "1",
  "name": "Mind Geek",
  "admin": true
}

Signature 是加密 Header 和 Payload 后得到的签名,防止数据篡改,加密公式如下

HMACSHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." +
  base64UrlEncode(payload),
  mind-geek-jwt
)

解读

  • HMACSHA256 是 Header 指定的算法
  • mind-geek-jwt 则是服务端定义的密钥
  • JWT 作为一个令牌(token),有些场合可能会放到 URL 中。Base64 有三个字符 +/=,在 URL 里面有特殊含义,所以要被替换 = 被省略、+ 替换成 -/ 替换成 _ 。这就是 Base64URL 算法。

示例

加密

定义 Header

$header = [
  'alg' => 'HS256',
  'typ' => 'JWT',
];

定义 Payload

$payload = [
  'sub'   => 1,
  'name'  => 'Mind Geek',
  'admin' => true,
];

定义密钥

$secret = 'mind-geek-jwt';

将 Header 和 Payload 数组转化成 Json,再使用 Base64URL 算法进行编码。

function base64url(string $string)
{
  return str_replace('=', '', strtr(base64_encode($string), '+/', '-_'));
}

// Header
$base64Header = base64url(json_encode($header));

// Payload
$base64Payload = base64url(json_encode($payload));

将编码后的 Header 和 Payload 用 . 拼接起来

$encryp = $base64Header.".".$base64Payload;

对其进行加密,加密后再进行 Base64URL 编码,得到 Signature

$signature = hash_hmac('sha256', $encryp, $secret, true);
$base64Signature = base64url($signature);

拼接之后就是 JWT 字符串了

$token = $base64Header.".".$base64Payload.".".$base64Signature;

验证

获取客户端发送的 JWT

$token = 'eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOjEsIm5hbWUiOiJNaW5kIEdlZWsiLCJhZG1pbiI6dHJ1ZX0.0_dneYOin4yWRYlD-KmfvGEY6AhjA_zDyyvPhgYq2sU';

解析 JWT,得到编码过后的 Header、Payload 以及 Signature

list($base64Header, $base64Payload, $base64Signature) = explode('.', $token);

利用得到的 HeaderPayload ,以及服务端保存的密钥来计算出签名

$encryp = $base64Header.".".$base64Payload;
$signature = hash_hmac('sha256', $encryp, $secret, true);
$computedBase64Signature = base64url($signature);

将计算出来的签名与客户端发送的签名进行对比

if($computedBase64Signature === $base64Signature){
    echo "认证成功!";
}

参考链接:

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