講真，別再使用JWT了
摘要：
- 在Web應(yīng)用中，使用JWT替代session并不是個好主意。
- 適合JWT的使用場景。
(圖片來自：https://jwt.io/)
抱歉，當(dāng)了回標(biāo)題黨。我并不否認(rèn)JWT的價值，只是它經(jīng)常被誤用。
什么是JWT
根據(jù)維基百科的定義，JSON WEB Token(JWT, 讀作 [/dʒɒt/])，是一種基于JSON的、用于在網(wǎng)絡(luò)上聲明某種主張的令牌(token)。JWT通常由三部分組成：頭信息(header)，消息體(payload)和簽名(signature)。
頭信息指定了該JWT使用的簽名算法:
- header = '{"alg":"HS256","typ":"JWT"}'
HS256表示使用了HMAC-SHA256來生成簽名。
消息體包含了JWT的意圖：
- payload = '{"loggedInAs":"admin","iat":1422779638}'//iat表示令牌生成的時間
未簽名的令牌由base64url編碼的頭信息和消息體拼接而成(使用"."分隔)，簽名則通過私有的key計算而成：
- key = 'secretkey'
- unsignedToken = encodeBase64(header) + '.' + encodeBase64(payload)
- signature = HMAC-SHA256(key, unsignedToken)
最后在未簽名的令牌尾部拼接上base64url編碼的簽名(同樣使用"."分隔)就是JWT了：
- token = encodeBase64(header) + '.' + encodeBase64(payload) + '.' + encodeBase64(signature)
- # token看起來像這樣: eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJsb2dnZWRJbkFzIjoiYWRtaW4iLCJpYXQiOjE0MjI3Nzk2Mzh9.gzSraSYS8EXBxLN_oWnFSRgCzcmJmMjLiuyu5CSpyHI
JWT常常被用作保護服務(wù)端的資源(resource)，客戶端通常將JWT通過HTTP的Authorization header發(fā)送給服務(wù)端，服務(wù)端使用自己保存的key計算、驗證簽名以判斷該JWT是否可信：
- Authorization: Bearer eyJhbGci*...<snip>...*yu5CSpyHI
那怎么就誤用了呢
近年來RESTful API開始風(fēng)靡，使用HTTP header來傳遞認(rèn)證令牌似乎變得理所應(yīng)當(dāng)，而單頁應(yīng)用(SPA)、前后端分離架構(gòu)似乎正在促成越來越多的WEB應(yīng)用放棄歷史悠久的cookie-session認(rèn)證機制，轉(zhuǎn)而使用JWT來管理用戶session。支持該方案的人認(rèn)為：
1.該方案更易于水平擴展
在cookie-session方案中，cookie內(nèi)僅包含一個session標(biāo)識符，而諸如用戶信息、授權(quán)列表等都保存在服務(wù)端的session中。如果把session中的認(rèn)證信息都保存在JWT中，在服務(wù)端就沒有session存在的必要了。當(dāng)服務(wù)端水平擴展的時候，就不用處理session復(fù)制(session replication)/ session黏連(sticky session)或是引入外部session存儲了。
從這個角度來說，這個優(yōu)點確實存在，但實際上外部session存儲方案已經(jīng)非常成熟了(比如Redis)，在一些Framework的幫助下(比如spring-session和hazelcast)，session復(fù)制也并沒有想象中的麻煩。所以除非你的應(yīng)用訪問量非常非常非常(此處省略N個非常)大，使用cookie-session配合外部session存儲完全夠用了。
2. 該方案可防護CSRF攻擊
跨站請求偽造Cross-site request forgery(簡稱CSRF, 讀作 [sea-surf])是一種典型的利用cookie-session漏洞的攻擊，這里借用spring-security的一個例子來解釋CSRF：
假設(shè)你經(jīng)常使用bank.example.com進行網(wǎng)上轉(zhuǎn)賬，在你提交轉(zhuǎn)賬請求時bank.example.com的前端代碼會提交一個HTTP請求:
- POST /transfer HTTP/1.1
- Host: bank.example.com
- cookie: JsessionID=randomid; Domain=bank.example.com; Secure; HttpOnly
- Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
- amount=100.00&routingNumber=1234&account=9876
你圖方便沒有登出bank.example.com，隨后又訪問了一個惡意網(wǎng)站，該網(wǎng)站的HTML頁面包含了這樣一個表單：
- <form action="https://bank.example.com/transfer" method="post">
- <input type="hidden" name="amount" value="100.00"/>
- <input type="hidden" name="routingNumber" value="evilsRoutingNumber"/>
- <input type="hidden" name="account" value="evilsAccountNumber"/>
- <input type="submit" value="點擊就送!"/>
- </form>
你被“點擊就送”吸引了，當(dāng)你點了提交按鈕時你已經(jīng)向攻擊者的賬號轉(zhuǎn)了100元。現(xiàn)實中的攻擊可能更隱蔽，惡意網(wǎng)站的頁面可能使用Javascript自動完成提交。盡管惡意網(wǎng)站沒有辦法盜取你的session cookie(從而假冒你的身份)，但惡意網(wǎng)站向bank.example.com發(fā)起請求時，你的cookie會被自動發(fā)送過去。
因此，有些人認(rèn)為前端代碼將JWT通過HTTP header發(fā)送給服務(wù)端(而不是通過cookie自動發(fā)送)可以有效防護CSRF。在這種方案中，服務(wù)端代碼在完成認(rèn)證后，會在HTTP response的header中返回JWT，前端代碼將該JWT存放到Local Storage里待用，或是服務(wù)端直接在cookie中保存HttpOnly=false的JWT。
在向服務(wù)端發(fā)起請求時，用Javascript取出JWT(否則前端Javascript代碼無權(quán)從cookie中獲取數(shù)據(jù))，再通過header發(fā)送回服務(wù)端通過認(rèn)證。由于惡意網(wǎng)站的代碼無法獲取bank.example.com的cookie/Local Storage中的JWT，這種方式確實能防護CSRF，但將JWT保存在cookie/Local Storage中可能會給另一種攻擊可乘之機，我們一會詳細(xì)討論它：跨站腳本攻擊——XSS。
3. 該方案更安全
由于JWT要求有一個秘鑰，還有一個算法，生成的令牌看上去不可讀，不少人誤認(rèn)為該令牌是被加密的。但實際上秘鑰和算法是用來生成簽名的，令牌本身不可讀僅是因為base64url編碼，可以直接解碼，所以如果JWT中如果保存了敏感的信息，相對cookie-session將數(shù)據(jù)放在服務(wù)端來說，更不安全。
除了以上這些誤解外，使用JWT管理session還有如下缺點：
- 更多的空間占用。如果將原存在服務(wù)端session中的各類信息都放在JWT中保存在客戶端，可能造成JWT占用的空間變大，需要考慮cookie的空間限制等因素，如果放在Local Storage，則可能受到XSS攻擊。
- 更不安全。這里是特指將JWT保存在Local Storage中，然后使用Javascript取出后作為HTTP header發(fā)送給服務(wù)端的方案。在Local Storage中保存敏感信息并不安全，容易受到跨站腳本攻擊，跨站腳本(Cross site script，簡稱xss)是一種“HTML注入”，由于攻擊的腳本多數(shù)時候是跨域的，所以稱之為“跨域腳本”，這些腳本代碼可以盜取cookie或是Local Storage中的數(shù)據(jù)。可以從這篇文章查看XSS攻擊的原理解釋。
- 無法作廢已頒布的令牌。所有的認(rèn)證信息都在JWT中，由于在服務(wù)端沒有狀態(tài)，即使你知道了某個JWT被盜取了，你也沒有辦法將其作廢。在JWT過期之前(你絕對應(yīng)該設(shè)置過期時間)，你無能為力。
- 不易應(yīng)對數(shù)據(jù)過期。與上一條類似，JWT有點類似緩存，由于無法作廢已頒布的令牌，在其過期前，你只能忍受“過期”的數(shù)據(jù)。
看到這里后，你可能發(fā)現(xiàn)，將JWT保存在Local Storage中，并使用JWT來管理session并不是一個好主意，那有沒有可能“正確”地使用JWT來管理session呢?比如：
- 不再使用Local Storage存儲JWT，使用cookie，并且設(shè)置HttpOnly=true，這意味著只能由服務(wù)端保存以及通過自動回傳的cookie取得JWT，以便防御XSS攻擊。
- 在JWT的內(nèi)容中加入一個隨機值作為CSRF令牌，由服務(wù)端將該CSRF令牌也保存在cookie中，但設(shè)置HttpOnly=false，這樣前端Javascript代碼就可以取得該CSRF令牌，并在請求API時作為HTTP header傳回。服務(wù)端在認(rèn)證時，從JWT中取出CSRF令牌與header中獲得CSRF令牌比較，從而實現(xiàn)對CSRF攻擊的防護。
- 考慮到cookie的空間限制(大約4k左右)，在JWT中盡可能只放“夠用”的認(rèn)證信息，其他信息放在數(shù)據(jù)庫，需要時再獲取，同時也解決之前提到的數(shù)據(jù)過期問題。
這個方案看上去是挺不錯的，恭喜你，你重新發(fā)明了cookie-session，可能實現(xiàn)還不一定有現(xiàn)有的好。
那究竟JWT可以用來做什么
我的同事做過一個形象的解釋：
JWT(其實還有SAML)最適合的應(yīng)用場景就是“開票”，或者“簽字”。
在有紙化辦公時代，多部門、多組織之間的協(xié)同工作往往會需要拿著A部門領(lǐng)導(dǎo)的“簽字”或者“蓋章”去B部門“使用”或者“訪問”對應(yīng)的資源，其實這種“領(lǐng)導(dǎo)簽字/蓋章”就是JWT，都是一種由具有一定權(quán)力的實體“簽發(fā)”并“授權(quán)”的“票據(jù)”。
一般的，這種票據(jù)具有可驗證性(領(lǐng)導(dǎo)簽名/蓋章可以被驗證，且難于模仿)，不可篡改性(涂改過的文件不被接受，除非在涂改處再次簽字確認(rèn));并且這種票據(jù)一般都是“一次性”使用的，在訪問到對應(yīng)的資源后，該票據(jù)一般會被資源持有方收回留底，用于后續(xù)的審計、追溯等用途。
舉兩個例子：
- 員工李雷需要請假一天，于是填寫請假申請單，李雷在獲得其主管部門領(lǐng)導(dǎo)簽字后，將請假單交給HR部門韓梅梅，韓梅梅確認(rèn)領(lǐng)導(dǎo)簽字無誤后，將請假單收回，并在公司考勤表中做相應(yīng)記錄。
- 員工李雷和韓梅梅因工外出需要使用公司汽車一天，于是填寫用車申請單，簽字后李雷將申請單交給車隊司機老王，乘坐老王駕駛的車輛外出辦事，同時老王將用車申請單收回并存檔。
在以上的兩個例子中，“請假申請單”和“用車申請單”就是JWT中的payload，領(lǐng)導(dǎo)簽字就是base64后的數(shù)字簽名，領(lǐng)導(dǎo)是issuer，“HR部門的韓梅梅”和“司機老王”即為JWT的audience，audience需要驗證領(lǐng)導(dǎo)簽名是否合法，驗證合法后根據(jù)payload中請求的資源給予相應(yīng)的權(quán)限，同時將JWT收回。
放到系統(tǒng)集成的場景中，JWT更適合一次性操作的認(rèn)證:
- 服務(wù)B你好, 服務(wù)A告訴我，我可以操作
在這里，服務(wù)A負(fù)責(zé)認(rèn)證用戶身份(相當(dāng)于上例中領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)請假)，并頒布一個很短過期時間的JWT給瀏覽器(相當(dāng)于上例中的請假單)，瀏覽器(相當(dāng)于上例中的請假員工)在向服務(wù)B的請求中帶上該JWT，則服務(wù)B(相當(dāng)于上例中的HR員工)可以通過驗證該JWT來判斷用戶是否有權(quán)執(zhí)行該操作。這樣，服務(wù)B就成為一個安全的無狀態(tài)的服務(wù)了。
總結(jié)
- 在Web應(yīng)用中，別再把JWT當(dāng)做session使用，絕大多數(shù)情況下，傳統(tǒng)的cookie-session機制工作得更好。
- JWT適合一次性的命令認(rèn)證，頒發(fā)一個有效期極短的JWT，即使暴露了危險也很小，由于每次操作都會生成新的JWT，因此也沒必要保存JWT，真正實現(xiàn)無狀態(tài)。
【本文是51CTO專欄作者“ThoughtWorks”的原創(chuàng)稿件，微信公眾號：思特沃克，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者】
