只知道JWT，那JWE、JWS、JWK、JWA呢？

作者：碼農(nóng)小胖哥 2022-03-02 07:43:32

JOSE是一個Javascript對象簽名和加密協(xié)議，目的是提供一種在各個通訊方之間安全傳輸聲明（ claims，例如授權(quán)信息）的方法，它特意構(gòu)建在JSON和BASE64之上，以便在 Web應(yīng)用程序中輕松使用。

移動端興起和OAuth2的流行導(dǎo)致JWT這幾年火得一塌糊涂。今天要介紹另一個規(guī)范集JOSE[1],全稱Javascript Object Signing and Encryption，它和JWT有莫大的關(guān)系。

JOSE簡介

JOSE是一個Javascript對象簽名和加密協(xié)議，目的是提供一種在各個通訊方之間安全傳輸聲明( claims，例如授權(quán)信息 )的方法，它特意構(gòu)建在JSON和BASE64之上，以便在 Web應(yīng)用程序中輕松使用。目前該規(guī)范還在不斷地發(fā)展，我們常用的包含以下幾個由RFC文檔定義的概念：

JOSE規(guī)范集

JWT就可以用JWS或JWE表示，稍后我會詳細(xì)介紹這一方面的知識。

JWS

JSON Web簽名，基于JSON數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、使用數(shù)字簽名技術(shù)或者消息認(rèn)證碼技術(shù)保護(hù)的內(nèi)容(MAC)都可以稱為JWS。該規(guī)范使用的密碼算法和標(biāo)識符在另一個規(guī)范JWA中定義。規(guī)則是比較多的參見RFC7515[2]，這里我們通過序列化來感受一下即可。

JWS 序列化

JWS的序列化分為JWS Compact Serialization和JWS JSON Serialization兩種。

JWS Compact Serialization

該序列化表示為一種URL安全的、緊湊的字符串。格式為：

BASE64URL(UTF8(JWS Protected Header)) || '.' ||
      BASE64URL(JWS Payload) || '.' ||
      BASE64URL(JWS Signature)

例如：

eyJhbGciOiJFUzI1NiJ9.eyJpc3MiOiJqb2UiLA0KICJleHAiOjEzMDA4MTkzODAsDQogImh0dHA6Ly9leGFtcGxlLmNvbS9pc19yb290Ijp0cnVlfQ.DtEhU3ljbEg8L38VWAfUAqOyKAM6-Xx-F4GawxaepmXFCgfTjDxw5djxLa8ISlSApmWQxfKTUJqPP3-Kg6NU1Q

JWT通常就是這種格式。

JWS JSON Serialization

該序列化表示為一個JSON對象，有兩種格式。一般格式為：

    {
      "payload":"<payload contents>",
      "signatures":[
       {"protected":"<integrity-protected header 1 contents>",
        "header":"<non-integrity-protected header 1 contents>“,
        "signature":"<signature 1 contents>"},
       {"protected":"<integrity-protected header N contents>",
        "header":"<non-integrity-protected header N contents>",
        "signature":"<signature N contents>"}]
     }

平鋪格式為：

  {
      "payload":"<payload contents>",
      "protected":"<integrity-protected header contents>",
      "header":"<non-integrity-protected header contents>",
      "signature":"<signature contents>"
     }

舉個一般格式的例子：

{
      "payload":
       "eyJpc3MiOiJqb2UiLA0KICJleHAiOjEzMDA4MTkzODAsDQogImh0dHA6Ly9leGF
        tcGxlLmNvbS9pc19yb290Ijp0cnVlfQ",
      "signatures":[
       {"protected":"eyJhbGciOiJSUzI1NiJ9",
        "header":
         {"kid":"2010-12-29"},
        "signature":
         "cC4hiUPoj9Eetdgtv3hF80EGrhuB__dzERat0XF9g2VtQgr9PJbu3XOiZj5RZ
          mh7AAuHIm4Bh-0Qc_lF5YKt_O8W2Fp5jujGbds9uJdbF9CUAr7t1dnZcAcQjb
          KBYNX4BAynRFdiuB--f_nZLgrnbyTyWzO75vRK5h6xBArLIARNPvkSjtQBMHl
          b1L07Qe7K0GarZRmB_eSN9383LcOLn6_dO--xi12jzDwusC-eOkHWEsqtFZES
          c6BfI7noOPqvhJ1phCnvWh6IeYI2w9QOYEUipUTI8np6LbgGY9Fs98rqVt5AX
          LIhWkWywlVmtVrBp0igcN_IoypGlUPQGe77Rw"},
       {"protected":"eyJhbGciOiJFUzI1NiJ9",
        "header":
         {"kid":"e9bc097a-ce51-4036-9562-d2ade882db0d"},
        "signature":
         "DtEhU3ljbEg8L38VWAfUAqOyKAM6-Xx-F4GawxaepmXFCgfTjDxw5djxLa8IS
          lSApmWQxfKTUJqPP3-Kg6NU1Q"}]
}

JWE

JWS 僅僅是對聲明(claims)作了簽名，保證了其不被篡改，但是其 payload(中段負(fù)載) 信息是暴露的。也就是 JWS 僅僅能保證數(shù)據(jù)的完整性而不能保證數(shù)據(jù)不被泄露。它不適合傳遞敏感數(shù)據(jù)。JWE 的出現(xiàn)就是為了解決這個問題的。具體的可以看下圖：

JWE示意圖

從上面可以看出 JWE 的生成非常繁瑣，作為 Token 可能比較消耗資源和耗時。用作安全的數(shù)據(jù)傳輸途徑應(yīng)該不錯。舉個例子：

 eyJhbGciOiJSU0EtT0FFUCIsImVuYyI6IkEyNTZHQ00ifQ.
     OKOawDo13gRp2ojaHV7LFpZcgV7T6DVZKTyKOMTYUmKoTCVJRgckCL9kiMT03JGe
     ipsEdY3mx_etLbbWSrFr05kLzcSr4qKAq7YN7e9jwQRb23nfa6c9d-StnImGyFDb
     Sv04uVuxIp5Zms1gNxKKK2Da14B8S4rzVRltdYwam_lDp5XnZAYpQdb76FdIKLaV
     mqgfwX7XWRxv2322i-vDxRfqNzo_tETKzpVLzfiwQyeyPGLBIO56YJ7eObdv0je8
     1860ppamavo35UgoRdbYaBcoh9QcfylQr66oc6vFWXRcZ_ZT2LawVCWTIy3brGPi
     6UklfCpIMfIjf7iGdXKHzg.
     48V1_ALb6US04U3b.
     5eym8TW_c8SuK0ltJ3rpYIzOeDQz7TALvtu6UG9oMo4vpzs9tX_EFShS8iB7j6ji
     SdiwkIr3ajwQzaBtQD_A.
     XFBoMYUZodetZdvTiFvSkQ

一共有五個部分，被四個英文句號隔開。

其實(shí)JWE也有對應(yīng)的JSON格式，同樣具有JWS的兩種序列化方式，參見RFC7516[3]。

JWT和JWS、JWE的關(guān)系

以下是RFC7519[4]對JWT的說明：

JWT的定義

從上面可以得出一些結(jié)論：

JWT有特定的 claims，這些claims以JSON的形式組成Payload。
JWT的結(jié)構(gòu)可以是JWS或者JWE。
JWT的序列化方式只能使用Compact Serialization，不能是JSON Serialization。

簡而言之，JWT是包含了特定claims的JWS或者JWE字符串。我們常見的大部分都屬于JWS。

另外，我們通常讀作J、W、T，實(shí)際建議讀作jot(角特)，關(guān)于JWT的定義和規(guī)范請參閱RFC7519[5]。

JWK

JWK是本文最重要的知識點(diǎn)，這對我們后面學(xué)習(xí)資源服務(wù)器(Resource Server)非常重要。

場景描述

我相信簽名公私鑰這個大家都不陌生。JWT本身也要做使用私鑰進(jìn)行簽名防止信息被篡改，公鑰用來發(fā)給下游消費(fèi)方來驗(yàn)證JWT的可靠性。通常情況下，公鑰的配置方式為靜態(tài)文件集成，這有一個弊端，當(dāng)上游公私鑰進(jìn)行了改動，下游就無法動態(tài)進(jìn)行公鑰適配。這就是JWK要解決的問題，它對密碼算法和標(biāo)識符進(jìn)行了規(guī)范設(shè)計，它緊湊的JSON數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常方便在上下游之間傳輸。

JWK 格式

JWK是表示加密密鑰的JSON對象。該對象包含的key名稱必須是唯一的，在此基礎(chǔ)上JWK可以包含一些自定義字段。下面是一個P-256 EC(橢圓曲線離散密碼)密鑰的JWK表示：

   {"kty":"EC",
      "crv":"P-256",
      "x":"f83OJ3D2xF1Bg8vub9tLe1gHMzV76e8Tus9uPHvRVEU",
      "y":"x_FEzRu9m36HLN_tue659LNpXW6pCyStikYjKIWI5a0",
      "kid":"Public key used in JWS spec Appendix A.3 example"
     }

按照RFC7517[6]的定義，JWK JSON對象可能包含以下屬性：

JWK的定義屬性

根據(jù)不同的算法JWK還可能包含其它的屬性。

JWK Set

JWK Set 表示一組具有不同kid的JWK，這非常容易理解。它也是一個JSON對象，唯一的key就是keys。舉個例子：

    {"keys":
       [
         {"kty":"EC",
          "crv":"P-256",
          "x":"MKBCTNIcKUSDii11ySs3526iDZ8AiTo7Tu6KPAqv7D4",
          "y":"4Etl6SRW2YiLUrN5vfvVHuhp7x8PxltmWWlbbM4IFyM",
          "use":"enc",
          "kid":"1"},

         {"kty":"RSA",
          "n": "0vx7agoebGcQSuuPiLJXZptN9nndrQmbXEps2aiAFbWhM78LhWx
     4cbbfAAtVT86zwu1RK7aPFFxuhDR1L6tSoc_BJECPebWKRXjBZCiFV4n3oknjhMs
     tn64tZ_2W-5JsGY4Hc5n9yBXArwl93lqt7_RN5w6Cf0h4QyQ5v-65YGjQR0_FDW2
     QvzqY368QQMicAtaSqzs8KJZgnYb9c7d0zgdAZHzu6qMQvRL5hajrn1n91CbOpbI
     SD08qNLyrdkt-bFTWhAI4vMQFh6WeZu0fM4lFd2NcRwr3XPksINHaQ-G_xBniIqb
     w0Ls1jF44-csFCur-kEgU8awapJzKnqDKgw",
          "e":"AQAB",
          "alg":"RS256",
          "kid":"2011-04-29"}
       ]
     }

OAuth2配置中的JWK Set URL就是輸出JWK Set的端點(diǎn)。

JWA

JWA規(guī)范規(guī)定了哪些算法可以作為JWS和JWE的密碼算法。還規(guī)定了這些算法對應(yīng)的JWK中的alg屬性，以及特定算法在JWK包含的屬性例如前面EC算法中的crv、x、y，這些屬性并不是一成不變的，它們會根據(jù)算法的迭代進(jìn)行調(diào)整。如果你對JWA的細(xì)節(jié)感興趣，請參閱RFC7518[7]。

你可以通過JWK生成器[8]自行使用一些算法生成JWK觀察不同算法之間的區(qū)別。