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JSON Web Token (JWT) 是什麼？

在 5 分鐘內清楚了解 JSON Web Token (JWT) 的基本知識。

Gao
Gao
Founder

JSON Web Token (JWT) 廣泛應用於現代網絡應用程式和開放標準例如 OpenID Connect，促進身份驗證和授權。雖然官方的 RFC 7519 是一個重要的參考，但對於初學者來說會很難理解。在這篇文章中，我們將重點介紹 JWT 的核心概念，並用簡單的語言和例子來呈現。

我們為什麼需要 JWT？

如今，使用 JSON 在兩方之間交換數據是非常常見的。考慮以下代表用戶的 JSON 對象：

sub 是 "subject" 的縮寫，是 OpenID Connect 中的 標準聲明，用於表示用戶標識（用戶 ID）。

我們如何能夠保證這個 JSON 對象的完整性？換句話說，我們如何確認數據在傳輸過程中沒有被篡改？一個常見的解決方案是使用數字簽名。例如，我們可以使用 公鑰加密：服務器用其私鑰簽署 JSON 對象，客戶端可以用服務器的公鑰驗證簽名。

簡而言之，JWT 提供了一種標準化的方法來表示 JSON 對象及其簽名。

JWT 的格式

由於有很多算法可用於創建數字簽名，因此需要指定用於 JWT 簽名的算法。這是通過構造 JSON 對象來完成的：

alg 是 "algorithm" 的縮寫，typ 是 "type" 的縮寫。

通常，typ 被設為大寫的 JWT。在我們的例子中，alg 是 HS256，代表 HMAC-SHA256（我們將很快解釋），表示我們使用這個算法來創建簽名。

現在，我們擁有所有構成 JWT 的成分：

  • 標頭 JSON：算法和類型
  • 載荷 JSON：實際數據
  • 簽名：涵蓋標頭和載荷的簽名

然而，像空格和換行符這樣的字符不利於網絡傳輸。因此，標頭和載荷需要進行 Base64URL 編碼。典型的 JWT 如下所示：

. 是分隔符。

讓我們把所有東西放在一起創建一個 JWT：

標頭

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

Base64URL 編碼: eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9

載荷

JSON: {"sub":"foo","name":"John Doe"}

Base64URL 編碼: eyJzdWIiOiJmb28iLCJuYW1lIjoiSm9obiBEb2UifQ

簽名

在 HMAC-SHA256 中，簽名是用密鑰創建的：

例如，假設密鑰為 some-great-secret，簽名將變成：XM-XSs2Lmp76IcTQ7tVdFcZzN4W_WcoKMNANp925Q9g。

JWT

最終的 JWT 是：

這個有效的 JWT 可以被擁有密鑰的任何一方驗證。

選擇簽名算法

如前所述，有多種算法可以用來創建數字簽名。我們以 HS256 作為例子，但它可能不夠強大，因為密鑰必須在各方之間共享（例如客戶端和服務器）。

在現實世界中，客戶端可能包括像 React 應用程式這樣的公開應用，無法保證安全保存密鑰。因此，首選的方法是在簽署 JWT 時使用公鑰加密（即非對稱加密）。讓我們從最受歡迎的算法開始：RSA。

RSA

RSA 是一個非對稱算法，使用一對密鑰：公鑰和私鑰。公鑰用於驗證簽名，而私鑰用於簽名。

RSA 的標頭 JSON 如下所示：

RS256 代表 RSA-SHA256，意味著簽名是使用 RSA 算法和 SHA256 哈希函數創建的。你還可以使用 RS384 和 RS512 來創建帶有 SHA384 和 SHA512 哈希函數的簽名。

簽名是用私鑰創建的：

我們可以再次組裝這些部分來創建一個 JWT，最終的 JWT 如下所示：

現在，客戶端可以在不知道私鑰的情況下驗證簽名。

ECDSA

雖然 RSA 被廣泛採用，但它受到較大簽名尺寸的影響，有時超過標頭和載荷的合併尺寸。橢圓曲線數字簽名算法（ECDSA）是另一種非對稱算法，可以創建更緊湊的簽名，而且效能更高。

要為 ECDSA 生成私鑰，我們需要選擇一個曲線。這超出了這篇文章的範疇，但你可以在這裡找到更多信息。

ECDSA 的標頭 JSON 如下所示：

ES256 代表 ECDSA-SHA256，這意味著簽名是用 ECDSA 算法和 SHA256 哈希函數創建的。你也可以使用 ES384 和 ES512 來創建帶有 SHA384 和 SHA512 哈希函數的簽名。

簽名是用私鑰創建的：

最終的 JWT 保持與 RSA 相同的結構，但具有顯著縮短的簽名：

驗證 JWT

驗證 JWT 非常簡單，是創建 JWT 的逆過程：

  1. 使用 . 分隔符將 JWT 拆分為三個部分（標頭、載荷和簽名）。
  2. 使用 Base64URL 解碼標頭和載荷。
  3. 使用標頭中指定的算法和公鑰（對於非對稱算法）驗證簽名。

有許多可用的庫可以幫助進行 JWT 驗證，例如適用於 Node.js 和網頁瀏覽器的 jose。

總結

在這篇文章中，我們簡要地解釋了 JWT 的核心概念，以及如何創建和驗證它的概覽。許多細節尚未被探索，我們會在未來的文章中覆蓋它們。

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