JSON Web Token (JWT) 是什麼？

JSON Web Token (JWT) 在現代 web 應用程式和開放標準（如 OpenID Connect）中被廣泛使用，用於促進驗證和授權。雖然官方 RFC 7519 是一個重要的參考資料，但對初學者來說可能很難理解。在本文中，我們將專注於 JWT 的核心概念，並用簡單的語言和範例來呈現。

為什麼需要 JWT？#

如今，在兩方之間使用 JSON 來交換數據已經相當常見。考慮一個表示使用者的 JSON 物件：

sub 是 "subject" 的縮寫，在 OpenID Connect 中是一個 標準聲明，用於表示用戶標識符（用戶 ID）。

我們如何保證這個 JSON 物件的 完整性？換句話說，我們如何確保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：伺服器用它的私鑰對 JSON 物件進行簽名，客戶端可以用伺服器的公鑰驗證該簽名。

簡而言之，JWT 提供了一種標準化的方法來表示 JSON 物件及其簽名。

JWT 的格式#

由於用於創建數字簽名的算法有很多種，因此有必要指定用於 JWT 簽名的算法。這是透過構建一個 JSON 物件來完成的：

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

通常，typ 被設定為大寫的 JWT。在我們的範例中，alg 是 HS256，代表 HMAC-SHA256（我們稍後會解釋），表示我們正在使用這個算法來創建簽名。

現在，我們擁有了創建 JWT 的所有要素：

• 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，某些字符如空格和換行符對網路傳輸不友好。因此，標頭和載荷需要進行 Base64URL 編碼。典型的 JWT 看起來像這樣：

. 用作分隔符。

讓我們把所有部分組合起來創建一個 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，密鑰是 some-great-secret，簽名就成為：XM-XSs2Lmp76IcTQ7tVdFcZzN4W_WcoKMNANp925Q9g。

JWT#

最終的 JWT 是：

任何擁有密鑰的一方都可以驗證這個有效的 JWT。

選擇簽名算法#

如前所述，用於創建數字簽名的算法有多種。我們使用了 HS256 作為範例，但它可能不夠強，因為密鑰必須在雙方之間共享（例如，客戶端和伺服器）。

在現實場景中，客戶端可能包括像 React 應用這樣的公眾應用，這些應用無法保證密鑰的安全。因此，首選的方法是使用公鑰加密（即非對稱加密）來簽署 JWT。讓我們從最受歡迎的算法開始：RSA。

RSA#

RSA 是一種非對稱算法，它使用一對密鑰：一個公鑰和一個私鑰。公鑰用來驗證簽名，私鑰用來簽名。

RSA 的標頭 JSON 如下所示：

RS256 代表 RSA-SHA256，表示簽名是使用 RSA 算法和 SHA256 哈希函數創建的。你還可以使用 RS384 和 RS512 來創建使用 SHA384 和 SHA512 哈希函數的簽名。

簽名是用私鑰創建的：

同樣，我們可以組合這些部分來創建一個 JWT，最終的 JWT 看起來像這樣：

現在，客戶端可以在不知道私鑰的情況下驗證簽名。

ECDSA#

儘管 RSA 被廣泛採用，但它的簽名大小較大，有時甚至超過標頭和載荷的總大小。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，並且效能更高。

要為 ECDSA 生成私鑰，我們需要選擇一個曲線。這超出了本文的範疇，但你可以在 這裡 找到更多資訊。

ECDSA 的標頭 JSON 如下所示：

ES256 代表 ECDSA-SHA256，表示簽名是使用 ECDSA 算法和 SHA256 哈希函數創建的。你還可以使用 ES384 和 ES512 來創建使用 SHA384 和 SHA512 哈希函數的簽名。

簽名是用私鑰創建的：

最終的 JWT 保留了與 RSA 相同的結構，但簽名顯著縮短：

驗證 JWT#

驗證 JWT 是創建 JWT 的逆過程，簡單明瞭：

1. 使用 . 分隔符將 JWT 分為三部分（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。

有許多庫可以協助 JWT 驗證，比如用於 Node.js 和 Web 瀏覽器的 jose。

結論#

在本文中，我們簡要說明了 JWT 的核心概念，以及如何創建和驗證它的概覽。仍有許多細節尚未探討，我們將在未來的文章中覆蓋這些內容。

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