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jwt/jwt.md

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+- [JWT](#jwt)
+  - [JWT应用场景](#jwt应用场景)
+  - [JSON Web Token结构](#json-web-token结构)
+    - [Header](#header)
+    - [Payload](#payload)
+      - [registered claims](#registered-claims)
+      - [Public claims](#public-claims)
+      - [private claims](#private-claims)
+    - [Signature](#signature)
+    - [putting together](#putting-together)
+  - [JSON Web Tokens工作方式](#json-web-tokens工作方式)
+  - [JWT的validation和verification](#jwt的validation和verification)
+    - [Validation](#validation)
+    - [Verification](#verification)
+
+
 # JWT
-* ## jwt简介
+JSON Web Token是一个开源标准，定义了一种`紧凑且自自包含`的方式，用于在各方之间安全的传输信息，这些信息以JSON对象的形式呈现。传输的信息是被数字签名的，故而信息可以被验证并信任。
-  > jwt是一个开源标准。jwt定义了一个紧凑且自包含的方式安全的在多方之间通过json字符串传递信息。由于传递的信息会被签名，故而信息是可验证和信任的。    
+
-  jwt只能对payload中的信息进行验证，并不会对信息进行加密。故而jwt中不应该包含敏感信息。jwt只是对header和payload的信息进行签名，保证该信息的来源方式可信的。
+JWT可以通过密钥（使用hmac算法）或public/private key pair（使用RSA/ECDSA算法）来进行签名。
-* ## jwt用途
+
-  * jwt通常用来进行认证操作
+即使JWT可以通过加密在传递过程中提供安全性，但是本文会集中在signed tokens：
-  * jwt还可以用作信息交换，由于传递的信息会被签名，故而通过jwt来传输信息是安全的
+- `signed tokens`： signed tokens可以验证token中包含声明的完整性
-* ## jwt结构
+- `encrypted tokens`： 加密则是将token中的claims内容向第三方隐藏
-  * ### Header
+
-    * 对于header部分的信息，会进行base64url编码
+## JWT应用场景
-  * ### Payload
+如下是JWT的常用场景：
-    * 对于payload部分的数据，也会进行base64url形式的编码
+- Authorization：这是JWT的最通用场景。一旦用户登录，后续的请求都会包含JWT，允许用户访问该JWT被允许的路由、服务、资源。
-    * 
+  - `单点登录`特性普遍使用JWT，其带来开销较小，并且能够轻松的跨domains使用
-  * ### Signature
+- Information Exchange：JWT能够安全的在各方传递信息。由于JWT可以被签名，例如在使用public/private key时，可以确保发送方身份的可靠性。
-    * 通常，在header中记录了加密算法，对base64url编码后的header和payload用指定算法和服务端私钥技能型签名后，会生成签名部分
+  - 并且，由于签名是通过header和payload进行计算的，还可以用于验证token内容是否被修改
-    * 将签名部分和header、payload通过.分隔并且连接，然后就可以生成jwt
+
-* ## jwt认证流程
+## JSON Web Token结构
-  * 首先，客户端第一次向服务端发送登录请求，服务端根据客户端发送的用户名、密码等登录信息在数据库中查找信息并验证，如果登录成功，会在服务端生成一个jwt
+JWT的结构较为紧凑，由三个部分组成，三个部分之间通过`.`进行分隔：
-  * 服务端会将生成的jwt返回给客户端，jwt中可以记录一些不敏感信息
+- Header
-  * 而后每次客户端向服务端发送请求时，都会携带jwt，服务端在接收到jwt后会对jwt中的信息进行验证
+- Payload
-* ## jwt相对于session存储用户信息的优势
+- Sinature
-  * jwt的数据存储在客户端中，故而其并不会像session一样占用服务端内存，能够有效减轻服务端的内存压力
+
-  * 将一些非敏感信息存储在jwt中，可以避免服务端频繁的在数据库中查询信息
+因此，JWT通常看起来如下：
-  * jwt是以json格式存储信息的，故而jwt可以跨语言
+```
-  * jwt可以解决跨域问题，不像cookie只能在同一父域名的不同子域名下共享
+xxxxx.yyyyy.zzzzz
+```
+
+### Header
+header通常由两部分组成，
+- token的类型：JWT
+- 使用的签名算法： HMAC/SHA256/RSA
+
+示例如下所示：
+```json
+{
+    "alg": "HS256",
+  "typ": "JWT"
+}
+```
+
+`对于JWT的第一部分而言，json形式的内容会被以Base64Url的形式进行编码`。
+
+### Payload
+token的第二部分是payload，包含了token中的claims：
+- `claim`：即对某个实体及其附加数据的描述（实体通常是用户）
+
+claims通常存在三种类型：
+- registered
+- public
+- private
+
+#### registered claims
+存在一系列预定义的claims，并非强制，但是推荐进行使用。
+- `iss`: issuer，签发者
+- `exp`: expiration time，过期时间
+- `sub`：subject，主体，例如用户唯一标识
+- `aud`：audience，接收方/受众，指JWT的目标接收方，限制token的使用范围
+
+#### Public claims
+pubic claims可以被jwt的使用者任意定义。但是，为了避免冲突，public claims应该在`IANA JSON Web Token Registry`中被定义，或在命名中包含namespace从而避免冲突。
+
+#### private claims
+private claims也可以被自由定义，用于在各方之间共享信息。
+
+private claims和public claims的区别如下：
+- private claims可以被任意定义，只需要传递的双方协商一致即可
+- public claims的命名需要遵守相应规范，应在`IANA JSON Web Token Registry`中或以URI的形式定义
+
+payload的示例如下所示：
+```json
+{
+    "sub": "1234567890",
+  "name": "John Doe",
+  "admin": true
+}
+```
+
+作为JWT的第二部分，上述内容也会通过Base64Url的形式进行编码。
+
+### Signature
+为了创建jwt的第三部分，必须接收如下内容：
+- encoded header
+- encoded payload
+- secret
+- header中指定的算法
+
+可以根据上述内容生成签名。
+
+例如，如果使用`HMAC SHA256`算法进行签名，签名应当以如下方式进行创建：
+```
+HMACSHA256(
+  base64UrlEncode(header) + "." +
+  base64UrlEncode(payload),
+  secret)
+```
+
+> HMACSHA256是一种基于hash的消息认证码算法，需要提供secret和待散列的消息
+
+signature会被用于验证token内容是否被修改，并且，在使用private key进行签名时，可以验证jwt的签发方身份。
+
+### putting together
+最终的jwt会将上述三个部分通过`.`分隔符拼接在一起。
+
+## JSON Web Tokens工作方式
+在认证过程中，当用户通过凭据成功登录后，系统将会返回一个jwt。返回的token本身就是凭据，需谨慎对待避免出现安全问题。
+
+通常，不应该在jwt中存储敏感的会话数据。
+
+不论何时，当用户想要访问受保护的route和resource时，user agent都应该发送JWT。通常，JWT被包含在`Authorization` header中，并使用`Bearer` schema。header的内容如下所示：
+```
+Authorization: Bearer <token>
+```
+
+在http header中发送jwt时，必须避免jwt大小过大。部分server不接受超过8KB的headers。如果需要在jwt中集成较多信息，需要使用替代方案，例如`Auth0 Fine-Grained Authorization`。
+
+下图展示了JWT获取和通过JWT访问API、资源的流程
+
+<img alt="How does a JSON Web Token work" loading="lazy" width="480" height="480" decoding="async" data-nimg="1" class="markdown-image_image__vmfuh" sizes="100vw" src="https://www.jwt.io//_next/image?url=https%3A%2F%2Fcdn.auth0.com%2Fwebsite%2Fjwt%2Fintroduction%2Fclient-credentials-grant.png&w=3840&q=75" style="color:transparent;width:100%;height:auto">
+
+1. 应用或client会向authorization server请求授权
+2. 当授权被授予后，authorization server将会向应用返回access token
+3. 应用将会使用token去访问受保护资源
+
+需要注意，在使用signed tokens时，token中的所有内容都会暴露给用户和其他方，即使他们无法修改这些信息。即不应该在token中包含机密信息。
+
+## JWT的validation和verification
+jwt的validation和verification针对的是JWT的不同方面：
+- validation：jwt的格式是否正确
+- verification：确保jwt真实且未修改
+
+### Validation
+JWT validation会检查jwt的结构、格式、内容：
+- 结构：确保jwt是被`.`符号分隔的三个部分（header, payload, signature）
+- format：校验每个部分都是使用Base64URL进行编码的的，并且payload包含预期的claims
+- content：校验payload中的claims是否正确，例如过期时间（exp）、issued_at（iat）、not before（nbf）等，确保token没有过期，并且没有在生效前使用
+  
+### Verification
+verification保证的是jwt的真实性和完整性
+- Signature Verification：其为验证的主要环节，会通过jwt的header和payload部分来校验jwt的signature部分。该部分会通过header中指定的算法（例如RSA/ECDSA/HMAC）来完成。如果签名不符合预期，token可能被修改或来源非可信源。
+- Issuer Verification：校验`iss` claim指定的内容是否和预期相符
+- Audience Check：确保`aud` claim和预期相符
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