通过Golang深入理解JWT[JSON Web Token]
JWT是什么？
JWT是JSON Web Token的缩写，即JSON Web令牌。
JWT规范中对其所作的描述是：
JSON Web令牌（JWT）是一种紧凑的、URL安全的方式，用来表示要在双方之间传递的“声明”。JWT中的声明被编码为JSON对象，用作JSON Web签名（JWS）结构的有效内容或JSON Web加密（JWE）结构的明文，使得声明能够被：数字签名、或利用消息认证码（MAC）保护完整性、加密。
JWT的声明（Claims）就是一小段信息，用“键-值”对表示。
想要详细了解JSON Web签名（JWS）和JSON Web加密（JWE），可以自行去IETF的网站查阅规范，下文中我会简单的介绍它们。
JWT的构成
JWT由三部分组成：
Header：头部， 即JOSE Header
Claims：声明， 即JWS Paylaod
Signature：签名，即JWS Signature
JWT由这三部分组成，每一部分都是使用base64url编码的，并使用句点（.）连接起来。这里使用base64url编码而不是普通的base64，是因为base64编码会产生+和/，这两个字符在URL中是有特殊意义的，会导致JWT不是URL安全的。
JWT.io首页的一个例子介绍JWT的组成。再用Golang通过这些JSON对象生成JWT，最后用jwt-go包比对生成的JWT。
JWT标准并没有规定必须清除JSON结构中开头结尾的空白符和换行，但是为了消除歧义，一般在使用JSON对象时不用换行，并去掉多余的空白符，这会在我们的代码中有所体现。
为了方便查看，下面展示代码时使用的都是格式化后的JSON对象。
1. 头部（JOSE Header）
JSOE是JSON Object Signing and Encryption，即JSON对象签名与加密的缩写。
{
"typ": "JWT",
"alg": "HS256"
}
示例中给出了两个声明：
typ: （Type）类型。在JOSE Header中这是个可选参数，但这里我们需要指明类型是JWT。
alg: （Algorithm）算法，必须是JWS支持的算法，算法列表可以在 [JSON Web算法 JWA](https://tools.ietf.org/html/rfc7518) 这里指定算法为HS256
例子中只列举了两个声明，更多的声明和其具体定义可以到 JSON Web签名（JWS）中查看。
Golang代码：
...
header := []byte(`{
"typ": "JWT",
"alg": "HS256"
}`)
buffer := new(bytes.Buffer)
//去掉多余的换行和空白符
json.Compact(buffer, header)
//Base64URL编码
jwtHeader := base64.URLEncoding.EncodeToString(buffer.Bytes())
//eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
fmt.Println(jwtHeader)
...
上述代码片段会输出eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9，这就是编码后的JWT头部。
2. 声明（JWT Claims）
在一个声明集当中，一般会有如下注册的声明名字：
sub: （Subject）该JWT的主题
iss: （Issuer）签发者
aud: （Audience）接收该JWT的一方
iat: （Issued At）签发时间，用Unix时间戳表示
exp: （Expiration Time）过期时间，用Unix时间戳表示
nbf: （Not Before）不要早于这个时间
jti: （JWT ID）用于标识JWT的唯一ID
上面的声明都是可选的，但是一般都达成共识，
注册的声明是在IANA中注册的，
公开的声明要保证不引起命名冲突
{
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"admin": true
}
例子中给的是一个注册的声明（sub），和两个私有的声明（name和admin）。
注册的、公开的、私有的
私有的声明可以使用
Golang代码：
...
claims := []byte(`{
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"admin": true
}`)
buffer := new(bytes.Buffer)
json.Compact(buffer, claims)
jwtClaims := base64.URLEncoding.EncodeToString(buffer.Bytes())
fmt.Println(jwtClaims)
...
上述代码片段会输出eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9，这就是编码后的JWT声明。
3. 签名（Signature）
按照头部中指定的，我们要使用HS256算法对上面的编码后的字符串进行签名。
头部和声明用.号连接起来：
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9
我们要做的就是对这个字符串进行签名。
...
//eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9
s := strings.Join([]string{jwtHeader, jwtClaims}, ".")
//HS256算法，key是"secret"
mac := hmac.New(sha256.New, []byte("secret"))
mac.Write([]byte(s))
expectedMAC := mac.Sum(nil)
//TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ
signature := strings.TrimRight(base64.URLEncoding.EncodeToString(expectedMAC), "=")
fmt.Println(signature)
...
上述代码输出TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ，这就是这个JWT的签名。
将头部、声明、签名用.号连在一起就得到了我们要的JWT。
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ
验证
//定义
type MyCustomClaims struct {
Sub string `json:"sub"`
Name string `json:"name"`
Admin bool `json:"admin"`
}
//实现Claims接口
func (m MyCustomClaims) Valid() error {
return nil
}
mySigningKey := []byte("secret")
claims2 := MyCustomClaims{
"1234567890",
"John Doe",
true,
}
token := jwt.NewWithClaims(jwt.SigningMethodHS256, claims2)
ss, err := token.SignedString(mySigningKey)
fmt.Printf("%v %v\n", ss, err)
if ss == s {
fmt.Println("OK")
}
...
// Encode JWT specific base64url encoding with padding stripped
func EncodeSegment(seg []byte) string {
return strings.TrimRight(base64.URLEncoding.EncodeToString(seg), "=")
}
// Decode JWT specific base64url encoding with padding stripped
func DecodeSegment(seg string) ([]byte, error) {
if l := len(seg) % 4; l > 0 {
seg += strings.Repeat("=", 4-l)
}
return base64.URLEncoding.DecodeString(seg)
}
不安全的JWT
签名为空的JWT
创建JWT
按一下步骤创建：
对UTF-8的八进制序列进行Base64url编码
一些可以应用JWT的案例
注意：下面的例子设计并不完善，甚至存在漏洞。这里仅仅是展示JWT的用途。不要将例子直接用于生产环境。
验证用户
签发JWT
1.客户端发送带有用户名、密码的表单到服务器；
2.服务器验证用户名密码后，将user_id作为JWT Claims中的一个声明，生成JWT；
3.将签发的JWT作为cookies的内容发送给用户。
这里要注意，JWT作为cookies的一部分，本质上还是cookies，所以还是要遵循一般的安全原则，防止XSS等攻击手段。
验证请求
1.客户端发送带有JWT的请求到服务器；
2.服务器从JWT中提取信息；
3.验证JWT是否合法（签名是否正确、令牌是否过期、请求时间在nbf之前还是之后、签发人是否被接受、服务器是否是真正的接受者等）；
4.从声明中取出user_id
和session的区别
session需要在服务器中存储标记用户的信息，比如session_id，而JWT则需要。
JWT在服务器端需要一定量的计算，而session方式一般不需要。
在分布式系统中，使用Session的方式，需要在多台服务器之间session id，增加了服务器的内存和IO压力。而JWT方式则免去了同步的麻烦。因为用户的状态已经存储在客户端中了，虽然增加了一些计算开销，但是与IO开销比起来，还是要好很多的。
单点登录
Set-Cookie: jwt=header.claims.signature; HttpOnly; max-age=980000; domain=.yourdomain.com
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