JWT攻防教学文档

一、JWT简介

JSON Web Token (JWT) 是一种用于安全地在不同实体之间传递信息的开放标准(RFC 7519)，主要用于身份验证和授权领域。

主要特点：

• 自包含：不需要在服务器端存储会话信息
• 适用于分布式系统和微服务架构
• 在网络应用程序和服务之间传递声明(claims)信息

二、JWT结构

JWT由三部分组成，使用点号(.)分隔：

Header.Payload.Signature

1. Header (头部)

• 包含令牌元信息，如加密算法
• Base64编码但未加密
• 主要字段：
  • alg (Algorithm)：指定签名算法，如HS256(HMAC SHA-256)
  • typ (Type)：令牌类型，通常为"JWT"

示例：

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

2. Payload (载荷)

包含三类声明(claims)：

1. 注册声明(Registered claims)：预定义标准声明
   • iss (issuer)：发行者
   • sub (subject)：主题(通常为用户ID)
   • exp (expiration time)：过期时间
   • iat (issued at)：签发时间
2. 私有声明(Private claims)：用户自定义
3. 公共声明(Public claims)：应公开定义的声明

示例：

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "toboshuse",
  "iat": 1697790142
}

3. Signature (签名)

用于验证令牌完整性和真实性，生成方式：

HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)

三、JWT工作原理

生成令牌流程：

1. 创建头部(Header)，选择加密算法
2. 创建载荷(Payload)，包含声明信息
3. 生成签名(Signature)，使用密钥和算法
4. 组合三部分形成完整JWT

验证令牌流程：

1. 接收方拆分JWT为三部分
2. 使用相同算法和密钥重新计算签名
3. 比较新签名与原始签名
4. 验证声明(如检查过期时间)

四、Java中的JWT实现

Maven依赖：

<dependency>
  <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
  <artifactId>jjwt</artifactId>
  <version>0.9.1</version>
</dependency>

示例代码：

import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import io.jsonwebtoken.Claims;

public class JwtExample {
    private static final String SECRET_KEY = "mySecretKey";
    
    // 创建JWT
    private static String createJWT(String subject, String name) {
        return Jwts.builder()
            .setSubject(subject)
            .claim("name", name)
            .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, SECRET_KEY)
            .compact();
    }
    
    // 验证JWT
    private static Claims parseJWT(String jwt) {
        try {
            return Jwts.parser()
                .setSigningKey(SECRET_KEY)
                .parseClaimsJws(jwt)
                .getBody();
        } catch (Exception e) {
            return null;
        }
    }
}

五、JWT攻击手法

攻击1：伪造令牌

原理：利用JWT可被解密的特性，修改Payload部分提升权限

步骤：

1. 获取正常JWT令牌
2. 解码Payload部分
3. 修改关键字段(如将sub改为"administrator")
4. 重新编码Payload
5. 替换原Payload部分

防御：

• 使用强密钥
• 验证签名有效性
• 不信任客户端提供的令牌

攻击2：签名算法设为None

原理：当alg设为"None"时，服务器可能不验证签名

步骤：

1. 修改Header部分，将alg改为"None"
2. 移除Signature部分
3. 修改Payload提升权限
4. 发送伪造的JWT

防御：

• 生产环境禁用"None"算法
• 严格验证签名算法
• 拒绝没有签名的JWT

六、实战演练

靶场1：未验证签名的JWT

1. 登录获取普通用户JWT
2. 解码Payload，修改sub为"administrator"
3. 重新编码并替换原Payload
4. 使用伪造JWT访问/admin路径

靶场2：有缺陷的签名验证

1. 登录获取JWT
2. 修改Header将alg设为"None"
3. 移除Signature部分
4. 修改Payload提升权限
5. 使用伪造JWT访问特权接口

七、安全建议

1. 密钥管理：

   • 使用强密钥(足够长度和复杂度)
   • 定期轮换密钥
   • 不要硬编码密钥

2. 算法选择：

   • 避免使用"None"算法
   • 优先使用RS256而非HS256(非对称优于对称)
   • 明确指定允许的算法列表

3. 声明验证：

   • 验证所有关键声明(iss, sub, exp等)
   • 检查令牌有效期
   • 验证发行者(iss)是否可信

4. 传输安全：

   • 使用HTTPS传输JWT
   • 避免在URL中传递JWT
   • 考虑使用HttpOnly和Secure标志的Cookie

5. 其他：

   • 实现令牌撤销机制
   • 限制令牌有效期
   • 监控异常令牌使用