JWT身份验证安全教学文档

一、JWT基础介绍

1. JWT定义

JWT(JSON Web Token)是一种基于JSON的开放标准(RFC 7519)，用于在网络应用环境间安全传递声明。它被设计为紧凑且安全，特别适用于分布式站点的单点登录(SSO)场景。

2. JWT组成结构

JWT由三部分组成，以"."分隔：

头部(Header).载荷(Payload).签名(Signature)

2.1 头部(Header)

• 包含令牌类型和加密算法
• 示例：

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

• 常用算法：
  • HS256：对称算法
  • RS256/ES256：非对称算法

2.2 载荷(Payload)

• 包含有效数据(claims)
• 标准字段：
  • iss (issuer)：发行者
  • exp (expiration time)：过期时间
  • sub (subject)：主题
  • aud (audience)：用户
  • nbf (Not Before)：生效时间
  • iat (Issued At)：签发时间
  • jti (JWT ID)：唯一标识

2.3 签名(Signature)

• 用于验证消息完整性
• 生成方式：

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

二、JWT工作流程

1. 用户登录，后端验证后返回JWT token
2. 用户携带token访问受保护资源
3. 服务端验证token签名
4. 验证成功则允许访问

三、JWT安全漏洞与攻击方法

1. Secret硬编码漏洞

• 问题：开发者使用默认/硬编码的secret密钥
• 攻击：获取密钥后伪造任意token
• 防御：使用强随机secret并妥善保管

2. 签名未校验漏洞

• 问题：后端未验证Signature字段
• 攻击：直接修改payload或删除签名
• 防御：严格校验签名有效性

3. alg=none签名绕过(CVE-2015-2951)

• 问题：未校验header中的alg字段
• 攻击：将alg设为"none"并删除签名
• 防御：明确指定允许的算法并验证

4. Secret爆破攻击

• 问题：使用弱secret密钥
• 攻击：使用工具爆破secret
• 工具：jwt_tool(https://github.com/ticarpi/jwt_tool)
• 防御：使用强随机secret

5. 算法混淆攻击(CVE-2016-10555)

• 问题：RS256算法系统接受HS256算法token
• 攻击：
  1. 将alg从RS256改为HS256
  2. 使用公钥作为HS256的secret伪造token
• 防御：严格校验算法类型

6. 伪造密钥攻击(CVE-2018-0114)

• 问题：使用JWS存储公钥
• 攻击：
  1. 生成自己的公私钥对
  2. 用私钥生成token
  3. 将自生成的公钥放入JWS
• 防御：使用可信的密钥管理机制

四、防御措施总结

1. 使用强随机secret并妥善保管
2. 严格校验签名有效性
3. 明确指定允许的算法并验证
4. 使用非对称算法时确保私钥安全
5. 实现token过期和刷新机制
6. 避免在payload中存储敏感信息
7. 使用HTTPS传输token
8. 定期轮换密钥

五、工具与资源

1. JWT调试工具：https://jwt.io/
2. JWT攻击工具：https://github.com/ticarpi/jwt_tool
3. JWT规范：RFC 7519

六、示例代码

1. 生成JWT token(Python)

import jwt

payload = {
    "identity": 1,
    "scope": "lin",
    "type": "access",
    "exp": 1659797574
}

# 安全方式
token = jwt.encode(payload, "your-strong-secret", algorithm="HS256")

# 不安全方式(alg=none攻击)
insecure_token = jwt.encode(payload, None, algorithm="none")

2. 验证JWT token(Java)

// 使用auth0库验证
try {
    Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256("your-strong-secret");
    JWTVerifier verifier = JWT.require(algorithm)
        .build();
    DecodedJWT jwt = verifier.verify(token);
} catch (JWTVerificationException exception){
    // 无效签名
}

通过理解这些安全问题和防御措施，开发者可以更安全地实现JWT身份验证机制。