JWT安全攻防实战指南

1. JWT基础原理

1.1 JWT与传统Session机制对比

传统Session ID机制：

• 服务器存储会话信息
• 使用会话cookie授权
• 服务器需要维护会话状态

JWT机制：

• 服务器不存储会话信息
• 使用JSON Web Token授权
• 令牌自包含用户信息
• 服务器只需验证签名

1.2 JWT结构解析

JWT由三部分组成，用点(.)分隔：

头部.负载.签名

头部(Header)：

• Base64编码
• 包含算法和令牌类型
• 示例：{"alg":"HS256","typ":"JWT"}

负载(Payload)：

• 包含用户信息(claims)
• 常见字段：
  • sub：用户标识(类似session ID)
  • iat：发布时间(issued at)
  • exp：过期时间(expiration time)
  • name：用户名
  • 自定义字段(如admin表示管理员权限)

签名(Signature)：

• 使用头部指定的算法生成
• 公式：HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)
• 确保令牌完整性

2. JWT安全测试方法论

2.1 测试思路

基于JWT原理的测试方法：

1. 并发测试：

   • 高并发注册账户，观察生成的JWT数量、有效期和一致性

2. 注销测试：

   • 注销后重新登录，检查是否下发相同JWT
   • 验证之前下发的JWT是否失效

3. 令牌篡改测试：

   • 发送伪造JWT
   • 发送空令牌
   • 发送多个令牌

4. 验证绕过测试：

   • 绕过验证机制
   • 弱比较验证测试

5. 响应分析：

   • 检查响应包中的客户端hook重定向
   • 分析是否使用OAUTH 2.0

2.2 关键测试点

1. 密钥安全性：

   • 密钥应仅存储在服务器端
   • 检查密钥是否泄露在客户端

2. 过期时间：

   • 检查exp字段
   • 测试过期令牌是否仍可使用

3. 签名验证：

   • 验证服务器是否正确验证签名
   • 测试篡改后令牌是否被拒绝

3. JWT常见漏洞与攻击手法

3.1 算法None攻击

原理：

• 将头部中的算法改为none
• 服务器可能不验证签名
• 允许攻击者篡改负载

攻击步骤：

1. 解码JWT头部
2. 修改算法为none
3. Base64编码回头部
4. 篡改负载(如将admin改为true)
5. 删除签名部分或保留空签名
6. 发送修改后的令牌

变体尝试：

• none
• None
• nOnE
• NONE

3.2 算法混淆攻击(CVE-2015-9235)

原理：

• 服务器配置使用RSA验证
• 攻击者将算法改为HS256
• 使用RSA公钥作为HS256的密钥签名

攻击步骤：

1. 获取服务器RSA公钥
2. 修改头部算法为HS256
3. 篡改负载
4. 使用公钥作为密钥生成新签名
5. 发送伪造的JWT

3.3 其他攻击手法

1. 密钥暴力破解：

   • 对弱密钥进行暴力破解
   • 使用工具如jwt-cracker

2. 令牌泄露：

   • 通过XSS、日志泄露等获取有效令牌
   • 重放攻击

3. 令牌过期绕过：

   • 删除exp字段
   • 修改过期时间为未来时间

4. 实战环境搭建

4.1 测试工具

1. Burp Suite扩展：

   • JSON Web Tokens：用于调试JWT
   • JSON Web Tokens Attacker：用于攻击测试

2. 在线工具：

   • https://jwt.io/：JWT调试
   • https://www.onelogin.com/：授权测试网站

4.2 靶机环境

WebGoat靶机：

• GitHub仓库：https://github.com/WebGoat/WebGoat
• 部署方式：

  java -jar webgoat-server-8.2.1.jar [--server.port=8080] [--server.address=localhost]
  java -jar webwolf-8.2.1.jar [--server.port=9090] [--server.address=localhost]
  

Docker部署：

sudo docker pull webgoat/goatandwolf
sudo docker run -p 8080:8080 -p 9090:9090 -e TZ=Europe/Amsterdam webgoat/goatandwolf

5. 实战案例：WebGoat JWT挑战

5.1 挑战目标

• 修改JWT获取管理员权限
• 重置投票计数

5.2 攻击步骤

1. 捕获正常请求：

   • 使用Burp Suite拦截投票请求
   • 分析JWT结构

2. 解码JWT：

   • 使用jwt.io或Burp扩展解码
   • 发现admin: false字段

3. None算法攻击：

   • 修改头部算法为none
   • 将admin改为true
   • 删除签名部分

4. 发送篡改后的请求：

   • 观察响应，确认权限提升
   • 多次发送以验证投票计数变化

5. 功能点测试：

   • 寻找重置功能点
   • 重复攻击过程

6. 防御建议

1. 严格算法验证：

   • 拒绝none算法
   • 只允许预期的算法类型

2. 密钥管理：

   • 使用强密钥
   • 定期轮换密钥
   • 确保密钥不泄露

3. 令牌验证：

   • 严格验证签名
   • 检查过期时间
   • 实现令牌吊销机制

4. 其他措施：

   • 限制令牌使用范围
   • 监控异常令牌使用
   • 使用HTTPS传输令牌

7. 总结

JWT作为现代Web应用常用的授权机制，虽然提供了便利性，但也引入了新的安全风险。安全测试人员应深入理解JWT工作原理，掌握常见攻击手法，并在SDL过程中系统性地测试JWT实现的安全性。通过本指南提供的原理分析、测试方法和实战案例，安全工程师可以有效地识别和防范JWT相关漏洞。