摘要：

• 在Web應用中，使用JWT替代session並不是個好主意
• 適合JWT的使用場景

抱歉，當了回標題黨。我並不否認JWT的價值，只是它經常被誤用。

什麼是JWT

根據維基百科的定義，JSON WEB Token（JWT，讀作 [/dʒɒt/]），是一種基於JSON的、用於在網路上宣告某種主張的令牌（token）。JWT通常由三部分組成: 頭資訊（header）, 訊息體（payload）和簽名（signature）。

頭資訊指定了該JWT使用的簽名演算法:

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

HS256 表示使用了 HMAC-SHA256 來生成簽名。

訊息體包含了JWT的意圖：

payload = '{"loggedInAs":"admin","iat":1422779638}'//iat表示令牌生成的時間

未簽名的令牌由base64url編碼的頭資訊和訊息體拼接而成（使用"."分隔），簽名則通過私有的key計算而成：

key = 'secretkey'  
unsignedToken = encodeBase64(header) + '.' + encodeBase64(payload)  
signature = HMAC-SHA256(key, unsignedToken) 
 

最後在未簽名的令牌尾部拼接上base64url編碼的簽名（同樣使用"."分隔）就是JWT了：

token = encodeBase64(header) + '.' + encodeBase64(payload) + '.' + encodeBase64(signature) 

# token看起來像這樣: eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJsb2dnZWRJbkFzIjoiYWRtaW4iLCJpYXQiOjE0MjI3Nzk2Mzh9.gzSraSYS8EXBxLN_oWnFSRgCzcmJmMjLiuyu5CSpyHI

JWT常常被用作保護服務端的資源（resource），客戶端通常將JWT通過HTTP的Authorization

Authorization: Bearer eyJhbGci*...<snip>...*yu5CSpyHI

那怎麼就誤用了呢

近年來RESTful API開始風靡，使用HTTP header來傳遞認證令牌似乎變得理所應當，而單頁應用（SPA）、前後端分離架構似乎正在促成越來越多的WEB應用放棄歷史悠久的cookie-session認證機制，轉而使用JWT來管理使用者session。支援該方案的人認為：

1.該方案更易於水平擴充套件

在cookie-session方案中，cookie內僅包含一個session識別符號，而諸如使用者資訊、授權列表等都儲存在服務端的session中。如果把session中的認證資訊都儲存在JWT中，在服務端就沒有session存在的必要了。當服務端水平擴充套件的時候，就不用處理session複製（session replication）/ session黏連（sticky session）或是引入外部session儲存了。

從這個角度來說，這個優點確實存在，但實際上外部session儲存方案已經非常成熟了（比如Redis），在一些Framework的幫助下（比如spring-session和hazelcast），session複製也並沒有想象中的麻煩。所以除非你的應用訪問量非常非常非常（此處省略N個非常）大，使用cookie-session配合外部session儲存完全夠用了。

2.該方案可防護CSRF攻擊

跨站請求偽造Cross-site request forgery（簡稱CSRF, 讀作 [sea-surf]）是一種典型的利用cookie-session漏洞的攻擊，這裡借用spring-security的一個例子來解釋CSRF：

假設你經常使用bank.example.com進行網上轉賬，在你提交轉賬請求時bank.example.com的前端程式碼會提交一個HTTP請求:

POST /transfer HTTP/1.1
Host: bank.example.com
cookie: JsessionID=randomid; Domain=bank.example.com; Secure; HttpOnly
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

amount=100.00&routingNumber=1234&account=9876

你圖方便沒有登出bank.example.com，隨後又訪問了一個惡意網站，該網站的HTML頁面包含了這樣一個表單：

<form action="https://bank.example.com/transfer" method="post">
    <input type="hidden" name="amount" value="100.00"/>
    <input type="hidden" name="routingNumber" value="evilsRoutingNumber"/>
    <input type="hidden" name="account" value="evilsAccountNumber"/>
    <input type="submit" value="點選就送!"/>
</form>

你被“點選就送”吸引了，當你點了提交按鈕時你已經向攻擊者的賬號轉了100元。現實中的攻擊可能更隱蔽，惡意網站的頁面可能使用Javascript自動完成提交。儘管惡意網站沒有辦法盜取你的session cookie（從而假冒你的身份），但惡意網站向bank.example.com發起請求時，你的cookie會被自動傳送過去。

因此，有些人認為前端程式碼將JWT通過HTTP header傳送給服務端（而不是通過cookie自動傳送）可以有效防護CSRF。在這種方案中，服務端程式碼在完成認證後，會在HTTP response的header中返回JWT，前端程式碼將該JWT存放到Local Storage裡待用，或是服務端直接在cookie中儲存HttpOnly=false的JWT。

在向服務端發起請求時，用Javascript取出JWT（否則前端Javascript程式碼無權從cookie中獲取資料），再通過header傳送回服務端通過認證。由於惡意網站的程式碼無法獲取bank.example.com的cookie/Local Storage中的JWT，這種方式確實能防護CSRF，但將JWT儲存在cookie/Local Storage中可能會給另一種攻擊可乘之機，我們一會詳細討論它：跨站指令碼攻擊——XSS。

3.該方案更安全

由於JWT要求有一個祕鑰，還有一個演算法，生成的令牌看上去不可讀，不少人誤認為該令牌是被加密的。但實際上祕鑰和演算法是用來生成簽名的，令牌本身不可讀僅是因為base64url編碼，可以直接解碼，所以如果JWT中如果儲存了敏感的資訊，相對cookie-session將資料放在服務端來說，更不安全。

除了以上這些誤解外，使用JWT管理session還有如下缺點：

1. 更多的空間佔用。如果將原存在服務端session中的各類資訊都放在JWT中儲存在客戶端，可能造成JWT佔用的空間變大，需要考慮cookie的空間限制等因素，如果放在Local Storage，則可能受到XSS攻擊。

2. 更不安全。這裡是特指將JWT儲存在Local Storage中，然後使用Javascript取出後作為HTTP header傳送給服務端的方案。在Local Storage中儲存敏感資訊並不安全，容易受到跨站指令碼攻擊，跨站指令碼（Cross site script，簡稱xss）是一種“HTML注入”，由於攻擊的指令碼多數時候是跨域的，所以稱之為“跨域指令碼”，這些指令碼程式碼可以盜取cookie或是Local Storage中的資料。可以從這篇文章檢視XSS攻擊的原理解釋。

3. 無法作廢已頒佈的令牌。所有的認證資訊都在JWT中，由於在服務端沒有狀態，即使你知道了某個JWT被盜取了，你也沒有辦法將其作廢。在JWT過期之前（你絕對應該設定過期時間），你無能為力。

4. 不易應對資料過期。與上一條類似，JWT有點類似快取，由於無法作廢已頒佈的令牌，在其過期前，你只能忍受“過期”的資料。

看到這裡後，你可能發現，將JWT儲存在Local Storage中，並使用JWT來管理session並不是一個好主意，那有沒有可能“正確”地使用JWT來管理session呢？比如：

• 不再使用Local Storage儲存JWT，使用cookie，並且設定HttpOnly=true，這意味著只能由服務端儲存以及通過自動回傳的cookie取得JWT，以便防禦XSS攻擊
• 在JWT的內容中加入一個隨機值作為CSRF令牌，由服務端將該CSRF令牌也儲存在cookie中，但設定HttpOnly=false，這樣前端Javascript程式碼就可以取得該CSRF令牌，並在請求API時作為HTTP header傳回。服務端在認證時，從JWT中取出CSRF令牌與header中獲得CSRF令牌比較，從而實現對CSRF攻擊的防護
• 考慮到cookie的空間限制（大約4k左右），在JWT中儘可能只放“夠用”的認證資訊，其他資訊放在資料庫，需要時再獲取，同時也解決之前提到的資料過期問題

這個方案看上去是挺不錯的，恭喜你，你重新發明了cookie-session，可能實現還不一定有現有的好。

那究竟JWT可以用來做什麼

我的同事做過一個形象的解釋：

JWT（其實還有SAML）最適合的應用場景就是“開票”，或者“簽字”。

在有紙化辦公時代，多部門、多組織之間的協同工作往往會需要拿著A部門領導的“簽字”或者“蓋章”去B部門“使用”或者“訪問”對應的資源，其實這種“領導簽字／蓋章”就是JWT，都是一種由具有一定權力的實體“簽發”並“授權”的“票據”。一般的，這種票據具有可驗證性（領導簽名／蓋章可以被驗證，且難於模仿），不可篡改性（塗改過的檔案不被接受，除非在塗改處再次簽字確認）；並且這種票據一般都是“一次性”使用的，在訪問到對應的資源後，該票據一般會被資源持有方收回留底，用於後續的審計、追溯等用途。

舉兩個例子：

1. 員工李雷需要請假一天，於是填寫請假申請單，李雷在獲得其主管部門領導簽字後，將請假單交給HR部門韓梅梅，韓梅梅確認領導簽字無誤後，將請假單收回，並在公司考勤表中做相應記錄。
2. 員工李雷和韓梅梅因工外出需要使用公司汽車一天，於是填寫用車申請單，簽字後李雷將申請單交給車隊司機老王，乘坐老王駕駛的車輛外出辦事，同時老王將用車申請單收回並存檔。

在以上的兩個例子中，“請假申請單”和“用車申請單”就是JWT中的payload，領導簽字就是base64後的數字簽名，領導是issuer，“HR部門的韓梅梅”和“司機老王”即為JWT的audience，audience需要驗證領導簽名是否合法，驗證合法後根據payload中請求的資源給予相應的許可權，同時將JWT收回。

放到系統整合的場景中，JWT更適合一次性操作的認證:

服務B你好, 服務A告訴我，我可以操作<JWT內容>, 這是我的憑證（即JWT）

在這裡，服務A負責認證使用者身份（相當於上例中領導批准請假），並頒佈一個很短過期時間的JWT給瀏覽器（相當於上例中的請假單），瀏覽器（相當於上例中的請假員工）在向服務B的請求中帶上該JWT，則服務B（相當於上例中的HR員工）可以通過驗證該JWT來判斷使用者是否有權執行該操作。這樣，服務B就成為一個安全的無狀態的服務了。

總結

1. 在Web應用中，別再把JWT當做session使用，絕大多數情況下，傳統的cookie-session機制工作得更好
2. JWT適合一次性的命令認證，頒發一個有效期極短的JWT，即使暴露了危險也很小，由於每次操作都會生成新的JWT，因此也沒必要儲存JWT，真正實現無狀態。

文／ThoughtWorks 周宇剛

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