你只知道JWT,那JWE、JWS、JWK、JWA呢?
移动端兴起和OAuth2的流行导致JWT这几年火得一塌糊涂。今天要介绍另一个规范集JOSE,全称Javascript Object Signing and Encryption,它和JWT有莫大的关系。
JOSE简介
JOSE是一个Javascript对象签名和加密协议,目的是提供一种在各个通讯方之间安全传输声明( claims,例如授权信息 )的方法,它特意构建在JSON和BASE64之上,以便在 Web应用程序中轻松使用。目前该规范还在不断地发展,我们常用的包含以下几个由RFC文档定义的概念:

JWT就可以用JWS或JWE表示,稍后我会详细介绍这一方面的知识。
JWS
JSON Web签名,基于JSON数据结构、使用数字签名技术或者消息认证码技术保护的内容(MAC)都可以称为JWS。该规范使用的密码算法和标识符在另一个规范JWA中定义。规则是比较多的参见RFC7515,这里我们通过序列化来感受一下即可。
JWS 序列化
JWS的序列化分为JWS Compact Serialization和JWS JSON Serialization两种。
JWS Compact Serialization
该序列化表示为一种URL安全的、紧凑的字符串。格式为:
BASE64URL(UTF8(JWS Protected Header)) || '.' || BASE64URL(JWS Payload) || '.' || BASE64URL(JWS Signature)
例如:
eyJhbGciOiJFUzI1NiJ9.eyJpc3MiOiJqb2UiLA0KICJleHAiOjEzMDA4MTkzODAsDQogImh0dHA6Ly9leGFtcGxlLmNvbS9pc19yb290Ijp0cnVlfQ.DtEhU3ljbEg8L38VWAfUAqOyKAM6-Xx-F4GawxaepmXFCgfTjDxw5djxLa8ISlSApmWQxfKTUJqPP3-Kg6NU1Q
JWT通常就是这种格式。
JWS JSON Serialization
该序列化表示为一个JSON对象,有两种格式。一般格式为:
{ "payload":"<payload contents>", "signatures":[ {"protected":"<integrity-protected header 1 contents>", "header":"<non-integrity-protected header 1 contents>“, "signature":"<signature 1 contents>"}, {"protected":"<integrity-protected header N contents>", "header":"<non-integrity-protected header N contents>", "signature":"<signature N contents>"}] }
平铺格式为:
{ "payload":"<payload contents>", "protected":"<integrity-protected header contents>", "header":"<non-integrity-protected header contents>", "signature":"<signature contents>" }
举个一般格式的例子:
{ "payload": "eyJpc3MiOiJqb2UiLA0KICJleHAiOjEzMDA4MTkzODAsDQogImh0dHA6Ly9leGF tcGxlLmNvbS9pc19yb290Ijp0cnVlfQ", "signatures":[ {"protected":"eyJhbGciOiJSUzI1NiJ9", "header": {"kid":"2010-12-29"}, "signature": "cC4hiUPoj9Eetdgtv3hF80EGrhuB__dzERat0XF9g2VtQgr9PJbu3XOiZj5RZ mh7AAuHIm4Bh-0Qc_lF5YKt_O8W2Fp5jujGbds9uJdbF9CUAr7t1dnZcAcQjb KBYNX4BAynRFdiuB--f_nZLgrnbyTyWzO75vRK5h6xBArLIARNPvkSjtQBMHl b1L07Qe7K0GarZRmB_eSN9383LcOLn6_dO--xi12jzDwusC-eOkHWEsqtFZES c6BfI7noOPqvhJ1phCnvWh6IeYI2w9QOYEUipUTI8np6LbgGY9Fs98rqVt5AX LIhWkWywlVmtVrBp0igcN_IoypGlUPQGe77Rw"}, {"protected":"eyJhbGciOiJFUzI1NiJ9", "header": {"kid":"e9bc097a-ce51-4036-9562-d2ade882db0d"}, "signature": "DtEhU3ljbEg8L38VWAfUAqOyKAM6-Xx-F4GawxaepmXFCgfTjDxw5djxLa8IS lSApmWQxfKTUJqPP3-Kg6NU1Q"}] }
JWE
JWS 仅仅是对声明(claims)作了签名,保证了其不被篡改,但是其 payload(中段负载) 信息是暴露的。也就是 JWS 仅仅能保证数据的完整性而不能保证数据不被泄露。它不适合传递敏感数据。JWE 的出现就是为了解决这个问题的。具体的可以看下图:

从上面可以看出 JWE 的生成非常繁琐,作为 Token 可能比较消耗资源和耗时。用作安全的数据传输途径应该不错。举个例子:
eyJhbGciOiJSU0EtT0FFUCIsImVuYyI6IkEyNTZHQ00ifQ. OKOawDo13gRp2ojaHV7LFpZcgV7T6DVZKTyKOMTYUmKoTCVJRgckCL9kiMT03JGe ipsEdY3mx_etLbbWSrFr05kLzcSr4qKAq7YN7e9jwQRb23nfa6c9d-StnImGyFDb Sv04uVuxIp5Zms1gNxKKK2Da14B8S4rzVRltdYwam_lDp5XnZAYpQdb76FdIKLaV mqgfwX7XWRxv2322i-vDxRfqNzo_tETKzpVLzfiwQyeyPGLBIO56YJ7eObdv0je8 1860ppamavo35UgoRdbYaBcoh9QcfylQr66oc6vFWXRcZ_ZT2LawVCWTIy3brGPi 6UklfCpIMfIjf7iGdXKHzg. 48V1_ALb6US04U3b. 5eym8TW_c8SuK0ltJ3rpYIzOeDQz7TALvtu6UG9oMo4vpzs9tX_EFShS8iB7j6ji SdiwkIr3ajwQzaBtQD_A. XFBoMYUZodetZdvTiFvSkQ
一共有五个部分,被四个英文句号隔开。
其实JWE也有对应的JSON格式,同样具有JWS的两种序列化方式,参见RFC7516。
JWT和JWS、JWE的关系
以下是RFC7519对JWT的说明:
从上面可以得出一些结论:
- JWT有特定的
claims
,这些claims
以JSON的形式组成Payload
。 - JWT的结构可以是JWS或者JWE。
- JWT的序列化方式只能使用Compact Serialization,不能是JSON Serialization。
简而言之,JWT是包含了特定claims
的JWS或者JWE字符串。我们常见的大部分都属于JWS。
另外,我们通常读作J
、W
、T
,实际建议读作jot
(角特)。
JWK
JWK是本文最重要的知识点,这对我们后面学习资源服务器(Resource Server)非常重要。
场景描述
我相信签名公私钥这个大家都不陌生。JWT本身也要做使用私钥进行签名防止信息被篡改,公钥用来发给下游消费方来验证JWT的可靠性。通常情况下,公钥的配置方式为静态文件集成,这有一个弊端,当上游公私钥进行了改动,下游就无法动态进行公钥适配。这就是JWK要解决的问题,它对密码算法和标识符进行了规范设计,它紧凑的JSON数据结构非常方便在上下游之间传输。
JWK 格式
JWK是表示加密密钥的JSON对象。该对象包含的key
名称必须是唯一的,在此基础上JWK可以包含一些自定义字段。下面是一个P-256 EC(椭圆曲线离散密码)密钥的JWK表示:
{ "kty":"EC", "crv":"P-256", "x":"f83OJ3D2xF1Bg8vub9tLe1gHMzV76e8Tus9uPHvRVEU", "y":"x_FEzRu9m36HLN_tue659LNpXW6pCyStikYjKIWI5a0", "kid":"Public key used in JWS spec Appendix A.3 example" }
按照RFC7517的定义,JWK JSON对象可能包含以下属性:

根据不同的算法JWK还可能包含其它的属性。
JWK Set
JWK Set 表示一组具有不同kid
的JWK,这非常容易理解。它也是一个JSON对象,唯一的key
就是keys
。举个例子:
{"keys": [ {"kty":"EC", "crv":"P-256", "x":"MKBCTNIcKUSDii11ySs3526iDZ8AiTo7Tu6KPAqv7D4", "y":"4Etl6SRW2YiLUrN5vfvVHuhp7x8PxltmWWlbbM4IFyM", "use":"enc", "kid":"1"}, {"kty":"RSA", "n": "0vx7agoebGcQSuuPiLJXZptN9nndrQmbXEps2aiAFbWhM78LhWx 4cbbfAAtVT86zwu1RK7aPFFxuhDR1L6tSoc_BJECPebWKRXjBZCiFV4n3oknjhMs tn64tZ_2W-5JsGY4Hc5n9yBXArwl93lqt7_RN5w6Cf0h4QyQ5v-65YGjQR0_FDW2 QvzqY368QQMicAtaSqzs8KJZgnYb9c7d0zgdAZHzu6qMQvRL5hajrn1n91CbOpbI SD08qNLyrdkt-bFTWhAI4vMQFh6WeZu0fM4lFd2NcRwr3XPksINHaQ-G_xBniIqb w0Ls1jF44-csFCur-kEgU8awapJzKnqDKgw", "e":"AQAB", "alg":"RS256", "kid":"2011-04-29"} ] }
OAuth2配置中的JWK Set URL就是输出JWK Set的端点。
JWA
JWA规范规定了哪些算法可以作为JWS和JWE的密码算法。还规定了这些算法对应的JWK中的alg
属性,以及特定算法在JWK包含的属性例如前面EC算法中的crv
、x
、y
,这些属性并不是一成不变的,它们会根据算法的迭代进行调整。如果你对JWA的细节感兴趣,请参阅RFC7518。
你可以通过JWK生成器自行使用一些算法生成JWK观察不同算法之间的区别。
小结
今天对JOSE规范进行简单的介绍了解,对你学习OAuth2和OIDC相关的知识非常有帮助。不要求深入但是一定要了解相关的知识。
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