JWT、JWE、JWS 、JWK 都是什么鬼？还傻傻分不清？

作者：NinthDevilHunster
来源：www.freebuf.com/articles/web/180874.html

JWT 相信很多小伙伴都知道，JSON Web Token，如果在项目中通过 jjwt 来支持 JWT 的话，可能只需要了解 JWT 一个概念即可，但是现在很多时候我们可能不是使用 jjwt，而是选择 nimbus-jose-jwt 库，此时就有可能接触到一些新的概念，如 JWE、JWS。那么 JWE、JWS 以及 JWT 之间是什么关系呢？

最近看到一篇不错的文章讲这个，我们一起来看下，以下是正文。

JWT

Private Claims 这些是为在同意使用它们的各方之间共享信息而创建的自定义声明，既不是注册声明也不是公开声明。上面的payload中，没有public claims只有private claims。最新面试题整理好了，点击小程序在线刷题。

JWS

结构很容易理解。首先是payload字段，这个不用多讲，之后是signatures字段，这是一个数组，代表着多个签名。

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每个签名的结构如下：

• protected：之前的头部声明，利用b64uri加密；

• header：JWS的额外声明，这段内容不会放在签名之中，无需验证；

• signature：也就是对当前header+payload的签名。

JWE是一个很新的概念，总之，除了jwt的官方手册外，很少有网站或者博客会介绍这个东西。也并非所有的库都支持JWE。这里记录一下自己看官方手册后理解下来的东西。

JWS是去验证数据的，而JWE（JSON Web Encryption）是保护数据不被第三方的人看到的。通过JWE，JWT变得更加安全。

JWE和JWS的公钥私钥方案不相同，JWS中，私钥持有者加密令牌，公钥持有者验证令牌。而JWE中，私钥一方应该是唯一可以解密令牌的一方。

在JWE中，公钥持有可以将新的数据放入JWT中，但是JWS中，公钥持有者只能验证数据，不能引入新的数据。因此，对于公钥/私钥的方案而言，JWS和JWE是互补的。

一个JWE，应该是如下形式的：

eyJhbGciOiJSU0ExXzUiLCJlbmMiOiJBMTI4Q0JDLUhTMjU2In0.
UGhIOguC7IuEvf_NPVaXsGMoLOmwvc1GyqlIKOK1nN94nHPoltGRhWhw7Zx0-kFm1NJn8LE9XShH59_
i8J0PH5ZZyNfGy2xGdULU7sHNF6Gp2vPLgNZ__deLKxGHZ7PcHALUzoOegEI-8E66jX2E4zyJKxYxzZIItRzC5hlRirb6Y5Cl_p-ko3YvkkysZIFNPccxRU7qve1WYPxqbb2Yw8kZqa2rMWI5ng8Otv
zlV7elprCbuPhcCdZ6XDP0_F8rkXds2vE4X-ncOIM8hAYHHi29NX0mcKiRaD0-D-ljQTPcFPgwCp6X-nZZd9OHBv-B3oWh2TbqmScqXMR4gp_A.
AxY8DCtDaGlsbGljb3RoZQ.
KDlTtXchhZTGufMYmOYGS4HffxPSUrfmqCHXaI9wOGY.
9hH0vgRfYgPnAHOd8stkvw


如你所见JWE一共有五个部分，分别是：

• The protected header，类似于JWS的头部；

• The encrypted key，用于加密密文和其他加密数据的对称密钥；

• The initialization vector，初始IV值，有些加密方式需要额外的或者随机的数据；

• The encrypted data (cipher text)，密文数据；

• The authentication tag，由算法产生的附加数据，来防止密文被篡改。

一般来说，JWE需要对密钥进行加密，这就意味着同一个JWT中至少有两种加密算法在起作用。但是并非将密钥拿来就能用，我们需要对密钥进行加密后，利用JWK密钥管理模式来导出这些密钥。JWK的管理模式有以下五种，分别是：

• Key Encryption

• Key Wrapping

• Direct Key Agreement

• Key Agreement with Key Wrapping

• Direct Encryption

并不是所有的JWA都能够支持这五种密钥管理管理模式，也并非每种密钥管理模式之间都可以相互转换。可以参考Spomky-Labs/jose中给出的表格：

https://github.com/Spomky-Labs/jose/blob/master/doc/operation/Encrypt.md

至于各个密钥管理模式的细节，还请看JWT的官方手册，解释起来较为复杂。另外，Java系列面试题和答案全部整理好了，微信搜索Java技术栈，在后台发送：面试，可以在线阅读。

JWE Header

就好像是JWS的头部一样。JWE的头部也有着自己规定的额外声明字段，如下所示：

• type：一般是 jwt

• alg：算法名称，和JWS相同，该算法用于加密稍后用于加密内容的实际密钥

• enc：算法名称，用上一步生成的密钥加密内容的算法。

• zip：加密前压缩数据的算法。该参数可选，如果不存在则不执行压缩，通常的值为 DEF，也就是deflate算法

• jku/jkw/kid/x5u/x5c/x5t/x5t#S256/typ/cty/crit：和JWS额额外声明一样。

步骤2和步骤3，更具不同的密钥管理模式，应该有不同的处理方式。在此只罗列一些通常情况。

推荐一个 Spring Boot 基础教程及实战示例：https://github.com/javastacks/spring-boot-best-practice

之前谈及，JWE一共有五个部分。现在来详细说一下加密的过程：

1. 根据头部alg的声明，生成一定大小的随机数；

2. 根据密钥管理模式确定加密密钥；

3. 根据密钥管理模式确定JWE加密密钥，得到CEK；

4. 计算初始IV，如果不需要，跳过此步骤；

5. 如果ZIP头申明了，则压缩明文；

6. 使用CEK，IV和附加认证数据，通过enc头声明的算法来加密内容，结果为加密数据和认证标记；

7. 压缩内容，返回token。

和JWS类似，JWE也定义了紧凑的序列化格式，用来完成多种形式的加密。大致格式如下所示：


"protected": "eyJlbmMiOiJBMTI4Q0JDLUhTMjU2In0",
"unprotected": { "jku":"https://server.example.com/keys.jwks" },
"recipients":[
"header": { "alg":"RSA1_5","kid":"2011-04-29" },
"encrypted_key":
"UGhIOguC7Iu...cqXMR4gp_A"
},
"header": { "alg":"A128KW","kid":"7" },
"encrypted_key": "6KB707dM9YTIgH...9locizkDTHzBC2IlrT1oOQ"
],
"iv": "AxY8DCtDaGlsbGljb3RoZQ",
"ciphertext": "KDlTtXchhZTGufMYmOYGS4HffxPSUrfmqCHXaI9wOGY",
"tag": "Mz-VPPyU4RlcuYv1IwIvzw"


结构很容易理解，如下所示：

• protected：之前的头部声明，利用b64uri加密；

• unprotected：一般放JWS的额外声明，这段内容不会被b64加密；

• iv：64加密后的iv参数；

• add：额外认证数据；

• ciphertext：b64加密后的加密数据；

• recipients：b64加密后的认证标志-加密链，这是一个数组，每个数组中包含了两个信息；

• header：主要是声明当前密钥的算法；

• encrypted_key：JWE加密密钥。

这里通过juice shop来说下jwt是如何工作的。在身份验证中，当用户使用其凭据成功登录时，将返回JSON Web令牌。如下所示：往此时，返回了jwt的令牌。

每当用户想要访问受保护的路由或资源时，用户将使用承载【bearer】模式发送JWT，通常在Authorization标头中。标题的内容应如下所示：

Authorization: Bearer


随后，服务器会取出token中的内容，来返回对应的内容。须知，这个token不一定会储存在cookie中，如果存在cookie中的话，需要设置为http-only，防止XSS。另外，还可以放在别的地方，比如localStorage、sessionStorage。如果使用vue的话，还可以存在vuex里面。

另外，如果在如Authorization: Bearer中发送令牌，则跨域资源共享（CORS）将不会成为问题，因为它不使用cookie。

此时，去访问认证页面，请求头如下所示，如预期所见，是利用Authorization:Bearer的请求头去访问的。

之前看JWT的时候看到论坛里的一个话题，觉得很有意思，用自己的理解来说一下：

https://stackoverflow.com/questions/38588319/understanding-rsa-signing-for-jwt。

首先，我们必须明确一点，无论用的是 HMAC，RSASSA，ECDSA；密钥，公钥，私钥都不会发送给客户端，仅仅会保留在服务端上。

对称的算法HMAC适用于单点登录，一对一的场景中。速度很快。

但是面对一对多的情况，比如一个APP中的不同服务模块，需要JWT登录的时候，主服务端【APP】拥有一个私钥来完成签名即可，而用户带着JWT在访问不同服务模块【副服务端】的时候，副服务端只要用公钥来验证签名就可以了。从一定程度上也减少了主服务端的压力。

当然，还有一种情况就是不同成员进行开发的时候，大家可以用统一的私钥来完成签名，然后用各自的公钥去完成对JWT的认证，也是一种非常好的开发手段。

因此，构建一个没有多个小型“微服务应用程序”的应用程序，并且开发人员只有一组的，选择HMAC来签名即可。其他情况下，尽量选择RSA。