JSON Web Token

В 2011 году была сформирована группа JOSE (JSON Object Signing and Encryption group), целью которой была стандартизация механизма защиты целостности, шифрования, а также формата ключей и алгоритмов идентификации для обеспечения совместимости служб безопасности, использующих формат JSON. К 2013 году в открытом доступе появились неофициальные наброски и примеры использования идей данной группы, которые позже стали стандартами RFC: JWT, JWS, JWE, JWK и JWA.

Официально JWT был стандартизован группой IETF в мае 2015 года.^[1]

Токен JWT состоит из трех частей: заголовка (header), полезной нагрузки (payload) и подписи или данных шифрования. Первые два элемента — это JSON-объекты определенной структуры. Третий элемент вычисляется на основании первых и зависит от выбранного алгоритма (в случае использования неподписанного JWT может быть опущен). Токены могут быть перекодированы в компактное представление (JWS/JWE Compact Serialization): к заголовку и полезной нагрузке применяется алгоритм кодирования Base64-URL, после чего добавляется подпись и все три элемента разделяются точками («.»).

К примеру, для заголовка и полезной нагрузки, которые выглядят следующим образом:

{
  "alg": "HS512",
  "typ": "JWT"
}
{
  "sub": "12345",
  "name": "John Gold",
  "admin": true
}

получим следующее компактное представление (переносы строки добавлены для наглядности):

eyJhbGciOiJIUzUxMiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.
eyJzdWIiOiIxMjM0NSIsIm5hbWUiOiJKb2huIEdvbGQiLCJhZG1pbiI6dHJ1ZX0K.
LIHjWCBORSWMEibq-tnT8ue_deUqZx1K0XxCOXZRrBI

В заголовке указывается необходимая информация для описания самого токена.

Обязательный ключ здесь только один:

• alg: алгоритм, используемый для подписи/шифрования (в случае неподписанного JWT используется значение «none»).

Необязательные ключи:

• typ: тип токена (type). Используется в случае, когда токены смешиваются с другими объектами, имеющими JOSE заголовки. Должно иметь значение «JWT».
• cty: тип содержимого (content type). Если в токене помимо зарегистрированных служебных ключей есть пользовательские, то данный ключ не должен присутствовать. В противном случае должно иметь значение «JWT»^[2]

В данной секции указывается пользовательская информация (например, имя пользователя и уровень его доступа), а также могут быть использованы некоторые служебные ключи. Все они являются необязательными:

• iss: чувствительная к регистру строка или URI, которая является уникальным идентификатором стороны, генерирующей токен (issuer).
• sub: чувствительная к регистру строка или URI, которая является уникальным идентификатором стороны, о которой содержится информация в данном токене (subject). Значения с этим ключом должны быть уникальны в контексте стороны, генерирующей JWT.
• aud: массив чувствительных к регистру строк и��и URI, являющийся списком получателей данного токена. Когда принимающая сторона получает JWT с данным ключом, она должна проверить наличие себя в получателях — иначе проигнорировать токен (audience).
• exp: время в формате Unix Time, определяющее момент, когда токен станет невалидным (expiration).
• nbf: в противоположность ключу exp, это время в формате Unix Time, определяющее момент, когда токен станет валидным (not before).
• jti: строка, определяющая уникальный идентификатор данного токена (JWT ID).^[3]
• iat: время в формате Unix Time, определяющее момент, когда токен был создан. iat и nbf могут не совпадать, например, если токен был создан раньше, чем время, когда он должен стать валидным (issued at).

• Access-токен — это токен, который предоставляет доступ его владельцу к защищённым ресурсам сервера. Обычно он имеет короткий срок жизни и может нести в себе дополнительную информацию, такую как IP-адрес стороны, запрашивающей данный токен.
• Refresh-токен — это токен, позволяющий клиентам запрашивать новые access-токены по истечении их времени жизни. Данные токены обычно выдаются на длительный срок.

Как правило, при использовании JSON-токенов в клиент-серверных приложениях реализована следующая схема:

1. Клиент проходит аутентификацию в приложении (к примеру, с использованием логина и пароля).
2. В случае успешной аутентификации сервер отправляет клиенту access- и refresh-токены.
3. При дальнейшем обращении к серверу клиент использует access-токен. Сервер проверяет токен на валидность и предоставляет клиенту доступ к ресурсам.
4. В случае, если access-токен становится невалидным, клиент отправляет refresh-токен, в ответ на который сервер предоставляет два обновлённых токена.
5. В случае, если refresh-токен становится невалидным, клиент опять должен пройти процесс аутентификации (п. 1).^[4]

JWT имеет ряд преимуществ по сравнению с подходом хранения выданных сессий на сервере и в куки на стороне клиента:

• При использовании JWT не требуется хранение дополнительных данных о выданных сессиях: все, что должен сделать сервер — это проверить подпись.
• Сервер может не заниматься созданием токенов, а предоставить это внешним сервисам.
• В JSON-токенах можно хранить дополнительную полезную информацию о пользователях. Как следствие — более высокая производительность. В случае c куки иногда необходимо осуществлять запросы для получения дополнительной информации. При использовании JWT эта информация может быть передана в самом токене.^[5]
• JWT делает возможным предоставление одновременного доступа к различным доменам и сервисам.^[6][7]

JSON-токен состоит из трех частей, которые кодируются независимо друг от друга. Таким образом, становится возможным удалить подпись из токена и изменить заголовок, сделав JWT неподписанным. Если на сервере не стоит проверка на наличие подписи у токена, то злоумышленник может указывать собственные значения в полезной нагрузке. Проблема решается простым отбрасыванием неподписанных объектов.^[8]

Одним из методов борьбы с CSRF является добавление специальных заголовков с зашифрованной информацией, подтверждающей отправку запроса с доверенного сервера. Таким образом, если JWT используется не в качестве куки, CSRF-атака становится невозможной.^[9]

JSON-токены могут храниться в браузере двумя способами: в DOM-хранилище или в куки. В первом случае система может быть подвержена XSS-атаке, так как JavaScript имеет доступ к DOM-хранилищу и злоумышленник может извлечь оттуда токен для дальнейшего использования от имени пользователя. При использовании куки можно выставить HttpOnly-флаг, который предотвращает доступ JavaScript к хранилищу. Таким образом, злоумышленник не сможет извлечь токен и приложение становится защищенным от XSS.^[10]

Подписанные JSON-токены описываются JWS-спецификацией (RFC 7515).

Подпись заголовка и полезной нагрузки производится следующими алгоритмами:

Обязательный для поддержки всеми реализациями алгоритм:

• HMAC с использованием SHA-256 (HS256)

Рекомендованные алгоритмы:

• RSASSA PKCS1 v1.5 с использованием SHA-256 (RS256)
• ECDSA с использованием P-256 и SHA-256 (ES256)

Также поддерживаются вариации рекомендованных алгоритмов с использованием SHA-384 и SHA-512 соответственно:

• HS384, HS512
• RS384, RS512
• ES384, ES512

Аббревиатуры курсивом — названия, использующиеся в JSON-токенах, описанные спецификацией JWA (RFC 7518)^[11]

В случае подписанного JWT в заголовок могут быть добавлены дополнительные ключи:

• jku: URI на набор открытых ключей в JSON-формате, используемых для подписи данного токена (JSON Web Key Set URL).
• jwk: Ключ, используемый для подписи данного токена (JSON Web Key).
• kid: Уникальный идентификатор используемого ключа для случая, когда указывается набор ключей (Key ID).
• x5u: URI на набор сертификатов X.509. Первый сертификат в наборе должен являться тем, который использовался для подписи данного токена (X.509 URL).
• x5c: Массив сертификатов X.509 в формате JSON, использованных для подписи данного токена (X.509 certifcate chain).
• x5t: Цифровой отпечаток SHA1 сертификата X.509 (X.509 certificate SHA-1 fingerprint).
• crit: Массив строк с названиями ключей данного заголовка, которые должны обрабатываться парсером JWT. Если должны быть обработаны все ключи, то не используется (critical).^[12]

Реализации JWT существуют в следующих языках программирования и фреймворках: Clojure, .NET, Go, Haskell, Python, Java, JavaScript, Lua, Perl, PHP, Ruby, Rust, Scala, D, C++, Delphi, Erlang, Common Lisp и Elixir.^[13]

• jwt.io — specialized website about JWT with tools and documentation, maintained by Auth0
• https://tools.ietf.org - IETF official website
• https://web.archive.org/web/20171201173336/https://auth0.com/e-books/jwt-handbook - JWT Handbook by Sebastián Peyrott