Токен авторизации на примере JSON WEB Token
https://proglib.io/p/jwt-for-dummies/
Доброго времени суток, дорогой читатель. В данной статье я постараюсь рассказать об одном из самых популярных (на сегодняшний день) способов авторизации в различных клиент-серверных приложениях — токен авторизации. А рассматривать мы его будем на примере самой популярной реализации — JSON Web Token или JWT.
Введение
Начнем с того, что важно уметь различать следующие два понятия: аутентификации и авторизации. Именно с помощью этих терминов почти все клиент-серверные приложения основывают разделение прав доступа в своих сервисах.
Очень часто к процессу аутентификации примешивают и процесс индентификации — процесс, позволяющий определить что за пользователь в данный момент хочет пользоваться нашим приложением, например, путем ввода логина. Далее нам, как разработчикам и как ответственным людям хочется убедиться, что данный пользователь действительно тот за кого он себя выдает — и поэтому следует процесс аутентификации, когда пользователь подтверждает, что он тот самый %user_name%, например, путем ввода пароля.
Казалось бы, все что необходимо выполнить для безопасности нашего приложения мы сделали. Но нет, еще одним очень важным шагом в любом клиент-серверном приложении является разграничение прав, разрешение или запрет тех или иных действий данному конкретному аутентифицированному пользователю — процесс авторизации.
Еще раз кратко закрепим: сначала идет идентификация и аутентификация, процессы когда мы определяем и удостоверяемся, что за пользователь в данный момент использует наше приложение, а далее идет авторизация — процесс принятия решения о разрешенных данному пользователю действиях.
Еще одно небольшое введение
Прежде чем начать говорить о самом токене авторизации следует упомянуть для каких целей вообще его решили использовать. Поскольку мы знаем, что почти весь интернет так или иначе построен на протоколе HTTP(или его старшем брате HTTPS) и что он не отслеживает состояние, то есть при каждом запросе HTTP ничего не знает, что происходило до этого, он лишь передает запросы, то возникает следующая проблема: если аутентификация нашего пользователя происходит с помощью логина и пароля, то при любом следующем запросе наше приложение не будет знать все тот же ли этот человек, и поэтому придётся каждый раз заново логиниться. Решением данной проблемы является как раз наш токен, а конкретно его самая популярная реализация — JSON Web Tokens (JWT). Также помимо решения вопросов с аутентификацией токен решает и другую не менее важную проблему авторизации (разграничение разрешенных данному пользователю действий), о том каким образом мы узнаем ниже, когда начнем разбирать структуру токена.
Формальное определение
Приступим наконец к работе самого токена. Как я сказал ранее в качестве токенов наиболее часто рассматривают JSON Web Tokens (JWT) и хотя реализации бывают разные, но токены JWT превратились в некий стандарт, именно поэтому будем рассматривать именно на его примере.
JSON Web Token (JWT) — это открытый стандарт (RFC 7519) для создания токенов доступа, основанный на формате JSON.
Фактически это просто строка символов (закодированная и подписанная определенными алгоритмами) с некоторой структурой, содержащая полезные данные пользователя, например ID, имя, уровень доступа и так далее. И эта строчка передается клиентом приложению при каждом запросе, когда есть необходимость идентифицировать и понять кто прислал этот запрос.
Принцип работы
Рассмотрим принцип работы клиент серверных приложений, работающих с помощью JWT. Первым делом пользователь проходит аутентификацию, конечно же если не делал этого ранее и в этом есть необходимость, а именно, например, вводит свой логин и пароль. Далее приложение выдаст ему 2 токена: access token и refresh token (для чего нужен второй мы обсудим ниже, сейчас речь идет именно об access token). Пользователь тем или иным способом сохраняет его себе, например, в локальном хранилище или в хранилище сессий. Затем, когда пользователь делает запрос к API приложения он добавляет полученный ранее access token. И наконец наше приложение, получив данный запрос с токеном, проверяет что данный токен действительный (об этой проверке, опять же, ниже), вычитывает полезные данные, которые помогут идентифицировать пользователя и проверить, что он имеет право на запрашиваемые ресурсы. Таким нехитрым образом происходит основная логика работы с JSON Web Tokens.
https://habr.com/ru/post/336082/
Структура токена
Пришло время обсудить структуру токена и тем самым лучше разобраться в его работе. Первое что следует отметить, что JWT токен состоит из трех частей, разделенных через точку:
Полезные данные (playload)
funnytorimage.pw
Рассмотрим каждую часть по подробнее.
Заголовок
Это первая часть токена. Она служит прежде всего для хранения информации о токене, которая должна рассказать о том, как нам прочитать дальнейшие данные, передаваемые JWT. Заголовок представлен в виде JSON объекта, закодированного в Base64-URL Например:
Если раскодировать данную строку получим:
Заголовок содержит два главных поля: alg и typ. Поле typ служит для информации о типе токена, но как я уже упоминал ранее, что JWT превратился в некий стандарт, то это поле перестало нести особый смысл и служит скорее для целей будущего, если вдруг появится улучшенная версия алгоритма JWT(2.0), которая заменит JWT. Поле alg задает алгоритм шифрования. Обязательный для поддержки всеми реализациями является алгоритм HMAC с использованием SHA-256, или же, как он обозначен в заголовке, HS256. Для работы с этим алгоритмом нужен один секретный ключ, конкретный механизм работы рассмотрим ниже. Для справки можно также отметить, что существует и асимметричный алгоритм, который можно использовать в JWT, например, RS256. Для работы с ним требуется два ключа — открытый и закрытый. Но в данной статье рассмотрим работу с одним закрытым ключом.
Полезные данные
Перейдем наконец к полезным данным. Опять же — это JSON объект, который для удобства и безопасности передачи представляется строкой, закодированной в base64. Наглядный пример полезных данных (playload) токена может быть представлен следующей строкой:
Что в JSON формате представляет собой:
Именно здесь хранится вся полезная информация. Для данной части нет обязательных полей, из наиболее часто встречаемых можно отметить следующие:
iss — используется для указания приложения, из которого отправляется токен.
user_id — для идентификации пользователя в нашем приложении, кому принадлежит токен.
Одной из самых важных характеристик любого токена является время его жизни, которое может быть задано полем exp. По нему происходит проверка, актуален ли токен еще (что происходит, когда токен перестает быть актуальным можно узнать ниже). Как я уже упоминал, токен может помочь с проблемой авторизации, именно в полезных данных мы можем добавить свои поля, которые будут отражать возможности взаимодействия пользователя с нашим приложением. Например, мы можем добавить поле is_admin или же is_preferUser, где можем указать имеет ли пользователь права на те или иные действия, и при каждом новом запросе с легкостью проверять, не противоречат ли запрашиваемые действия с разрешенными. Ну а что же делать, если попробовать изменить токен и указать, например, что мы являемся администраторами, хотя таковыми никогда не были. Здесь мы плавно можем перейти к третьей и заключительной части нашего JWT.
Подпись
На данный момент мы поняли, что пока токен никак не защищен и не зашифрован, и любой может изменить его и тем самым нарушается вообще весь смысл аутентификации. Эту проблему призвана решить последняя часть токена — а именно сигнатура (подпись). Происходит следующее: наше приложение при прохождении пользователем процедуры подтверждения, что он тот за кого себя выдает, генерирует этот самый токен, определяет поля, которые нужны, записывает туда данные, которые характеризуют данного пользователя, а дальше с помощью заранее выбранного алгоритма (который отмечается в заголовке в поле alg токена), например HMAC-SHA256, и с помощью своего приватного ключа (или некой секретной фразы, которая находится только на серверах приложения) все данные токена подписываются. И затем сформированная подпись добавляется, также в формате base64, в конец токена. Таким образом наш итоговый токен представляет собой закодированную и подписанную строку. И далее при каждом новом запросе к API нашего приложения, сервер с помощью своего секретного ключа сможет проверить эту подпись и тем самым убедиться, что токен не был изменен. Эта проверка представляет собой похожую на подпись операцию, а именно, получив токен при новом запросе, он вынимает заголовок и полезные данные, затем подписывает их своим секретным ключом, и затем идет просто сравнение двух получившихся строк. Таким нехитрым способом, если не скомпроментировать секретный ключ, мы всегда можем знать, что перед нами все еще наш %user_name% с четко отведенными ему правами.
Время жизни токена и Refresh Token
Теперь плавно перейдем к следующему вопросу — времени жизни токена, и сопутствующей этой теме refresh token. Мы помним, что одно из важнейших свойств токена — это время его жизни. И оно совсем недолговечное, а именно 10-30 минут. Может возникнуть вопрос: а зачем такое короткое время жизни, ведь тогда придется каждый раз заново создавать новый токен, а это лишняя нагрузка на приложения. А ответ достаточно очевидный, который включает в себя и одновременно ответ на вопрос: а что делать если токен был перехвачен. Действительно, если токен был перехвачен, то это большая беда, так как злоумышленник получает доступ к приложению от имени нашего %user_name%, но так как access token является короткоживущим, то это происходит лишь на недолгий период. А дальше этот токен уже является не валидным. И именно чтобы обновить и получить новый access token нужен refresh token. Как мы знаем (или если забыли можем снова прочитать в начале) пользователь после процесса аутентификацию получает оба этих токена. И теперь по истечении времени жизни access token мы отсылаем в приложение refresh token и в ответ получаем снова два новых токена, опять же один многоразовый, но ограниченный по времени — токен доступа, а второй одноразовый, но долгоживущий — токен обновления. Время жизни refresh token вполне может измеряться месяцами, что достаточно для активного пользователя, но в случае если и этот токен окажется не валидным, то пользователю следует заново пройти идентификацию и аутентификацию, и он снова получит два токена. И весь механизм работы повторится.
Заключение
В данной статье я постарался подробно рассмотреть работу клиент-серверных приложений с токеном доступа, а конкретно на примере JSON Web Token (JWT). Еще раз хочется отметить с какой сравнительной легкостью, но в тоже время хорошей надежностью, токен позволяет решать проблемы аутентификации и авторизации, что и сделало его таким популярным. Спасибо за уделенное время.
Что такое token?
Термин token имеет много разных смыслов. Один из смыслов разъяснен в посте @Heidel, но это лишь один из смыслов, причем не самый частый.
В контексте вопроса, скорее всего, речь идет о немного другом смысле.
Под токеном понимается замещение объекта неким обозначением/идентификатором (часто просто целым числом или строкой). Например: идентификатор сессии это классический токен. Токены широко применяются обычно в системах авторизации/идентификации и проч. Технически обычно реализуются в виде записи в БД, где токен является идентификатором записи о данных юзера или предоставленного доступа. Обычно в этом случае токен вычисляется как хэш комбинации данных юзера (логина), времени создания и ключей сервера ну и проч.
Смысл всего этого в том, что вместо того, чтобы передавать юзеру целый сонм разных данных достаточно дать ему в руки токен и сказать: вот тебе токен и с помощью него можно при необходимости сделать все что надо. Это и удобно и меньше рисков засветки данных.
JWT — как безопасный способ аутентификации и передачи данных
JSON Web Token (JWT) — это открытый стандарт (RFC 7519) для создания токенов доступа, основанный на формате JSON. Как правило, используется для передачи данных для аутентификации в клиент-серверных приложениях. Токены создаются сервером, подписываются секретным ключом и передаются клиенту, который в дальнейшем использует данный токен для подтверждения своей личности.
В простом понимании — это строка в специальном формате, которая содержит данные, например, ID и имя зарегистрированного пользователя. Она передается при каждом запросе на сервер, когда необходимо идентифицировать и понять, кто прислал этот запрос.
В этой статье разберу, что такое Access токен, Refresh токен и как с ними работать.
Для дальнейших разборов будет использован токен:
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VyX2lkIjoxLCJleHAiOjE1ODEzNTcwMzl9.E4FNMef6tkjIsf7paNrWZnB88c3WyIfjONzAeEd4wF0
После того, как посетитель прошел авторизацию в нашей системе, указав свой логин и пароль, система выдает ему 2 токена: access token и refresh токен.
После чего посетитель, когда хочет получить с сервера данные, например, свой профиль, вместе с запросом он передает Access токен, как на примере выше. Сервер, получив его проверяет, что он действительный (об этом чуть ниже), вычитывает полезные данные из него (тот же user_id) и, таким образом, может идентифицировать пользователя.
Токен разделен на три основные группы: заголовок, полезные данные и сигнатура, разделенные между собой точкой.
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9 — это первая часть токена — есть заголовок. Она закодирована в Base64 и если её раскодировать, получим строку:
Это можно проверить прям в браузере, выполнив в консоле или js коде:
typ — это наш тип токена JWT. Alg — алгоритм шифрования HMAC-SHA256. Их может быть несколько, но здесь буду говорить именно об этом алгоритме.
Вторым блоком идет eyJ1c2VyX2lkIjoxLCJleHAiOjE1ODEzNTcwMzl9
Это есть полезные данные, так же закодированные в Base64. После раскодирования получим:
Данные могут быть любыми. Главное, чтобы по ним можно было идентифицировать пользователя. В нашем случае — это user_id и exp — время окончания действия текущего токена.
Поскольку необходимо ограничивать токен по времени, поле exp обязательно. По нему можно проверить, актуален ли токен или нет.
Последняя часть токена — наиболее важная. У нас это E4FNMef6tkjIsf7paNrWZnB88c3WyIfjONzAeEd4wF0
Как вы уже могли заметить — первые данные передаются практически в открытом виде и раскодировать их может любой. Но шифровать их нет необходимости. Цель токена — подтвердить, что эти данные не были изменены. Вот для этих целей и выступает сигнатура. И чтобы её сгенерировать нужен приватный ключ. Ну или некая секретная фраза, которая находится только на сервере. Только с помощью этого ключа мы можем создать сигнатуру и проверить, что она была создана именно с помощью его.
Она получается примерно следующим образом:
Берем заголовок, например <"alg":"HS256","typ":"JWT">и кодируем его в base64, получаем ту самую часть eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
Тоже самое проделываем с данными eyJ1c2VyX2lkIjoxLCJleHAiOjE1ODEzNTcwMzl9
После этого склеиваем их и получаем eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VyX2lkIjoxLCJleHAiOjE1ODEzNTcwMzl9
Далее эти данные шифруем с помощью нашего алгоритма HMAC-SHA256 и ключа.
Для проверка токена необходимо проделать ту же операцию.
Берем склейку заголовок + данные, кодируем с помощью алгоритма HMAC-SHA256 и нашего приватного ключа. А далее берем сигнатуру с токена и сверяем с результатом кодирования. Если результаты совпадают — значит данные подтверждены и можно быть уверенным, что они не были подменены.
Основной токен, про который шла речь выше, обычно имеет короткий срок жизни — 15-30 минут. Больше давать не стоит.
Как только время выйдет, пользователю снова придется проходить авторизацию. Так вот чтобы этого избежать, существует Refresh токен. С помощью него можно продлить Access токен.
В действительности, Refresh токен обязательно должен быть одноразовым. Его задача — получить новую пару токенов. Как только это было сделано, предыдущий токен будет считаться недействительным. Срок жизни Refresh токена уже может быть большим — до года, а может даже и больше.
У него, обычно, нет какой-то структуры и это может быть некая случайная строка.
Для проекта odo24.ru я использовал следующий подход.
Генерируется Access токен и после случайная строка, например T6cjEbghMZmybUd_fhE
С нашего нового Access токена eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VyX2lkIjoxLCJleHAiOjE1ODEzNTcwMzl9.E4FNMef6tkjIsf7paNrWZnB88c3WyIfjONzAeEd4wF0 беру последние шесть знаков, получаю Ed4wF0
Склеиваю и получаю рефреш токен T6cjEbghMZmybUd_fhEEd4wF0
Это сделано для привязки Access токена к Refresh. Для получения новых токенов необходимо передать эти два токена. Делается проверка на их связку и только после валидируется Access токен. Если и второй этап прошел успешно, тогда получаем с базы данных по текущему user_id рефреш токен и сверяем с тем, что к нам пришел. Если они совпадают, тогда генерируются новые токены и в базе данных обновляется Refresh токен на новый.
В моем случае я разделил оба токена и храню в разных местах. Access токен нужен только для идентификации пользователя и на клиенте (JS) он не нужен, поэтому он передается в Cookie (http only).
Refresh токен хранится в LocalStorage и используется только когда Access токен перестал быть актуальным.
Представим ситуацию, когда у нас каким-то образом украли Access токен. Да, это уже плохо и где-то у нас брешь в безопасности. Злоумышленник в этом случае сможет им воспользоваться не более чем на 15-30 минут. После чего токен «протухнет» и перестанет быть актуальным. Ведь нужен второй токен для продления.
Если украли Refresh токен, то без Access токена (который недоступен в JS) продлить ничего нельзя и он оказывается просто бесполезным.
Самая неприятная ситуация — это когда удалось увести сразу 2 токена. В этом случае злоумышленник сможет пользоваться системой неограниченное время. Точнее когда пользователь попытается войти в систему, его не пустит, т.к. его Refresh токен уже будет неактуальным, и ему придется вводить логин и пароль. Только в этом случае злоумышленник потеряет контроль над чужой учетной записью.
В своей реализации Refresh токена использовал общую длину 24 знака. Первые 6 знаков — это дата его «протухания», следующие 12 знаков — случайно сгенерированные данные. И в конце 6 знаков — это часть Access токена последней части сигнатуры.
Дату протухания внедрил прям в токен с той целью, чтобы не хранить эту информацию где-то в другом месте, например, в базе данных.
Дата содержит год, месяц, день, час и минуты. Хранится в ASCII
Кодирование даты на Golang:
Всю реализацию на Go можно изучить на Github-е
В этой статье попытался рассказать о взаимодействии двух токенов и как ими пользоваться. В сети достаточно много информации о Access токенах, однако мало, как мне показалось, информации о Refresh токенах.
Что такое JWT токен?
Эта статья посвящена детальному разбору JWT и его возможностей. Мы изучим структуру токена и построим его с нуля. Затем рассмотрим наиболее распространенные способы использования.
Во время разработки сервиса с пользователям типичной задачей является реализация авторизации.
Когда у вас один сервис, все довольно просто:
- Пользователь отправляет логин и пароль сервису.
- Сервис генерирует случайную строку по какому-то алгоритму.
- Сервис отдает эту строку клиенту и запоминает кому он ее отдал.
- При последующих запросах клиент отправляет куку сервису. Например, клиент хочет получить инфомрацию о себе.
- Сервис знает, что эту строку он отдал такому-то клиенту, поэтому отправляет клиенту его персональные данные.
Эта строка обычно хранится в куках браузера, а потому называется авторизационной кукой.
Все было отлично, пока не пришли микросервисы. Допустим у нас есть сервер авторизации, который находится на домене auth.foo.com, и парочка других сервисов. Один из ваших сервисов находится на домене blog.foo.com.
Когда пользователь авторизуется на сервере авторизации, то кука будет записана для домена auth.foo.com. Сервис blog.foo.com уже не будет иметь доступ к этой куке.
Это можно исправить, если хранить куку в LocalStorage браузера. Тогда возникает другая проблема. У сервиса blog.foo.com нет возможности проверить куку, так как он ее не выдавал. Сервису необходимо сделать запрос на сервер авторизации, чтобы проверить существование куки и кому она принадлежит. Это создает нагрузку на сервер авторизации.
Решением всех этих проблемы является JWT токен (JSON Web Token), который возлагает задачу по обработке аутентификационных данных на сами микросервисы, а следовательно позволяет избежать различных ошибок авторизации, увеличить производительность и улучшить масштабируемость приложения.
Однако неправильное использование JWT может негативно сказаться на безопасности приложения. Разберем примеры использования JWT, разберем распространенные ошибки в реализации схем аутентификации с применением JWT, рассмотрим основные виды атак на эти схемы и дадим рекомендации по их предотвращению.
Формат JWT
JWT состоит из трех основных частей: заголовка (header), нагрузки (payload) и подписи (signature). Заголовок и нагрузка формируются отдельно в формате JSON, кодируются в base64, а затем на их основе вычисляется подпись. Закодированные части соединяются друг с другом, и на их основе вычисляется подпись, которая также становится частью токена.
Header
Заголовок является служебной частью и состоит из двух полей: типа токена, в данном случае JWT, и алгоритма хэширования подписи:
Значение поля typ зачастую игнорируется приложениями, однако стандарт не рекомендует отказываться от него для обеспечения обратной совместимости.
Поле alg обязательно для заполнения. В приведенном случае был применен алгоритм HS256 (HMAC-SHA256), в котором для генерации и проверки подписи используется единый секретный ключ.
Для подписи JWT могут применяться и алгоритмы асимметричного шифрования, например RS256 (RSA-SHA256). Стандарт допускает использование и других алгоритмов, включая HS512, RS512, ES256, ES512, none и др.
Использование алгоритма none указывает на то, что токен не был подписан. В подобном токене отсутствует часть с подписью, и установить его подлинность невозможно.
Закодируем этот JSON в base64 и получим: eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
Payload
Полезна нагрузка — это любые данные, которые вы хотите передать в токене. Стандарт предусматривает несколько зарезервированных полей:
- iss — (issuer) издатель токена
- sub — (subject) “тема”, назначение токена
- aud — (audience) аудитория, получатели токена
- exp — (expire time) срок действия токена
- nbf — (not before) срок, до которого токен не действителен
- iat — (issued at) время создания токена
- jti — (JWT id) идентификатор токена
Любые другие данные можно передавать по договоренности между сторонами, использующими токен. Например, payload может выглядеть так:
Поскольку набор полей в части полезной нагрузки произвольный, приложение может хранить в этой части практически любые данные. Например, для ускорения работы приложения в полезной нагрузке могут храниться Ф.И.О. пользователя, чтобы не запрашивать эти сведения каждый раз из базы данных.
Размер payload не ограничен, но не стоит передавать в нем много данных. Из-за размера токена могут начаться проблемы с производительностью.
Закодируем наш payload в base64 и получим вторую часть токена: eyJpc3MiOiJBdXRoIFNlcnZlciIsInN1YiI6ImF1dGgiLCJleHAiOjE1MDU0Njc3NTY4NjksImlhdCI6MTUwNTQ2NzE1MjA2OSwidXNlciI6MX0 .
У нас уже есть 2/3 токена, осталось сгенерировать подпись.
Signature
Подпись генерируется следующим образом: Закодированные заголовок и полезная нагрузка объединяются с точкой («.») в качестве разделителя. Затем эта строка хешируется указанным в header алгоритмом. Результат работы алгоритма хеширования и есть подпись.
В нашем примере токен будет выглядеть так: eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJpc3MiOiJBdXRoIFNlcnZlciIsInN1YiI6ImF1dGgiLCJleHAiOjE1MDU0Njc3NTY4NjksImlhdCI6MTUwNTQ2NzE1MjA2OSwidXNlciI6MX0.9VPGwNXYfXnNFWH3VsKwhFJ0MazwmNvjSSRZ1vf3ZUU
Другие сервисы знают пароль, которым авторизационный сервис подписывает токены. Или у них есть публичный ключ, которым они могут проверить подпись. Поэтому если кто-то попытается изменить данные в токене, то он станет не валидным. Например, если вы храните в токене роль пользователя, а злоумышленник попробует подставить туда “admin”, то он не сможет сгенерировать новую подпись для поддельного токена.
Официальный сайт jwt.io предлагает два алгоритма хэширования: HS256 и RS256. Но можно использовать любой алгоритм с приватным ключом.
Аутентификация
Схема аутентификации с использованием JWT предельно проста.
Пользователь вводит свои учетные данные в приложении или доверенном сервисе аутентификации. При успешной аутентификации сервис предоставляет пользователю токен, содержащий сведения об этом пользователе.
При последующих обращениях токен передается приложению в запросах от пользователя: в cookie, заголовках запроса, POST или GET параметрах и т. д.
Получив токен, приложение сперва проверяет его подпись. Убедившись, что подпись действительна, приложение извлекает из части полезной нагрузки сведения о пользователе и на их основе авторизует его.
Можно реализовать всю эту схему вручную, а можно использовать одну из библиотек указанных на jwt.io.
Преимущества JWT
Перечислим преимущества использования JWT в сравнении с классической схемой аутентификации, использующей сессии.
Во-первых, подход с использованием токенов позволяет не хранить информацию обо всех выданных токенах, как при классической схеме. Когда пользователь обращается к приложению, он передает ему свой токен. Приложению остается только проверить подпись и извлечь необходимые поля из полезной нагрузки.
Во-вторых, приложению вообще не обязательно заниматься выдачей и валидацией токенов самостоятельно , зачастую для этих целей используется отдельный сервис аутентификации.
В-третьих, при использовании отдельного сервиса аутентификации становится возможным организовать единую точку входа в различные сервисы с одними и теми же учетными данными (SSO). Единожды пройдя процедуру аутентификации, пользователь сможет получить доступ со своим токеном к тем ресурсам, которые доверяют этому сервису аутентификации.
В-четвертых, как было указано ранее, приложение может хранить в части полезной нагрузки практически любые данные, что при грамотной архитектуре приложения может существенно увеличить производительность.
Благодаря перечисленным факторам схема аутентификации с использованием JWT широко используется в различных корпоративных приложениях. Особенно популярна эта схема в тех приложениях, которые реализуют парадигмы микросервисной архитектуры: при таком подходе каждый сервис получает необходимые ему сведения о пользователе непосредственно из токена, а не тратит время на получение этой информации из базы данных.
Уязвимости JWT
В этом разделе будут рассмотрены основные атаки на JWT и даны рекомендации по их предотвращению.
Перехват токена
Перехват пользовательского токена может привести к ряду неприятных последствий.
Во-первых, так как JWT передается в открытом виде, для получения хранящихся в части полезной нагрузки исходных данных достаточно применить к этой части функцию base64UrlDecode. То есть злоумышленник, перехвативший токен, сможет извлечь хранящиеся в токене данные о пользователе.
В соответствии с лучшими практиками для предотвращения подобной угрозы рекомендуется:
- использовать при передаче токенов защищенное соединение;
- не передавать в токенах чувствительные пользовательские данные, ограничившись обезличенными идентификаторами.
Во-вторых, злоумышленник, перехвативший токен, сможет его переиспользовать и получить доступ к приложению от лица пользователя, чей JWT был перехвачен.
Здесь рекомендации будут следующие:
- как и в первом случае, использовать защищенное соединение при передаче токенов;
- ограничить время жизни JWT и использовать механизм refresh tokens.
Refresh tokens
В современных схемах аутентификации, основанных на JWT, после прохождения аутентификации пользователь получает два токена:
- access token — JWT, на основе которого приложение идентифицирует и авторизует пользователя;
- refresh token — токен произвольного формата, служащий для обновления access token.
Access token при таком подходе имеет сильно ограниченное время жизни (например, одну минуту). Refresh token же имеет длительное время жизни (день, неделя, месяц), но он одноразовый и служит исключительно для обновления access token пользователя.
Схема аутентификации в таком случае выглядит следующим образом:
- пользователь проходит процедуру аутентификации и получает от сервера access token и refresh token;
- при обращении к ресурсу пользователь передает в запросе свой access token, на основе которого сервер идентифицирует и авторизует клиента;
- при истечении access token клиент передает в запросе свой refresh token и получает от сервера новые access token и refresh token;
- при истечении refresh token пользователь заново проходит процедуру аутентификации.
Подбор ключа симметричного алгоритма подписи
При использовании симметричных алгоритмов для подписи JWT (HS256, HS512 и др.) злоумышленник может попытаться подобрать ключевую фразу.
Подобрав ее, злоумышленник получит возможность манипулировать JWT-токенами так, как это делает само приложение, а следовательно сможет получить доступ к системе от лица любого зарегистрированного в ней пользователя.
В нашем примере из первой части статьи для подписи JWT в качестве ключевой фразы была использована строка password. Она простая, короткая и содержится во всех основных словарях для перебора паролей. Злоумышленнику не составит труда подобрать эту ключевую фразу с использованием программ John the Ripper или hashcat.
Рекомендации для защиты от атаки в этом случае такие:
- использовать ключевые фразы большой длины, состоящие из больших и малых букв латинского алфавита, цифр и спецсимволов, и хранить их в строгой конфиденциальности;
- обеспечить периодическую смену ключевой фразы. Это снизит удобство использования для пользователей (поскольку время от времени им придется проходить процедуру аутентификации заново), но поможет избежать компрометации ключевой информации.
Использование алгоритма none
Как было упомянуто в первой части статьи, использование в заголовке JWT алгоритма none указывает на то, что токен не был подписан. В подобном токене отсутствует часть с подписью, и установить его подлинность становится невозможно.
Рассмотрим подобную атаку на нашем примере. Наш токен в незакодированном виде выглядит следующим образом
Предположим, мы хотим, чтобы приложение считало нас администратором. Для этого необходимо установить значение admin в поле role полезной нагрузки. Но при внесении в токен этого изменения подпись токена станет невалидной, и приложение не примет такой JWT.
Для обхода защитного механизма мы можем попытаться изменить значение поля alg в заголовке токена на none. Наш токен примет следующий вид:
Поскольку мы используем алгоритм none, подпись отсутствует. В закодированном виде наш JWT будет выглядеть так: eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJub25lIn0.eyJpZCI6IjEzMzciLCJ1c2VybmFtZSI6ImJpem9uZSIsImlhdCI6MTU5NDIwOTYwMCwicm9sZSI6ImFkbWluIn0
Этот токен мы и передадим на сервер. Уязвимое приложение, проверив заголовок JWT и обнаружив в нем alg: none, примет этот токен без всяких проверок, как если бы он был легитимным, в результате чего мы получим привилегии администратора.
Чтобы защититься от такой атаки:
- необходимо вести на стороне приложения белый список разрешенных алгоритмов подписи и отбрасывать все токены с алгоритмом подписи, отличным от разрешенного на сервере;
- желательно работать строго с одним алгоритмом, например HS256 или RS256.
Изменение алгоритма подписи
При использовании асимметричных алгоритмов подпись токена осуществляется с использованием приватного ключа сервиса, а проверка подписи — с использованием публичного ключа сервиса.
Некоторые реализации библиотек для работы с JWT содержат логические ошибки, заключающиеся в том, что при получении токена, подписанного с использованием симметричного алгоритма (например, HS256), для проверки подписи в качестве ключевой фразы будет использован публичный ключ сервиса. Поскольку публичный ключ сервиса не засекречен, злоумышленник может легко получить его и использовать для подписи собственных токенов.
Для рассмотрения примера этого варианта атаки нам понадобится новый JWT:
В кодированном виде он будет выглядеть следующим образом: eyJhbGciOiJSUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJpZCI6IjEzMzciLCJ1c2VybmFtZSI6ImJpem9uZSIsImlhdCI6MTU5NDIwOTYwMCwicm9sZSI6InVzZXIifQ.YLOVSKef-paSnnM8P2JLaU2FiS8TbhYqjewLmgRJfCj1Q6rVehAHQ-lABnKoRjlEmHZX-rufHEocDxGUYiGMjMexUQ3zt-WqZITvozJ4pkvbV-mJ1nKj64NmqaR9ZkBWtmF-PHJX50eYjgo9rzLKbVOKYOUa5rDkJPHP3U0aaBXFP39zsGdOTuELv436WXypIZBeRq2yA_mDH13TvzegWCK5sjD4Gh177bCq57tBYjhGIQrDypVe4cWBPlvwFlmG8tdpWGu0uFp0GcbTAfLUlbTSuGROj88BY0XeUs0iqmGlEICES3uqNx7vEmdT5k_AmL436SLedE0VHcyxve5ypQ
Поскольку в этом случае мы используем для подписи алгоритм RS256, нам понадобятся публичный и приватный ключи.
Публичный ключ Приватный ключ
Для тестов мы будем использовать сайт jwt.io
Исходный JWT
Как и в предыдущем примере, модифицируем токен:
В кодированном виде заголовок и зполезная нагрузка будут выглядеть следующим образом:
Остается только подсчитать подпись с использованием публичного ключа сервиса.
Для начала переводим ключ в hex-представление:
Затем генерируем подпись с использованием openSSL:
Полученное значение E1R1nWNsO-H7h5WoYCBnm6c1zZy-0hu2VwpWGMVPK2g добавляем к уже имеющейся строке, и наш токен принимает следующий вид: eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpZCI6IjEzMzciLCJ1c2VybmFtZSI6ImJpem9uZSIsImlhdCI6MTU5NDIwOTYwMCwicm9sZSI6ImFkbWluIn0.E1R1nWNsO-H7h5WoYCBnm6c1zZy-0hu2VwpWGMVPK2g
Подставляем в поле secret на jwt.io наш публичный ключ, и JWT успешно проходит проверку. Не забудьте поставить галочку secret base64 encoded.
Для предотвращения такой атаки рекомендуется:
- работать только с одним алгоритмом, например HS256 или RS256;
- выбирать хорошо известные и проверенные библиотеки для работы с JWT, которые с меньшей вероятностью содержат логические ошибки в процедурах проверки токенов.
Заключение
JSON Web Tokens — популярная и удобная технология. При правильном использовании JWT избавляет от распространенных ошибок недостаточной авторизации, позволяет просто и удобно распределить информационные потоки между сервисами, организовать единую точку входа в различные сервисы с одними и теми же учетными данными и даже повысить производительность сервиса.
Вместе с тем при неправильном использовании JWT можно подвергнуть свою систему существенным рискам, вплоть до компрометации учетных записей абсолютно всех пользователей системы.
Итак, для безопасного использования JWT следует:
- использовать защищенное соединение при передаче токенов;
- не передавать в токенах чувствительные пользовательские данные;
- ограничить время жизни JWT и использовать механизм refresh tokens;
- использовать ключевые фразы большой длины;
- обеспечить периодическую смену ключевой фразы;
- вести на стороне приложения белый список разрешенных алгоритмов подписи;
- в идеальном случае работать строго с одним алгоритмом подписи;
- выбирать хорошо известные и проверенные библиотеки для работы с JWT;
- всегда валидировать и санитизировать полученные от пользователя данные.
После беглого знакомства с JSON web tokens может сложиться впечатление, что они встроены в современные механизмы авторизации и аутентификации, такие как OAuth или OpenID. Однако это не совсем так. JSON токены действительно используются в этих системах, но не являются их частью. Более того, сфера их использование гораздо шире авторизации.
В отдельной статье вы можете посмотреть на реализацию JWT аунтентификации ��
struchkov.dev Struchkov Mark