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你只知道JWT，那JWE、JWS、JWK、JWA呢？

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JOSE 简介

JWS 序列化

JWE
JWT 和 JWS、JWE 的关系
JWK

场景描述
JWK 格式
JWK Set

小结

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。