что такое jwt token
Токен авторизации на примере JSON WEB Token
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.
Еще одно небольшое введение
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:
Полезные данные
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:
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
Время жизни токена и Refresh Token
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.
Шпаргалки по безопасности: JWT
Многие приложения используют JSON Web Tokens (JWT), чтобы позволить клиенту идентифицировать себя для дальнейшего обмена информацией после аутентификации.
JSON Web Token – это открытый стандарт (RFC 7519), который определяет компактный и автономный способ безопасной передачи информации между сторонами в виде объекта JSON.
Эта информация является проверенной и надежной, потому что она имеет цифровую подпись.
JWT могут быть подписаны с использованием секретного (с помощью алгоритма HMAC) или пары открытого / секретного ключей с использованием RSA или ECDSA.
JSON Web Token используется для передачи информации, касающейся личности и характеристик клиента. Этот «контейнер» подписывается сервером, чтобы клиент не вмешивался в него и не мог изменить, например, идентификационные данные или какие-либо характеристики (например, роль с простого пользователя на администратора или изменить логин клиента).
Этот токен создается в случае успешной аутентификации и проверяется сервером перед началом выполнения каждого клиентского запроса. Токен используется приложением в качестве “удостоверения личности” клиента (контейнер со всей информацией о нем). Сервер же имеет возможность проверять действительность и целостность токена безопасным способом. Это позволяет приложению быть stateless (stateless приложение не сохраняет данные клиента, сгенерированные за один сеанс для использования в следующем сеансе с этим клиентом (каждый сеанс выполняется независимо)), а процессу аутентификации независимым от используемых сервисов (в том смысле, что технологии клиента и сервера могут различаться, включая даже транспортный канал, хотя наиболее часто используется HTTP).
Соображения по поводу использования JWT
Даже если токен JWT прост в использовании и позволяет предоставлять сервисы (в основном REST) без сохранения состояния (stateless), такое решение подходит не для всех приложений, потому что оно поставляется с некоторыми оговорками, как, например, вопрос хранения токена.
Если приложение не должно быть полностью stateless, то можно рассмотреть возможность использования традиционной системы сессий, предоставляемой всеми веб-платформами. Однако для stateless приложений JWT – это хороший вариант, если он правильно реализован.
Проблемы и атаки, связанные с JWT
Использование алгоритма хеширования NONE
Подобная атака происходит, когда злоумышленник изменяет токен, а также меняет алгоритм хеширования (поле “alg”), чтобы указать через ключевое слово none, что целостность токена уже проверена. Некоторые библиотеки рассматривали токены, подписанные с помощью алгоритма none, как действительный токен с проверенной подписью, поэтому злоумышленник мог изменить полезную нагрузку (payload) токена, и приложение доверяло бы токену.
Для предотвращения атаки необходимо использовать библиотеку JWT, которая не подвержена данной уязвимости. Также во время проверки валидности токена необходимо явно запросить использование ожидаемого алгоритма.
Перехват токенов
Атака происходит, когда токен был перехвачен или украден злоумышленником и он применяет его для получения доступа к системе, используя идентификационные данные определенного пользователя.
Защита заключается в добавлении «пользовательского контекста» в токен. Пользовательский контекст будет состоять из следующей информации:
Если во время проверки токена полученный токен не содержит правильного контекста, он должен быть отклонен.
Пример реализации:
Код для создания токена после успешной аутентификации:
Код для проверки валидности токена:
Явное аннулирование токена пользователем
Поскольку токен становится недействительным только после истечения срока его действия, у пользователя нет встроенной функции, позволяющей явно отменить действие токена. Таким образом, в случае кражи пользователь не может сам отозвать токен и затем заблокировать атакующего.
Одним из способов защиты является внедрение черного списка токенов, который будет пригоден для имитации функции «выход из системы», существующей в традиционной системе сеансов.
В черном списке будет храниться сборник (в кодировке SHA-256 в HEX) токена с датой аннулирования, которая должна превышать срок действия выданного токена.
Когда пользователь хочет «выйти», он вызывает специальную службу, которая добавляет предоставленный токен пользователя в черный список, что приводит к немедленному аннулированию токена для дальнейшего использования в приложении.
Хранилище черного списка:
Для централизованного хранения черного списка будет использоваться база данных со следующей структурой:
Управление аннулированиями токенов:
Раскрытие информации о токене
Эта атака происходит, когда злоумышленник получает доступ к токену (или к набору токенов) и извлекает сохраненную в нем информацию (информация о токене JWT кодируется с помощью base64) для получения информации о системе. Информация может быть, например, такой как, роли безопасности, формат входа в систему и т.д.
Способ защиты достаточно очевиден и заключается в шифровании токена. Также важно защитить зашифрованные данные от атак с использованием криптоанализа. Для достижения всех этих целей используется алгоритм AES-GCM, который обеспечивает аутентифицированное шифрование с ассоциированными данными (Authenticated Encryption with Associated Data – AEAD). Примитив AEAD обеспечивает функциональность симметричного аутентифицированного шифрования. Реализации этого примитива защищены от адаптивных атак на основе подобранного шифртекста. При шифровании открытого текста можно дополнительно указать связанные данные, которые должны быть аутентифицированы, но не зашифрованы.
То есть шифрование с соответствующими данными обеспечивает подлинность и целостность данных, но не их секретность.
Однако необходимо отметить, что шифрование добавляется в основном для сокрытия внутренней информации, но очень важно помнить, что первоначальной защитой от подделки токена JWT является подпись, поэтому подпись токена и ее проверка должны быть всегда использованы.
Хранение токенов на стороне клиента
Если приложение хранит токен так, что возникает одна или несколько из следующих ситуаций:
Остается случай, когда злоумышленник использует контекст просмотра пользователя в качестве прокси-сервера, чтобы использовать целевое приложение через легитимного пользователя, но Content Security Policy может предотвратить связь с непредвиденными доменами.
Также возможно реализовать службу аутентификации таким образом, чтобы токен выдавался внутри защищенного файла cookie, но в этом случае должна быть реализована защита от CSRF.
Использование слабого ключа при создании токена
Если секрет, используемый в случае алгоритма HMAC-SHA256, необходимый для подписи токена, является слабым, то он может быть взломан (подобран c помощью атаки грубой силы). В результате злоумышленник может подделать произвольный действительный токен с точки зрения подписи.
Для предотвращения этой проблемы надо использовать сложный секретный ключ: буквенно-цифровой (смешанный регистр) + специальные символы.
Поскольку ключ необходим только для компьютерных вычислений, размер секретного ключа может превышать 50 позиций.
Для оценки сложности секретного ключа, используемого для вашей подписи токена, вы можете применить атаку по словарю паролей к токену в сочетании с JWT API.
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:
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.
Бывают и исключения, когда в JWT отсутствует подпись. Подобный случай будет рассмотрен далее.
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:
Все эти claims не являются обязательными, но их использование не по назначению может привести к коллизиям.
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.
Payload не шифруется при использовании токена, поэтому не стоит передавать в нем чувствительные данные. Например, паспортные данные.
Размер payload не ограничен, но не стоит передавать в нем много данных. Из-за размера токена могут начаться проблемы с производительностью.
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.
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.
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:
Во-вторых, злоумышленник, перехвативший токен, сможет его переиспользовать и получить доступ к приложению от лица пользователя, чей JWT был перехвачен.
Здесь рекомендации будут следующие:
Refresh tokens
В современных схемах аутентификации, основанных на JWT, после прохождения аутентификации пользователь получает два токена:
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:
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:
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:
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:
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:
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.