Golang怎么使用JWT進行認證和加密

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概述

JWT是一個簽名的JSON對象，通常用作Oauth3的Bearer token，JWT包括三個用.分割的部分：前兩部分為使用base64url編碼的JSON對象，最后一部分是簽名。第一部分稱為header，包含用于驗證最后一部分簽名所需的信息，如使用的簽名方式和使用的密鑰等，中間的部分是程序最關心的部分，稱為Claim， RFC 7519定義了相關的字段，當然也可以添加自己的字段。

簽名 vs 加密

一個token是一個簽名的json對象，涉及兩方面的內容：

• token的創建者擁有簽名的secret

• 數據一旦被簽名就不能修改

需要注意的是，JWT并不支持加密，因此任何人都能讀取token 的內容。如果需要加密數據，可以使用配套的規范--JWE，可以參考這兩個庫：lestrrat-go/jwx和golang-jwt/jwe。

選擇簽名方法

簽名方法有很多種，在使用前可能需要花時間挑選合適的簽名方法，主要考量點為：對稱和非對稱。

對稱簽名方法，如HSA，只需要一個secret即可，這也是最簡單的簽名方法，可以使用任何[]byte作為有效的secret。對稱加密的計算速度也相對快一些。當token的生產者和消費者都可信的前提下，可以考慮使用對稱加密。由于對稱加密使用相同的secret進行token的簽名和驗證，因此不能輕易將密鑰分發出去。

非對稱簽名，如RSA，則使用了不同的密鑰進行簽名和token驗證，因此可以使用私鑰生成token，并允許消費者使用公鑰進行驗證。

JWT和OAuth

這里提一下，OAuth和JWT并不是一回事，一個JWT token只是一個簡單的被簽名的JSON對象，可以用在所需要的地方，最常見的方式是用在OAuth3認證中。

下面描述了二者是如何交互的：

• OAuth是一種允許身份提供者與用戶登錄的服務分離的協議。例如，你可以使用Facebook登陸不同的服務(Yelp、Spotify等)，此時用的就是OAuth。

• OAuth定義了幾種傳遞身份驗證數據的選項，其中流行的一種方式稱為"bearer token"，一個bearer token就是一個只能被已認證的用戶持有的簡單字符串，即通過提供該token來進行身份認證。從這里可以看出JWT可以作為一種bearer token。

• 由于bearer token用于認證，因此私密性很重要，這也是為什么通常會通過SSL來使用bearer token。

JWT的用法

從上面的官方描述中可以看到JWT其實就是一個字符串，其分為三段：header，主要指定簽名方法；claim，用于提供用戶身份數據；signature，使用header中指定的簽名方法進行簽名，簽名時主要使用了三個基礎數據：

1.簽名密鑰：在對稱簽名(如HMAC)中作為哈希數據的一部分，在非對稱簽名(如ECDSA)中則作為私鑰。在JWT的簽名和驗證過程中都需要使用到密鑰。

2.JWT的過期時間：JWT有一個過期時間。在用戶登陸服務器之后，服務器會給客戶端返回JWT，當客戶端服務服務端時會將JWT傳遞給服務端，服務端除了需要驗證客戶端的簽名之外還需要驗證該token是否過期，JWT的過期時間數據位于claims中。

3.claim：主要包含了JWT相關的信息，用戶可以擴展自己的claim信息。簽名方法會使用這部分信息進行簽名。如下是標準的claims，可以看到這部分信息其實與SSL證書中的字段雷同。

type StandardClaims struct {
	Audience  string `json:"aud,omitempty"`
	ExpiresAt int64  `json:"exp,omitempty"`
	Id        string `json:"jti,omitempty"`
	IssuedAt  int64  `json:"iat,omitempty"`
	Issuer    string `json:"iss,omitempty"`
	NotBefore int64  `json:"nbf,omitempty"`
	Subject   string `json:"sub,omitempty"`
}

另外需要注意的是，JWT是使用明文交互的，其中claim中包含了用戶的敏感信息，因此需要使用JWE進行加密。

在了解JWT之前可以看下幾個重要的術語：

JWS(SignedJWT)：經過簽名的jwt，為三段式結構：header、claims、signature

JWA：簽名算法，即 header中的alg字段值。

JWE(EncryptedJWT)：用于加密payload，如JWT，主要字段如下：

const (
	AgreementPartyUInfoKey    = "apu" #(Algorithm) Header Parameter 
	AgreementPartyVInfoKey    = "apv"
	AlgorithmKey              = "alg" #(Algorithm) Header Parameter 
	CompressionKey            = "zip" #(Compression Algorithm) Header Parameter
	ContentEncryptionKey      = "enc" #(Encryption Algorithm) Header Parameter
	ContentTypeKey            = "cty" #(Content Type) Header Parameter
	CriticalKey               = "crit" #(Critical) Header Parameter
	EphemeralPublicKeyKey     = "epk"
	JWKKey                    = "jwk" #(JSON Web Key) Header Parameter
	JWKSetURLKey              = "jku" #(JWK Set URL) Header Parameter
	KeyIDKey                  = "kid" #(Key ID) Header Parameter
	TypeKey                   = "typ" #(Type) Header Parameter
	X509CertChainKey          = "x5c" #(X.509 Certificate Chain) Header Parameter
	X509CertThumbprintKey     = "x5t" #(X.509 Certificate SHA-1 Thumbprint) Header Parameter 
	X509CertThumbprintS256Key = "x5t#S256" #(X.509 Certificate SHA-256 Thumbprint) Header Parameter
	X509URLKey                = "x5u" #(X.509 URL) Header Parameter
)

JWK：是一個JSON數據結構，用于JWS的簽名驗證以及JWE的加解密，主要字段如下：

const (
	KeyTypeKey                = "kty"      #(Key Type) Parameter
	KeyUsageKey               = "use"      #(Public Key Use) Parameter
	KeyOpsKey                 = "key_ops"  #(Key Operations) Parameter
	AlgorithmKey              = "alg"      #(Algorithm) Parameter
	KeyIDKey                  = "kid"      #(Key ID) Parameter
	X509URLKey                = "x5u"      #(X.509 URL) Parameter
	X509CertChainKey          = "x5c"      #(X.509 Certificate Chain) Parameter
	X509CertThumbprintKey     = "x5t"      #(X.509 Certificate SHA-1 Thumbprint) Parameter 
	X509CertThumbprintS256Key = "x5t#S256" #(X.509 Certificate SHA-256 Thumbprint) Parameter
)

例子

lestrrat-go庫中給出了很多例子。在使用該庫之前簡單看下主要的函數：

jwt.NewBuilder：創建一個表示JWT 的結構體(也可以使用jwt.New創建)：

type stdToken struct {
	mu            *sync.RWMutex
	dc            DecodeCtx          // per-object context for decoding
	options       TokenOptionSet     // per-object option
	audience      types.StringList   // https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-4.1.3
	expiration    *types.NumericDate // https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-4.1.4
	issuedAt      *types.NumericDate // https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-4.1.6
	issuer        *string            // https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-4.1.1
	jwtID         *string            // https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-4.1.7
	notBefore     *types.NumericDate // https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-4.1.5
	subject       *string            // https://tools.ietf.org/html/rfc7519#section-4.1.2
	privateClaims map[string]interface{} //用戶自定義的claims
}

jwt.Sign：用于對JWT 進行簽名，輸入為表示JWT元素的stdToken，輸出為[]byte

jwt.Parse：將簽名的token解析為stdToken，輸入為jwt.Sign的輸出。

jws.sign：使用字符串來創建JWS消息，入參為[]byte。與jwt.Sign的不同點在于，前者的入參是stdToken標準結構體，而后者是任意字符串。

jws.parse：對編碼的JWS消息進行解碼，輸出結構如下：

type Message struct {
	dc         DecodeCtx
	payload    []byte
	signatures []*Signature
	b64        bool // true if payload should be base64 encoded
}

jwe.Encrypt：加密payload

jwe.Decrypt：解密payload

下面看下如何生成JWT，以及如何結合使用JWE和JWK對其進行加密。

Example 1

下面jwt使用對稱方式進行簽名/解析，jwe使用非對稱方式進行加解密

package main

import (
	"crypto/rand"
	"crypto/rsa"
	"fmt"
	"github.com/lestrrat-go/jwx/v2/jwa"
	"github.com/lestrrat-go/jwx/v2/jwe"
	"github.com/lestrrat-go/jwx/v2/jwk"
	"github.com/lestrrat-go/jwx/v2/jws"
	"github.com/lestrrat-go/jwx/v2/jwt"
	"time"
)

func main() {
	// 創建一個jwt token結構體
	tok, err := jwt.NewBuilder().
		Issuer(`github.com/lestrrat-go/jwx`).
		IssuedAt(time.Now()).
		Build()
	if err != nil {
		fmt.Printf("failed to build token: %s\n", err)
		return
	}

	//創建對稱簽名的key
	key, err := jwk.FromRaw([]byte(`abracadabra`))
	if err != nil {
		fmt.Printf(`failed to create new symmetric key: %s`, err)
		return
	}
	key.Set(jws.KeyIDKey, `secret-key`)
	//使用HS256對稱簽名方式進行簽名，生成JWS
	signed, err := jwt.Sign(tok, jwt.WithKey(jwa.HS256, key))

	//下面使用jwe對JWS進行加密，使用的是非對稱加密方式
	//首先生成RSA密鑰對
	rawprivkey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, 2048)
	if err != nil {
		fmt.Printf("failed to create raw private key: %s\n", err)
		return
	}
	//提取私鑰，用于解密
	privkey, err := jwk.FromRaw(rawprivkey)
	if err != nil {
		fmt.Printf("failed to create private key: %s\n", err)
		return
	}
	//提取公鑰，用于加密
	pubkey, err := privkey.PublicKey()
	if err != nil {
		fmt.Printf("failed to create public key:%s\n", err)
		return
	}
	//使用公鑰加密JWS
	encrypted, err := jwe.Encrypt(signed, jwe.WithKey(jwa.RSA_OAEP, pubkey))
	if err != nil {
		fmt.Printf("failed to encrypt payload: %s\n", err)
		return
	}
	//使用私鑰解密出JWS
	decrypted, err := jwe.Decrypt(encrypted, jwe.WithKey(jwa.RSA_OAEP, privkey))
	if err != nil {
		fmt.Printf("failed to decrypt payload: %s\n", err)
		return
	}

	//使用對稱簽名方式解析出token 結構體
	parsedTok, err := jwt.Parse(decrypted, jwt.WithKey(jwa.HS256, key), jwt.WithValidate(true))
	if err != nil {
		fmt.Println("failed to parse signed token")
		return
	}
	fmt.Println(parsedTok)
}

Example 2

下面使用非對稱方式進行簽名/解析：

package main

import (
	"crypto/rand"
	"crypto/rsa"
	"fmt"
	"github.com/lestrrat-go/jwx/v2/jwa"
	"github.com/lestrrat-go/jwx/v2/jwt"
)

func main() {
  //創建RSA密鑰對
	privKey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, 2048)
	if err != nil {
		fmt.Printf("failed to generate private key: %s\n", err)
		return
	}

	var payload []byte
	{ // 創建JWT payload
		token := jwt.New()
		token.Set(`foo`, `bar`)
    //使用RSA私鑰進行簽名
		payload, err = jwt.Sign(token, jwt.WithKey(jwa.RS256, privKey))
		if err != nil {
			fmt.Printf("failed to generate signed payload: %s\n", err)
			return
		}
	}

	{ // 使用RSA公鑰進行解析
		token, err := jwt.Parse(
			payload,
			jwt.WithValidate(true),
			jwt.WithKey(jwa.RS256, &privKey.PublicKey),
		)
		if err != nil {
			fmt.Printf("failed to parse JWT token: %s\n", err)
			return
		}

		fmt.Println(token)
	}
}

Example 3

上面使用的JWK是使用代碼生成的，也可以加載本地文件(jwk.ReadFile)或通過JSU的方式從網絡上拉取所需的JWK(jwk.Fetch)。

lestrrat-go的官方文檔中給出了很多指導。

{
  v, err := jwk.ReadFile(`private-key.pem`, jwk.WithPEM(true))
  if err != nil {
    // handle error
  }
}

{
  v, err := jwk.ReadFile(`public-key.pem`, jwk.WithPEM(true))
  if err != nil {
    // handle error
  }
}

	srv := httptest.NewTLSServer(http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
		w.WriteHeader(http.StatusOK)
		fmt.Fprintf(w, `{
  		"keys": [
        {"kty":"EC",
         "crv":"P-256",
         "x":"MKBCTNIcKUSDii11ySs3526iDZ8AiTo7Tu6KPAqv7D4",
         "y":"4Etl6SRW2YiLUrN5vfvVHuhp7x8PxltmWWlbbM4IFyM",
         "use":"enc",
         "kid":"1"},
        {"kty":"RSA",
         "n": "0vx7agoebGcQSuuPiLJXZptN9nndrQmbXEps2aiAFbWhM78LhWx4cbbfAAtVT86zwu1RK7aPFFxuhDR1L6tSoc_BJECPebWKRXjBZCiFV4n3oknjhMstn64tZ_2W-5JsGY4Hc5n9yBXArwl93lqt7_RN5w6Cf0h5QyQ5v-65YGjQR0_FDW2QvzqY368QQMicAtaSqzs8KJZgnYb9c7d0zgdAZHzu6qMQvRL5hajrn1n91CbOpbISD08qNLyrdkt-bFTWhAI4vMQFh7WeZu0fM4lFd2NcRwr3XPksINHaQ-G_xBniIqbw0Ls1jF44-csFCur-kEgU8awapJzKnqDKgw",
         "e":"AQAB",
         "alg":"RS256",
         "kid":"2011-04-29"}
      ]
    }`)
	}))
	defer srv.Close()

	set, err := jwk.Fetch(
		context.Background(),
		srv.URL,
		// This is necessary because httptest.Server is using a custom certificate
		jwk.WithHTTPClient(srv.Client()),
	)
	if err != nil {
		fmt.Printf("failed to fetch JWKS: %s\n", err)
		return
	}

以上就是關于“Golang怎么使用JWT進行認證和加密”這篇文章的內容，相信大家都有了一定的了解，希望小編分享的內容對大家有幫助，若想了解更多相關的知識內容，請關注億速云行業資訊頻道。