关于jwt

JWT的全称是Json Web Token。它遵循JSON格式，将用户信息加密到token里，服务器不保存任何用户信息，只保存密钥信息，通过使用特定加密算法验证token，通过token验证用户身份。基于token的身份验证可以替代传统的cookie+session身份验证方法。

jwt由三个部分组成：header.payload.signature

header部分

header部分最常用的两个字段是alg和typ，alg指定了token加密使用的算法（最常用的为HMAC和RSA算法），typ`声明类型为JWT

header通常会长这个样子：

{
        "alg" : "HS256",
        "typ" : "jwt"
}

payload部分

payload则为用户数据以及一些元数据有关的声明，用以声明权限，举个例子，一次登录的过程可能会传递以下数据

{
        "user_role" : "finn",    //当前登录用户
    "iss": "admin",          //该JWT的签发者
    "iat": 1573440582,        //签发时间
    "exp": 1573940267,        //过期时间
    "nbf": 1573440582,         //该时间之前不接收处理该Token
    "domain": "example.com",   //面向的用户
    "jti": "dff4214121e83057655e10bd9751d657"   //Token唯一标识
}

signature部分

signature的功能是保护token完整性。

生成方法为将header和payload两个部分联结起来，然后通过header部分指定的算法，计算出签名。

抽象成公式就是

signature = HMAC-SHA256(base64urlEncode(header) + '.' + base64urlEncode(payload), secret_key)

值得注意的是，编码header和payload时使用的编码方式为base64urlencode，base64url编码是base64的修改版，为了方便在网络中传输使用了不同的编码表，它不会在末尾填充"="号，并将标准Base64中的"+"和"/"分别改成了"-"和"-"。

完整token生成

一个完整的jwt格式为(header.payload.signature)，其中header、payload使用base64url编码，signature通过指定算法生成。

python的Pyjwt使用示例如下

import jwt

encoded_jwt = jwt.encode({'user_name': 'admin'}, 'key', algorithm='HS256')
print(encoded_jwt)
print(jwt.decode(encoded_jwt, 'key', algorithms=['HS256']))

生成的token为

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VyX25hbWUiOiJhZG1pbiJ9.oL5szC7mFoJ_7FI9UVMcKfmisqr6Qlo1dusps5wOUlo

空加密算法

JWT支持使用空加密算法，可以在header中指定alg为None

这样的话，只要把signature设置为空（即不添加signature字段），提交到服务器，任何token都可以通过服务器的验证。举个例子，使用以下的字段

{
    "alg" : "None",
    "typ" : "jwt"
}

{
    "user" : "Admin"
}

生成的完整token为ew0KCSJhbGciIDogIk5vbmUiLA0KCSJ0eXAiIDogImp3dCINCn0.ew0KCSJ1c2VyIiA6ICJBZG1pbiINCn0

(header+'.'+payload，去掉了'.'+signature字段)

空加密算法的设计初衷是用于调试的，但是如果某天开发人员脑阔瓦特了，在生产环境中开启了空加密算法，缺少签名算法，jwt保证信息不被篡改的功能就失效了。攻击者只需要把alg字段设置为None，就可以在payload中构造身份信息，伪造用户身份。

修改RSA加密算法为HMAC

JWT中最常用的两种算法为HMAC和RSA。

HMAC是密钥相关的哈希运算消息认证码（Hash-based Message Authentication Code）的缩写，它是一种对称加密算法，使用相同的密钥对传输信息进行加解密。

RSA则是一种非对称加密算法，使用私钥加密明文，公钥解密密文。

在HMAC和RSA算法中，都是使用私钥对signature字段进行签名，只有拿到了加密时使用的私钥，才有可能伪造token。

现在我们假设有这样一种情况，一个Web应用，在JWT传输过程中使用RSA算法，密钥pem对JWT token进行签名，公钥pub对签名进行验证。

{
    "alg" : "RS256",
    "typ" : "jwt"
}

通常情况下密钥pem是无法获取到的，但是公钥pub却可以很容易通过某些途径读取到，这时，将JWT的加密算法修改为HMAC，即

{
    "alg" : "HS256",
    "typ" : "jwt"
}

同时使用获取到的公钥pub作为算法的密钥，对token进行签名，发送到服务器端。

服务器端会将RSA的公钥（pub）视为当前算法（HMAC）的密钥，使用HS256算法对接收到的签名进行验证。

https://skysec.top/2018/05/19/2018CUMTCTF-Final-Web/#Pastebin/

俗话说，有密码验证的地方，就有会爆破。

不过对 JWT 的密钥爆破需要在一定的前提下进行：

• 知悉JWT使用的加密算法
• 一段有效的、已签名的token
• 签名用的密钥不复杂（弱密钥）

所以其实JWT 密钥爆破的局限性很大。

相关工具：c-jwt-cracker

以下是几个使用示例

可以看到简单的字母数字组合都是可以爆破的，但是密钥位数稍微长一点或者更复杂一点的话，爆破时间就会需要很久。

修改KID参数

kid是jwt header中的一个可选参数，全称是key ID，它用于指定加密算法的密钥

{
    "alg" : "HS256",
    "typ" : "jwt",
    "kid" : "/home/jwt/.ssh/pem"
}

因为该参数可以由用户输入，所以也可能造成一些安全问题。

任意文件读取

kid参数用于读取密钥文件，但系统并不会知道用户想要读取的到底是不是密钥文件，所以，如果在没有对参数进行过滤的前提下，攻击者是可以读取到系统的任意文件的。

{
    "alg" : "HS256",
    "typ" : "jwt",
    "kid" : "/etc/passwd"
}

SQL注入

kid也可以从数据库中提取数据，这时候就有可能造成SQL注入攻击，通过构造SQL语句来获取数据或者是绕过signature的验证

{
    "alg" : "HS256",
    "typ" : "jwt",
    "kid" : "key11111111' || union select 'secretkey' -- "
}

对kid参数过滤不严也可能会出现命令注入问题，但是利用条件比较苛刻。如果服务器后端使用的是Ruby，在读取密钥文件时使用了open函数，通过构造参数就可能造成命令注入。

"/path/to/key_file|whoami"

对于其他的语言，例如php，如果代码中使用的是exec或者是system来读取密钥文件，那么同样也可以造成命令注入，当然这个可能性就比较小了。

修改JKU/X5U参数

JKU的全称是"JSON Web Key Set URL"，用于指定一组用于验证令牌的密钥的URL。类似于kid，JKU也可以由用户指定输入数据，如果没有经过严格过滤，就可以指定一组自定义的密钥文件，并指定web应用使用该组密钥来验证token。

X5U则以URI的形式数允许攻击者指定用于验证令牌的公钥证书或证书链，与JKU的攻击利用方式类似。

JWT保证的是数据传输过程中的完整性而不是机密性。

由于payload是使用base64url编码的，所以相当于明文传输，如果在payload中携带了敏感信息（如存放密钥对的文件路径），单独对payload部分进行base64url解码，就可以读取到payload中携带的信息。