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JWT的认识与攻击

2018-05-01 17:44:11

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0x01 初识JWT

JWT （ JSON Web Token 的缩写）是一串带有声明信息的字符串，由服务端用加密算法对信息签名来保证其完整性和不可伪造。Token里可以包含所有必要信息，这样服务端就无需保存任何关于用户或会话的信息，JWT可用于身份认证、会话状态维持、信息交换等。

JWT 由三部分构成，分别称为 header 、payload 和 signature ，各部分用. 相连构成一个完整的Token，形如xxxxx.yyyyy.zzzzz 。

分别看下各个部分：

header ：

使用一个JSON格式字符串声明token的类型和签名用的算法等，形如{"alg": "HS256", "typ": "JWT"} 。该字符串经过Base64Url编码后形成JWT的第一部分xxxxx。

Base64Url编码可以用这段代码直观理解：

  
from base64 import *
def base64URLen(s):
    t0=b64encode(s)
    t1=t0.strip('=').replace('+','-').replace('/','_')
    return t1

def base64URLde(s):
    t0=s.replace('-','+').replace('_','/')
    t1=t0+'='*(4-len(t0)%4)%4
    return b64decode(t1)

payload :

使用一个JSON格式字符串描述所要声明的信息，分为 registered 、public 、和 private 三类，形如{"name": "John Doe", "admin": true} ，具体信息可参考 RFC7519 的 JWT claims 部分。

同样的，该字符串经过Base64Url编码形成JWT的第二部分yyyyy。

signature :

将 xxxxx.yyyyy 使用alg 指定的算法加密，然后再Base64Url编码得到JWT的第三部分zzzzz 。所支持的算法类型取决于实现，但HS256 和 none 是强制要求实现的。

0x02 简单应用

在本地运行起简单的基于Express的可发放和处理JWT的服务。

安装Node.js。Node.js是JavaScript运行时环境，采用轻量高效的事件驱动、无阻塞I/O模型，拥有最大的开源库生态nmp。

  Windows平台可在 https://nodejs.org/en/download/ 下载安装包 
*nix 平台可根据 https://nodejs.org/en/download/package-manager/ 提示使用包管理器安装

安装Express，一款基于Node.js的快速、灵活、极简的Web框架。

  # http://expressjs.com/en/starter/installing.html
mkdir D:\myapp && cd D:\myapp 
    （全部回车，保持默认配置）
npm init 
npm install express --save

运行本地服务

新建 index.js ，内容如下

  const express = require('express')
const app = express()
app.get('/', (req, res) => res.send('Hello World!'))
app.listen(3000, () => console.log('Example app listening on port 3000!'))

运行node index.js ，就可从本地访问 http://localhost:3000 。

安装必要模块： 适用于Node.js的JWT编解码模块 node-jwt-simple 和 cookie解析模块 cookie-parser

  # https://github.com/hokaccha/node-jwt-simple
npm install jwt-simple
npm install cookie-parser

一个简单的本地demo

  //index.js
//http://expressjs.com/en/4x/api.html
//https://github.com/hokaccha/node-jwt-simple

//一些初始化的工作
const express = require('express')
var jwt = require('jwt-simple')
var cookieParser = require('cookie-parser')
var jwt_secret = "this is a secret for jwt"
const app = express()
app.use(cookieParser())

app.get('/',(req,res)=>res.redirect('/help'))
app.get('/help', (req, res) => {
    var RequstedURL=req.protocol+'://'+req.get('Host')
    res.send([ 
        'GET '+RequstedURL+'/login?user=name&pass=passwd to get your JSON Web Token ' , 
        'GET '+RequstedURL+'/whoami to identify yourself'
        ].join('<br>'))
})

app.get('/login',(req,res)=>{
    var users={
        "admin":"admin_password_is_hard_to_guess",
        "test":"test123"
    }
    var payload = {"name":req.query.user}
    if(users[req.query.user]===req.query.pass){
        res.cookie('jwt',jwt.encode(payload,jwt_secret))
        res.send(req.query.user +' logged in')
    }
    else{res.send('login failed!')}
})

app.get('/whoami',(req,res)=>{
    try {res.send("you are logged in as :<br>" +jwt.decode(req.cookies.jwt,jwt_secret)['name'])}
    catch(err) {res.send("your JWT is :<br>"+req.cookies.jwt)}
})

app.listen(3000, () => {
    console.log('Example app listening on port 3000!');
    console.log('Example app listening on port 3000!')
})

推荐几个在线工具
- https://jwt.io
- by Sjoerd Langkemper
  - 支持 hs256 算法
  - 支持 rs256 算法
- by Kenji Urushima
  - 支持更多算法 kjur/jsjws

0x03 攻击面

发现敏感信息

JWT中的header 和 payload 虽然看起来不可读，但实际上都只经过简单编码，开发者可能误将敏感信息存储在里面。使用上述工具可以方便地解码JWT中前两部分的信息。

指定算法为none

上面提到算法 none 是JWT规范中强制要求实现的，但有些实现JWT的库直接将使用none 算法的token视为已经过校验。这样攻击者就可以设置alg 为none ，使signature 部分为空，然后构造包含任意payload 的JWT来欺骗服务端。

将签名算法从非对称类型改为对称类型

使用非对称加密算法（主要基于RSA、ECDSA，如S256）分发JWT的过程是使用私钥（private）加密生成JWT，使用公钥（public）解密验证。

使用对称加密算法（主要基于HMAC，如HS256）分发JWT的过程是使用同一个密钥（secret）生成和验证JWT。

如果服务端期待收到的算法类型为RS256，然后以RS256和public去验证JWT，而实际上收到的算法类型是HS256，那么服务端就可能尝试把public当作secret，然后用HS256算法解密验证JWT。

由于RS256的public人人都可获得，攻击者可以预先以public为密钥，用HS256算法伪造包含任意payload 的JWT，从而成功通过服务端的验证。

爆破密钥

JWT的安全性依赖于密钥的保密性，任何拥有密钥的人都可以构造任何内容的合法token。

当一个JSON Web Token 被分发出去，如果密钥不够强壮就存在被爆破的风险，而且整个爆破过程可以离线进行。

已经有人写了一些工具，推荐如下：

伪造密钥

有时JWT采用header 中的kid 字段关联校验算法的密钥，这个密钥可能是对称加密的密钥，也可能是非对称加密的公钥。如果能够猜测kid 和密钥的关联性，攻击者就可能修改kid 来欺骗服务端，使其校验时使用攻击者可控的密钥，于是攻击者就可以伪造任意内容的可通过校验的JWT。

一个例子：2017 HITB Pasty

0x04 安全建议

验证函数应忽略JWT中的algo 字段，预先就明确JWT使用的算法，如果需要使用多种算法，可以在header 中使用表示"key ID" 的kid 字段，查询每个kid 对应的算法。
JWT/JWS 标准应该移除 header 中的algo 字段。JWT的许多安全缺陷都来自于开发者依赖这一客户端可控的字段。
开发者应升级相应库到最新版本，因为旧版本可能存在致命缺陷。

0x05 参考文章

# JWT

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