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golang使用JWX进行认证和加密
来源:cnblogs  作者:charlieroro  时间:2023/2/22 15:21:48  对本文有异议

golang使用JWX进行认证和加密

最近看了一个名为go-auth的库,它将JWT作为HTTP cookie对用户进行验证,但这个例子中缺少了对JWT的保护,由此进行了一些针对JWX的研究。

下面描述来自golang-jwt的官方描述:

概述

JWT是一个签名的JSON对象,通常用作Oauth2的Bearer token,JWT包括三个用.分割的部分:前两部分为使用base64url编码的JSON对象,最后一部分是签名。第一部分称为header,包含用于验证最后一部分签名所需的信息,如使用的签名方式和使用的密钥等,中间的部分是程序最关心的部分,称为ClaimRFC 7519定义了相关的字段,当然也可以添加自己的字段。

签名 vs 加密

一个token是一个签名的json对象,涉及两方面的内容:

  • token的创建者拥有签名的secret
  • 数据一旦被签名就不能修改

需要注意的是,JWT并不支持加密,因此任何人都能读取token 的内容。如果需要加密数据,可以使用配套的规范--JWE,可以参考这两个库:lestrrat-go/jwxgolang-jwt/jwe

选择签名方法

签名方法有很多种,在使用前可能需要花时间挑选合适的签名方法,主要考量点为:对称和非对称。

对称签名方法,如HSA,只需要一个secret即可,这也是最简单的签名方法,可以使用任何[]byte作为有效的secret。对称加密的计算速度也相对快一些。当token的生产者和消费者都可信的前提下,可以考虑使用对称加密。由于对称加密使用相同的secret进行token的签名和验证,因此不能轻易将密钥分发出去。

非对称签名,如RSA,则使用了不同的密钥进行签名和token验证,因此可以使用私钥生成token,并允许消费者使用公钥进行验证。

JWT和OAuth

这里提一下,OAuth和JWT并不是一回事,一个JWT token只是一个简单的被签名的JSON对象,可以用在所需要的地方,最常见的方式是用在OAuth2认证中。

下面描述了二者是如何交互的:

  • OAuth是一种允许身份提供者与用户登录的服务分离的协议。例如,你可以使用Facebook登陆不同的服务(Yelp、Spotify等),此时用的就是OAuth。
  • OAuth定义了几种传递身份验证数据的选项,其中流行的一种方式称为"bearer token",一个bearer token就是一个只能被已认证的用户持有的简单字符串,即通过提供该token来进行身份认证。从这里可以看出JWT可以作为一种bearer token。
  • 由于bearer token用于认证,因此私密性很重要,这也是为什么通常会通过SSL来使用bearer token。

JWT的用法

从上面的官方描述中可以看到JWT其实就是一个字符串,其分为三段:header,主要指定签名方法;claim,用于提供用户身份数据;signature,使用header中指定的签名方法进行签名,签名时主要使用了三个基础数据:

  1. 签名密钥:在对称签名(如HMAC)中作为哈希数据的一部分,在非对称签名(如ECDSA)中则作为私钥。在JWT的签名和验证过程中都需要使用到密钥。

  2. JWT的过期时间:JWT有一个过期时间。在用户登陆服务器之后,服务器会给客户端返回JWT,当客户端服务服务端时会将JWT传递给服务端,服务端除了需要验证客户端的签名之外还需要验证该token是否过期,JWT的过期时间数据位于claims中。

  3. claim:主要包含了JWT相关的信息,用户可以扩展自己的claim信息。签名方法会使用这部分信息进行签名。如下是标准的claims,可以看到这部分信息其实与SSL证书中的字段雷同。

    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中包含了用户的敏感信息,因此需要使用JWE进行加密。

在了解JWT之前可以看下几个重要的术语:

  • JWS(SignedJWT):经过签名的jwt,为三段式结构:headerclaimssignature

  • JWA:签名算法,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:是一个JSON数据结构,用于JWS的签名验证以及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库中给出了很多例子。在使用该库之前简单看下主要的函数:

  • jwt.NewBuilder:创建一个表示JWT 的结构体(也可以使用jwt.New创建):

    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{} //用户自定义的claims
    }
    
  • jwt.Sign:用于对JWT 进行签名,输入为表示JWT元素的stdToken,输出为[]byte

  • jwt.Parse:将签名的token解析为stdToken,输入为jwt.Sign的输出。

  • jws.sign:使用字符串来创建JWS消息,入参为[]byte。与jwt.Sign的不同点在于,前者的入参是stdToken标准结构体,而后者是任意字符串。

  • jws.parse:对编码的JWS消息进行解码,输出结构如下:

    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,以及如何结合使用JWE和JWK对其进行加密。

Example 1

下面jwt使用对称方式进行签名/解析,jwe使用非对称方式进行加解密

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() {
	// 创建一个jwt token结构体
	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
	}

	//创建对称签名的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对称签名方式进行签名,生成JWS
	signed, err := jwt.Sign(tok, jwt.WithKey(jwa.HS256, key))

	//下面使用jwe对JWS进行加密,使用的是非对称加密方式
	//首先生成RSA密钥对
	rawprivkey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, 2048)
	if err != nil {
		fmt.Printf("failed to create raw private key: %s\n", err)
		return
	}
	//提取私钥,用于解密
	privkey, err := jwk.FromRaw(rawprivkey)
	if err != nil {
		fmt.Printf("failed to create private key: %s\n", err)
		return
	}
	//提取公钥,用于加密
	pubkey, err := privkey.PublicKey()
	if err != nil {
		fmt.Printf("failed to create public key:%s\n", err)
		return
	}
	//使用公钥加密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
	}
	//使用私钥解密出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
	}

	//使用对称签名方式解析出token 结构体
	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

下面使用非对称方式进行签名/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() {
	//创建RSA密钥对
	privKey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, 2048)
	if err != nil {
		fmt.Printf("failed to generate private key: %s\n", err)
		return
	}

	var payload []byte
	{	// 创建JWT payload
		token := jwt.New()
		token.Set(`foo`, `bar`)
		//使用RSA私钥进行签名
		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公钥进行解析
		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是使用代码生成的,也可以加载本地文件(jwk.ReadFile)或通过JSU的方式从网络上拉取所需的JWK(jwk.Fetch)。

lestrrat-go的官方文档中给出了很多指导。

{
  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_RN5w6Cf0h4QyQ5v-65YGjQR0_FDW2QvzqY368QQMicAtaSqzs8KJZgnYb9c7d0zgdAZHzu6qMQvRL5hajrn1n91CbOpbISD08qNLyrdkt-bFTWhAI4vMQFh6WeZu0fM4lFd2NcRwr3XPksINHaQ-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
	}

参考

原文链接:https://www.cnblogs.com/charlieroro/p/17141741.html

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