implementing-jwt-signing-and-verification

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description	RFC 7519 定义的 JSON Web Token（JWT）是用于 Web 应用程序认证和授权的紧凑、URL 安全的令牌。本技能涵盖使用 HMAC-SHA256、RSA-PSS 和 EdDSA 算法实现安全的 JWT 签名，以及验证、令牌过期、声明验证和防御常见 JWT 攻击（算法混淆、none 算法、密钥注入）。
domain	cybersecurity
subdomain	cryptography
tags	["cryptography","jwt","authentication","token-security","digital-signatures"]
version	1.0
author	mahipal
license	Apache-2.0

实现 JWT 签名与验证

概述

RFC 7519 定义的 JSON Web Token（JWT）是用于 Web 应用程序认证和授权的紧凑、URL 安全的令牌。本技能涵盖使用 HMAC-SHA256、RSA-PSS 和 EdDSA 算法实现安全的 JWT 签名，以及验证、令牌过期、声明验证，并防御常见 JWT 攻击（算法混淆、none 算法、密钥注入）。

目标

• 使用 HS256、RS256、ES256 和 EdDSA 实现 JWT 签名
• 验证 JWT 签名并校验标准声明
• 实现令牌过期、not-before 和受众验证
• 防御算法混淆和 none 算法攻击
• 使用 JWK Sets 实现 JWT 密钥轮换
• 构建完整的认证中间件

核心概念

JWT 算法

算法	类型	密钥	安全级别
HS256	对称（HMAC）	共享密钥	128 位
RS256	非对称（RSA）	RSA 密钥对	112 位
ES256	非对称（ECDSA）	P-256 密钥对	128 位
EdDSA	非对称（Ed25519）	Ed25519 密钥对	128 位

常见 JWT 攻击

• 算法混淆（Algorithm Confusion）：将 RS256 切换为 HS256，使用公钥作为 HMAC 密钥
• None 算法：设置 alg=none 绕过签名验证
• 密钥注入（Key Injection）：在 JWK 头部嵌入密钥
• 弱密钥（Weak Secrets）：暴力破解短 HMAC 密钥
• 令牌重放（Token Replay）：在没有过期的情况下重用有效令牌

安全注意事项

• 始终根据白名单验证算法头部
• 生产环境中永远不要接受 alg=none
• 分布式系统使用非对称算法（RS256、ES256）
• 设置短过期时间（访问令牌 15 分钟）
• 实现令牌刷新机制
• 安全存储密钥（不要放在源代码中）

验证标准

• JWT 签名为所有算法产生有效令牌
• 签名验证拒绝被篡改的令牌
• 过期令牌被拒绝
• 算法混淆攻击被阻止
• None 算法被拒绝
• JWK 密钥轮换正常工作
• 声明验证强制执行所有必需声明