JWT vs PASETO：基于令牌的身份验证的新时代

JWT vs PASETO：基于令牌的身份验证的新时代

基于令牌的身份验证已经成为现代Web应用和API中主流的安全授权方式。本文深入对比了JWT（JSON Web Token）和PASETO两种主流的令牌机制，从结构、安全特性、使用场景等多个维度进行剖析，帮助开发者在项目中做出明智的选择。

基于令牌的认证是如何工作的？

基于令牌的身份验证为现代应用程序管理用户访问提供了一种安全且高效的方式。与依赖服务器端存储的传统会话-based方法不同，基于令牌的系统在用户成功认证后向客户端发放令牌。

让我们分解一下典型的流程：

1. 用户登录：用户通过提供其凭证（用户名和密码）来启动登录过程。
2. 验证：应用程序将这些凭证与数据库或其他验证机制进行比对，验证用户身份。
3. 令牌生成：在成功验证后，应用程序生成一个包含相关用户信息和权限的唯一、数字签名的令牌。此令牌作为用户身份和访问权限的安全表示。
4. 令牌交付：应用程序将生成的令牌发送给客户端，通常包含在HTTP响应头或响应体中。
5. 客户端存储：客户端安全地存储接收到的令牌，通常存储在本地存储、会话存储或cookie中，以便在后续请求中使用。
6. 资源请求：当客户端需要访问受保护的资源时，它会在HTTP请求的授权头中包含令牌。这向服务器表明客户端正在尝试访问受限制的区域。
7. 令牌验证：当收到带有令牌的请求时，服务器使用令牌的签名算法对应的密钥或公钥来确认令牌的有效性和完整性。
8. 访问控制：根据验证的令牌及其嵌入的权限，服务器确定客户端是否有访问请求资源的必要授权。如果授权，服务器授予访问权限并满足请求。否则，访问将被拒绝。

一个说明基于令牌的身份验证流程的流程图

什么是JWT？

JWT（JSON Web Token）是一个开放标准（RFC 7519），定义了一种紧凑且自包含的方法，用于安全地在各方之间传输信息，作为 JSON 对象。

JWT 通常用于验证用户身份并授予访问私有资源的权限。此外，使用 JWT 还可以安全地在应用程序之间共享信息。

一个 JWT 由三部分组成：

• Header: 这定义了令牌类型（JWT）和使用的签名算法。示例：

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

• Payload: 它包含关于一个实体（通常是用户）的声明以及额外的数据。例如：

  {
    "sub": "1234567890",
    "name": "John Doe",
    "iat": 1516239022
  }
  

• Signature: 这用于验证令牌的真实性和完整性。它是通过结合编码后的头部、编码后的负载、一个密钥和指定的签名算法生成的。示例（使用 HMAC SHA256）：

  HMACSHA256(
    base64UrlEncode(header) + "." +
    base64UrlEncode(payload),
    secret)
  

JWT 是如何工作的？

该过程包括：

1. 令牌生成：用户认证成功后，服务器生成包含用户信息和权限的JWT。此令牌使用密钥进行签名。
2. 令牌发送给客户端：服务器将JWT发送给客户端，通常在HTTP响应头中。
3. 客户端存储令牌：客户端安全地存储JWT，通常存储在本地存储或cookie中。
4. 客户端请求资源：客户端在后续请求私有资源时，将JWT包含在授权头中。
5. 服务器验证令牌：服务器使用密钥验证JWT的签名和过期时间。
6. 授予/拒绝访问：根据令牌验证的结果，服务器授予或拒绝访问请求的资源。

JWT 的陷阱

虽然 JWT 提供了许多优势，但如果不正确地实现，需要注意可能出现的潜在陷阱和安全问题。这里有一些与JWT令牌相关的关键问题：

• 由于不当的算法选择而产生的安全风险
• 密钥管理的问题
• 撤销挑战
• 绕过签名验证

什么是PASETO（平台无关安全令牌）？

Paseto（平台无关安全令牌）是一种安全的无状态令牌规范。它提供了比JWT更现代和更好的替代方案，解决了JWT的一些固有漏洞，并强调了安全的默认设置和易于实现。

Paseto 结构

与 JWT 的单一通用结构不同，Paseto 采用版本化的方法，并具有两种不同的令牌用途：

• 本地令牌：这设计用于有状态的服务器端会话，其中令牌安全地存储在服务器端并与用户的会话相关联。
• 公共令牌：这适用于无状态的应用程序和涉及公钥加密的用例。这些令牌可以安全地传输和验证，而无需服务器端存储。

本地和公共令牌都具有相似的结构，由三部分组成：

• 头部：此部分标识了 Paseto 版本和用途（本地或公共），以及所使用的具体加密算法。
• 负载：与 JWT 类似，负载包含表示实体（通常是用户）信息的声明，以及与应用程序相关的任何其他数据。
• 尾部（可选）：尾部可以包含额外的认证数据，为令牌提供额外的安全性和上下文。

PASETO 是如何工作的？

Paseto的核心优势在于其专注于安全的默认设置和明确的实现定义。它通过明确指定每个版本和用途应使用哪种加密算法，消除了JWT中已知漏洞——算法混淆的风险。这种方法确保开发人员不会不小心选择不安全的选项。

• 本地令牌：通常使用对称密钥加密，其中相同的密钥用于加密和解密。这使得它们适合用于服务器端会话管理，其中服务器控制密钥。
• 公共令牌：使用公钥加密，涉及一个公钥用于加密和一个私钥用于解密。这使得在不共享密钥的情况下进行安全通信和验证成为可能。

如何在项目中实现 JWT 或 Paseto？

这里是你项目中实现 JWT 或 Paseto 的基本指南：

1. 选择一个库：为你的项目选择一个库。对于像 Python、Node.js、Java 和 Ruby 这样的流行语言，有许多可用的选项。
2. 生成密钥：创建一个强壮且安全的密钥以用于签名和验证令牌。安全地存储它。对于本地令牌，生成一个安全的密钥。对于公共令牌，生成一个公钥-私钥对。
3. 实现令牌生成：开发一种机制，在用户成功认证后生成令牌，并在负载中包含相关声明。
4. 实现令牌验证：在服务器端实现逻辑，以验证请求中收到的令牌，包括验证签名和过期时间。
5. 安全存储令牌：在客户端安全地存储 JWT（例如，带有 Secure 标志的 HttpOnly cookies）。
6. 处理令牌过期：实现一种策略来处理过期令牌，例如使用刷新令牌或要求重新认证。
7. 提取和验证负载：此步骤仅适用于 Paseto，其中需要提取负载并验证以确保信息的真实性和完整性。

Paseto 和 JWT 之间的关键区别

Token 撤销：更深入的探讨

令牌撤销是安全认证的重要组成部分。它确保被泄露的令牌失效，防止未经授权的访问。以下是如何使用JWT和Paseto实现这一功能的详细介绍：

JWT

• 由于 JWT 通常是无状态的，除非使用了特定的撤销机制，否则服务器不会跟踪已颁发的令牌。

常见的 JWT 撤销方法：

• 黑名单：维护一个被撤销令牌的列表，服务器在授予访问权限之前会检查该列表。
• 令牌绑定：这种方法将令牌与特定的用户代理（如浏览器）关联起来，如果用户代理发生变化，令牌将失效。
• 专用撤销服务：一个单独的服务可以管理令牌的撤销，并与服务器进行通信。

Paseto

• Paseto的本地令牌：如前所述，服务器会维护一个已发行的本地令牌列表，使得撤销操作更简单。当用户登出时，服务器可以使令牌失效，防止进一步访问。
• Paseto的公共令牌：这些令牌是无状态的，因此服务器没有活动令牌的列表。你需要使用令牌绑定、单独的撤销服务或其他解决方案来处理撤销操作。

令牌撤销的最佳实践：

• 实现更好的撤销机制：选择一种与应用程序的安全要求和你使用的令牌类型相匹配的方法。
• 确保正确的通信：如果你使用了专门的撤销服务，确保它与你的应用程序安全集成。
• 测试你的撤销过程：定期测试你的撤销系统，以确认它按预期工作。

除了令牌撤销之外，还有一些架构模式可以提高令牌的安全性和管理。其中之一就是 Backend for Frontend (BFF)。

前端后端分离模式 (BFF)

后端为前端（BFF）模式是一种处理认证和令牌管理的强大方法。它通常与OAuth一起使用。BFF涉及一个服务器端前端（如Next.js），作为客户端和后端之间的桥梁。

BFF 在服务器端管理令牌，只将 cookie 发送给客户端。这消除了客户端存储令牌的需要，从而增强了安全性。

BFF 模式的好处：

• 增强安全性：将令牌保留在服务器端可以降低客户端漏洞和令牌被盗的风险。
• 简化客户端开发：客户端只需管理 cookies，使开发变得更加简单。
• 提高性能：BFF 可以为客户端优化 API 请求。

你可以考虑使用 BFF 模式，通过评估 BFF 模式是否符合你的架构和安全需求。

选择 Paseto 和 JWT 之间的差异

Paseto 和 JWT 都提供了各自的优势和劣势，使得选择取决于你的具体需求和优先级。这里有几点可以影响你的决定：

安全需求

• Paseto: 如果您的应用程序需要强大的安全性和防范常见漏洞的能力，那么 Paseto 可能是最适合您的选择。因为它旨在解决算法混淆等问题，并促进更好的密钥管理实践，从而确保更高的安全性。
• JWT: 尽管 JWT 在正确实现时可以是安全的，但它需要开发者细致入微的关注和对潜在陷阱的全面理解。开发者必须警惕避免常见的配置错误和漏洞。

应用架构

• Paseto: Paseto 提供了本地令牌和公共令牌之间的明确区分，以满足不同的架构需求。本地令牌专为具有会话管理的传统 Web 应用程序设计的状态服务器会话而设计。公共令牌面向无状态应用程序和公钥加密，非常适合微服务和 API 驱动的架构。
• JWT: 它的灵活结构可以适应有状态和无状态的应用程序。然而，如果不谨慎处理，这种灵活性也可能导致模糊和潜在的误用。

开发者熟悉度

• Paseto: 尽管 Paseto 的生态系统正在稳步增长，但它可能还没有达到 JWT 支持的广度和深度。开发人员可能需要投入额外的努力来寻找合适的库并理解 Paseto 的特定实现。
• JWT: 由于其较早的采用和广泛的使用，JWT 受益于更大的社区和各种编程语言中易于获取的库、框架和文档。这使得开发人员更容易找到资源并在项目中实现 JWT。

生态系统支持

• Paseto: 它的生态系统正在扩大，越来越多的库和工具开始支持流行的编程语言。然而，它可能还没有达到JWT那样全面的支持，特别是在较少使用的语言或框架方面。
• JWT: JWT 在众多编程语言、框架和库中都有广泛的支持。这种广泛的采用确保了资源的丰富性，并简化了与现有工具和基础设施的集成。

Web 令牌的未来

Web 令牌领域不断演变，受到密码学进步、安全威胁变化以及对安全高效的身份验证机制日益增长的需求的推动。这里有一些新兴的想法，可能会塑造未来网络令牌的发展：

增强安全和加密技术

• 量子-resistant 加密: 随着量子计算机可能破解现有加密算法的风险日益临近，开发和采用量子-resistant 加密算法对于未来保护 web 令牌至关重要。
• 后量子加密: 研究和标准化工作正在进行，以开发和整合后量子加密算法到基于令牌的系统中，确保长期安全并抵御量子威胁。

去中心化身份和自主主权身份 (SSI)

• 可验证凭证: 随着可验证凭证的兴起，个人可以控制和管理自己的数字身份，这可能会影响令牌在认证和授权中的使用方式。
• 去中心化标识符 (DIDs): 这使得去中心化和自拥有的标识符成为可能，并可以与基于令牌的系统集成，以增强隐私和用户对其个人数据的控制。

改进的易用性和标准化

• 简化令牌管理：简化令牌生成、撤销和续期流程的努力将提升用户体验和开发效率。
• 令牌格式和协议的标准化：进一步标准化令牌格式和通信协议将促进互操作性，并简化跨不同平台和服务的集成。

新兴的令牌机制

• Macaroons: 这种授权方式更加灵活和细致，允许委托和减弱访问权限。
• Token 绑定: 这种机制可以缓解令牌盗窃和重放攻击，增强基于令牌系统的安全性。

对 Paseto 和 JWT 的影响

Paseto 专注于安全性和明确的使用场景，使其在安全要求高且重视标准化的环境中易于被采用。它的版本化方法允许适应和集成未来的加密技术进步。

JWT 的灵活性及其广泛采用可能会导致它在各种应用程序中继续被使用。然而，其安全漏洞可能需要额外的安全措施和谨慎的实施实践来降低风险。

未来 web 令牌的发展可能会涉及现有机制和新兴机制的结合，每种机制都将针对特定的需求和安全考虑。

总结

在本文中，我们介绍了每种令牌机制的优点和缺点，并强调了理解您的特定需求和优先级的重要性。虽然 JWT 提供了简单性和灵活性，Paseto 更注重安全性和明确的使用场景。评估诸如安全需求、应用架构和开发人员熟悉程度等因素将引导你选择最合适的选项。

此外，探索新兴解决方案如Permify，它提供了一个全面的授权平台，具有细粒度的访问控制，可以进一步增强应用程序的安全性和灵活性。在 JWT 和 Paseto 之间的选择并不是一个适用于所有情况的答案，而是基于你独特的上下文做出的决定。