利用JSON Web密钥集扩展JWT验证
上一篇文章中，我们学习了JSON Web令牌（JWT）的概念、创建方法和验证方式。第二部分则演示了如何在简单的Express服务器中使用JWT验证中间件。本篇将深入探讨非对称加密算法，特别是RS256算法，并重点介绍JSON Web密钥集（JWKS）。
术语解释
在开始之前，先了解以下几个关键术语：
- JWT (JSON Web Token): 每个请求都需要验证的用于身份验证的信息。
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算法: JWT使用哈希和签名算法对有效负载进行签名。主要分为两种：
- 对称算法 (例如HS256): 使用相同的密钥进行签名和验证。
- 非对称算法 (例如RS256, ES256, PS256): 使用公钥/私钥对。私钥用于签名，公钥用于验证。 理解底层哈希和签名算法的细节并非理解核心工作流程的必要条件。
- JSON Web密钥集 (JWKS): 本篇的重点，用于管理密钥轮换。
- 公钥/私钥: 一对加密证书，私钥用于签名，公钥用于验证。公钥可以公开，而私钥必须保密。
JWKS的优势
第二部分中，我们演示了根据令牌的alg声明和环境变量或公钥来验证对称或非对称算法。本部分将专注于非对称算法，特别是RS256。
使用公钥/私钥对的优势在于，验证过程无需私钥离开签名服务器。公钥可以公开，且无法反向推导出私钥。因此，公钥可在任何地方加载，从而实现任何地方的令牌验证。
然而，如果定期轮换公钥（强烈建议这样做），就会出现一个短暂的窗口期，导致证书不匹配：服务器使用新的私钥签名令牌，而验证端点仍持有旧的公钥，导致验证失败。JWKS提供了一种更优的密钥轮换管理方法。
当发行系统签署JWT时，用于签名的私钥的kid（密钥ID）包含在令牌的头部。验证系统读取alg和kid，并使用具有相同kid的公钥验证签名。JWKS是一个JSON对象，包含一个或多个包含其kid的公钥。令牌头部包含kid声明：
{
"alg": "rs256",
"typ": "jwt",
"kid": "12345"
}
kid可以是任何字母数字字符串。JWKS包含一个密钥数组，每个密钥对象如下：
{
"kty": "RSA",
"use": "sig",
"kid": "12345",
"n": "...",
"e": "..."
}
请注意每个密钥都有一个kid；令牌头部必须包含相同的kid才能加载正确的公钥。 n和e包含构建公钥所需的信息。库如jsrsasign可以导入这些信息并构建用于验证令牌的公钥。
JWKS的访问和更新
虽然JWKS提供了多密钥管理的序列化格式，但手动更新多个端点上的JWKS仍然很麻烦。更好的策略是利用自动发现，将密钥集托管在一个已知的URI上，以便客户端可以定期自动更新。例如，Microsoft Azure AD将其JWKS存储在https://www.php.cn/link/7153f307b5c0c430849e99573d3f3176。 当需要轮换密钥时，只需将新的公钥添加到集合并重新发布JWKS即可。客户端定期轮询URI获取最新的公钥。
密钥生成
前面提到了公钥/私钥对。您可以自己生成，但通常不建议使用自签名密钥，因为某些云提供商和验证软件包不允许使用。 建议使用Let's Encrypt生成签名的密钥。
首先，确保已安装并更新Certbot。然后，使用以下命令生成2048位RSA私钥：
certbot certonly \ --manual \ --preferred-challenges dns-01 \ --key-type rsa \ -d jwks01.yourdomain.com
Certbot会提供一个TXT记录，需要将其添加到_acme-challenge.jwks01.yourdomain.com。（子域名称可自定义）。验证后，Certbot会在默认位置（例如/etc/letsencrypt/live/jwks01.yourdomain.com）生成四个文件。我们主要关注privkey.pem（RSA私钥）和fullchain.pem（证书签名链）。将这两个文件复制到项目目录。
使用以下命令从私钥生成公钥：
openssl rsa -in privkey.pem -pubout -out pubkey.pem
您现在拥有签名的RSA私钥及其对应的公钥。 下一部分将介绍如何修改之前的Express-JWT示例，以导入这些密钥，在已知的URI上提供JWKS服务，并使用JWKS验证由不同私钥签名的多个令牌。
进一步阅读:
- 私钥和公钥 - ssl.com快速入门
- JWKS属性 - Auth0对JSON Web密钥属性的深入探讨
- RSASSA-PSS - 深入了解RSXXX令牌和PSXXX令牌签名过程的差异
