معرفی JSON Web Token

دو روش کلی و پرکاربرد اعتبارسنجی سمت سرور، برای برنامه‌های سمت کاربر وب وجود دارند:
الف) Cookie-Based Authentication که پرکاربردترین روش بوده و در این حالت به ازای هر درخواست، یک کوکی جهت اعتبارسنجی کاربر به سمت سرور ارسال می‌شود (و برعکس).

ب) Token-Based Authentication که بر مبنای ارسال یک توکن امضاء شده به سرور، به ازای هر درخواست است.

مزیت‌های استفاده‌ی از روش مبتنی بر توکن چیست؟

 • Cross-domain / CORS: کوکی‌ها و CORS آنچنان با هم سازگاری ندارند؛ چون صدور یک کوکی وابسته‌است به دومین مرتبط به آن و استفاده‌ی از آن در سایر دومین‌ها عموما پذیرفته شده نیست. اما روش مبتنی بر توکن، وابستگی به دومین صدور آن‌را ندارد و اصالت آن بر اساس روش‌های رمزنگاری تصدیق می‌شود.
 • بدون حالت بودن و مقیاس پذیری سمت سرور: در حین کار با توکن‌ها، نیازی به ذخیره‌ی اطلاعات، داخل سشن سمت سرور نیست و توکن موجودیتی است خود شمول (self-contained). به این معنا که حاوی تمام اطلاعات مرتبط با کاربر بوده و محل ذخیره‌ی آن در local storage و یا کوکی سمت کاربر می‌باشد.
 • توزیع برنامه با CDN: حین استفاده از روش مبتنی بر توکن، امکان توزیع تمام فایل‌های برنامه (جاوا اسکریپت، تصاویر و غیره) توسط CDN وجود دارد و در این حالت کدهای سمت سرور، تنها یک API ساده خواهد بود.
 • عدم در هم تنیدگی کدهای سمت سرور و کلاینت: در حالت استفاده‌ی از توکن، این توکن می‌تواند از هرجایی و هر برنامه‌ای صادر شود و در این حالت نیازی نیست تا وابستگی ویژه‌ای بین کدهای سمت کلاینت و سرور وجود داشته باشد.
 • سازگاری بهتر با سیستم‌های موبایل: در حین توسعه‌ی برنامه‌های بومی پلتفرم‌های مختلف موبایل، کوکی‌ها روش مطلوبی جهت کار با APIهای سمت سرور نیستند. تطابق یافتن با روش‌های مبتنی بر توکن در این حالت ساده‌تر است.
 • CSRF: از آنجائیکه دیگر از کوکی استفاده نمی‌شود، نیازی به نگرانی در مورد حملات CSRF نیست. چون دیگر برای مثال امکان سوء استفاده‌ی از کوکی فعلی اعتبارسنجی شده، جهت صدور درخواست‌هایی با سطح دسترسی شخص لاگین شده وجود ندارد؛ چون این روش کوکی را به سمت سرور ارسال نمی‌کند.
 • کارآیی بهتر: حین استفاده‌ی از توکن‌ها، به علت ماهیت خود شمول آن‌ها، رفت و برگشت کمتری به بانک اطلاعاتی صورت گرفته و سرعت بالاتری را شاهد خواهیم بود.
 • امکان نوشتن آزمون‌های یکپارچگی ساده‌تر: در حالت استفاده‌ی از توکن‌ها، آزمودن یکپارچگی برنامه، نیازی به رد شدن از صفحه‌ی لاگین را ندارد و پیاده سازی این نوع آزمون‌ها ساده‌تر از قبل است.
 • استاندارد بودن: امروزه همینقدر که استاندارد JSON Web Token را پیاده سازی کرده باشید، امکان کار با انواع و اقسام پلتفرم‌ها و کتابخانه‌ها را خواهید یافت.


اما JWT یا JSON Web Token چیست؟

JSON Web Token یا JWT یک استاندارد وب است (RFC 7519) که روشی فشرده و خود شمول (self-contained) را جهت انتقال امن اطلاعات، بین مقاصد مختلف را توسط یک شیء JSON، تعریف می‌کند. این اطلاعات، قابل تصدیق و اطمینان هستند؛ از این‌رو که به صورت دیجیتال امضاء می‌شوند. JWTها توسط یک کلید مخفی (با استفاده از الگوریتم HMAC) و یا یک جفت کلید خصوصی و عمومی (توسط الگوریتم RSA) قابل امضاء شدن هستند.
در این تعریف، واژه‌هایی مانند «فشرده» و «خود شمول» بکار رفته‌اند:
 - «فشرده بودن»: اندازه‌ی شیء JSON یک توکن در این حالت کوچک بوده و به سادگی از طریق یک URL و یا پارامترهای POST و یا داخل یک HTTP Header قابل ارسال است و به دلیل کوچک بودن این اندازه، انتقال آن نیز سریع است.
 - «خود شمول»: بار مفید (payload) این توکن، شامل تمام اطلاعات مورد نیاز جهت اعتبارسنجی یک کاربر است؛ تا دیگر نیازی به کوئری گرفتن هر باره‌ی از بانک اطلاعاتی نباشد (در این روش مرسوم است که فقط یکبار از بانک اطلاعاتی کوئری گرفته شده و اطلاعات مرتبط با کاربر را امضای دیجیتال کرده و به سمت کاربر ارسال می‌کنند).


چه زمانی بهتر است از JWT استفاده کرد؟

اعتبارسنجی: اعتبارسنجی یک سناریوی متداول استفاده‌ی از JWT است. زمانیکه کاربر به سیستم لاگین کرد، هر درخواست بعدی او شامل JWT خواهد بود که سبب می‌شود کاربر بتواند امکان دسترسی به مسیرها، صفحات و منابع مختلف سیستم را بر اساس توکن دریافتی، پیدا کند. برای مثال روش‌های «Single Sign On» خود را با JWT انطباق داده‌اند؛ از این جهت که سربار کمی را داشته و همچنین به سادگی توسط دومین‌های مختلفی قابل استفاده هستند.
انتقال اطلاعات: توکن‌های با فرمت JWT، روش مناسبی جهت انتقال اطلاعات امن بین مقاصد مختلف هستند؛ زیرا قابل امضاء بوده و می‌توان اطمینان حاصل کرد که فرستنده دقیقا همانی است که ادعا می‌کند و محتوای ارسالی دست نخورده‌است.


ساختار یک JWT به چه صورتی است؟

JWTها دارای سه قسمت جدا شده‌ی با نقطه هستند؛ مانند xxxxx.yyyyy.zzzzz و شامل header، payload و signature می‌باشند.
الف) Header
Header عموما دارای دو قسمت است که نوع توکن و الگوریتم مورد استفاده‌ی توسط آن را مشخص می‌کند:

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

وع توکن در اینجا JWT است و الگوریتم‌های مورد استفاده، عموما  HMAC SHA256 و یا RSA هستند.

ب) payload
payload یا «بار مفید» توکن، شامل claims است. منظور از claims، اطلاعاتی است در مورد موجودیت مدنظر (عموما کاربر) و یک سری متادیتای اضافی. سه نوع claim وجود دارند:
Reserved claims: یک سری اطلاعات مفید و از پیش تعیین شده‌ی غیراجباری هستند؛ مانند:
iss یا صادر کنند (issuer)، exp یا تاریخ انقضاء، sub یا عنوان (subject) و aud یا مخاطب (audience)
 Public claims: می‌تواند شامل اطلاعاتی باشد که توسط IANA JSON Web Token Registry پیشتر ثبت شده‌است و فضاهای نام آن‌ها تداخلی نداشته باشند.
Private claims: ادعای سفارشی هستند که جهت انتقال داده‌ها بین مقاصد مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
یک نمونه‌ی payload را در اینجا ملاحظه می‌کنید:

{
   "sub": "1234567890",
   "name": "John Doe",
   "admin": true
}

این اطلاعات (هم header و هم payload)، به صورت base64 انکد شده و به JWT اضافه می‌شوند.

ج) signature
یک نمونه فرمول محاسبه‌ی امضای دیجیتال پیام JWT به صورت ذیل است:

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

در اینجا بر اساس الگوریتم HMAC SHA256، هدر و بار مفید پیام به صورت base64 دریافت و به کمک یک کلید مخفی، محاسبه و به JWT اضافه می‌شود تا توسط آن بتوان اصالت پیام و فرستنده‌ی آن‌را تائید کرد. امضاء نیز در نهایت با فرمت base64 در اینجا انکد می‌شود:

یک نمونه مثال تولید این نوع توکن‌ها را در آدرس https://jwt.io می‌توانید بررسی کنید.
در این سایت اگر به قسمت دیباگر آن مراجعه کنید، برای نمونه قسمت payload آن قابل ویرایش است و تغییرات را بلافاصله در سمت چپ، به صورت انکد شده نمایش می‌دهد.


یک نکته‌ی مهم: توکن‌ها امضاء شده‌اند؛ نه رمزنگاری شده

همانطور که عنوان شد، توکن‌ها از سه قسمت هدر، بار مفید و امضاء تشکیل می‌شوند (header.payload.signature). اگر از الگوریتم HMACSHA256 و کلید مخفی shhhh برای امضای بار مفید ذیل استفاده کنیم:

{
   "sub": "1234567890",
   "name": "Ado Kukic",
   "admin": true
}

یک چنین خروجی باید حاصل شود:

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkFkbyBLdWtpYyIsImFkbWluIjp0cnVlLCJpYXQiOjE0NjQyOTc4ODV9.Y47kJvnHzU9qeJIN48_bVna6O0EDFiMiQ9LpNVDFymM

ر اینجا باید دقت داشت که هدر و بار مفید آن، صرفا با الگوریتم base64 انکد شده‌اند و این به معنای رمزنگاری نیست. به عبارتی می‌توان اطلاعات کامل هدر و بار مفید آن‌را به دست آورد. بنابراین هیچگاه اطلاعات حساسی را مانند کلمات عبور، در اینجا ذخیره نکنید.

از JWT در برنامه‌ها چگونه استفاده می‌شود؟

زمانیکه کاربر، لاگین موفقی را به سیستم انجام می‌دهد، یک توکن امن توسط سرور صادر شده و با فرمت JWT به سمت کلاینت ارسال می‌شود. این توکن باید به صورت محلی در سمت کاربر ذخیره شود. عموما از local storage برای ذخیره‌ی این توکن استفاده می‌شود؛ اما استفاده‌ی از کوکی‌ها نیز منعی ندارد. بنابراین دیگر در اینجا سشنی در سمت سرور به ازای هر کاربر ایجاد نمی‌شود و کوکی سمت سروری به سمت کلاینت ارسال نمی‌گردد.
سپس هر زمانیکه کاربری قصد داشت به یک صفحه یا محتوای محافظت شده دسترسی پیدا کند، باید توکن خود را به سمت سرور ارسال نماید. عموما اینکار توسط یک header سفارشی Authorization به همراه Bearer schema صورت می‌گیرد و یک چنین شکلی را دارد:

Authorization: Bearer <token>

این روش اعتبارسنجی، بدون حالت (stateless) است؛ از این جهت که وضعیت کاربر، هیچگاه در سمت سرور ذخیره نمی‌گردد. API سمت سرور، ابتدا به دنبال هدر Authorization فوق، در درخواست دریافتی می‌گردد. اگر یافت شد و اصالت آن تائید شد، کاربر امکان دسترسی به منبع محافظت شده را پیدا می‌کند. نکته‌ی مهم اینجا است که چون این توکن‌ها «خود شمول» هستند و تمام اطلاعات لازم جهت اعطای دسترسی‌های کاربر به او، در آن وجود دارند، دیگر نیازی به رفت و برگشت به بانک اطلاعاتی، جهت تائید این اطلاعات تصدیق شده، نیست. به همین جهت کارآیی و سرعت بالاتری را نیز به همراه خواهند داشت.


نگاهی به محل ذخیره سازی JWT و نکات مرتبط با آن

محل متداول ذخیره‌ی JWT ها، در local storage مرورگرها است و در اغلب سناریوها نیز به خوبی کار می‌کند. فقط باید دقت داشت که local storage یک sandbox است و محدود به دومین جاری برنامه و از طریق برای مثال زیر دامنه‌های آن قابل دسترسی نیست. در این حالت می‌توان JWT را در کوکی‌های ایجاد شده‌ی در سمت کاربر نیز ذخیره کرد که چنین محدودیتی را ندارند. اما باید دقت داشت که حداکثر اندازه‌ی حجم کوکی‌ها 4 کیلوبایت است و با افزایش claims ذخیره شده‌ی در یک JWT و انکد شدن آن، این حجم ممکن است از 4 کیلوبایت بیشتر شود. بنابراین باید به این نکات دقت داشت.
امکان ذخیره سازی توکن‌ها در session storage مرورگرها نیز وجود دارد. session storage بسیار شبیه است به local storage اما به محض بسته شدن مرورگر، پاک می‌شود.
اگر از local storage استفاده می‌کنید، حملات Cross Site Request Forgery در اینجا دیگر مؤثر نخواهند بود. اما اگر به حالت استفاده‌ی از کوکی‌ها برای ذخیره‌ی توکن‌ها سوئیچ کنید، این مساله همانند قبل خواهد بود و مسیر است. در این حالت بهتر است طول عمر توکن‌ها را تاحد ممکن کوتاه تعریف کنید تا اگر اطلاعات آن‌ها فاش شد، به زودی بی‌مصرف شوند.


انقضاء و صدور مجدد توکن‌ها به چه صورتی است؟

توکن‌های بدون حالت، صرفا بر اساس بررسی امضای پیام رسیده کار می‌کنند. به این معنا که یک توکن می‌تواند تا ابد معتبر باقی بماند. برای رفع این مشکل باید exp یا تاریخ انقضای متناسبی را به توکن اضافه کرد. برای برنامه‌های حساس این عدد می‌تواند 15 دقیقه باشد و برای برنامه‌های کمتر حساس، چندین ماه.
اما اگر در این بین قرار به ابطال سریع توکنی بود چه باید کرد؟ (مثلا کاربری را در همین لحظه غیرفعال کرده‌اید)
یک راه حل آن، ثبت رکورد‌های تمام توکن‌های صادر شده در بانک اطلاعاتی است. برای این منظور می‌توان یک فیلد id مانند را به توکن اضافه کرد و آن‌را صادر نمود. این idها را نیز در بانک اطلاعاتی ذخیره می‌کنیم. به این ترتیب می‌توان بین توکن‌های صادر شده و کاربران و اطلاعات به روز آن‌ها ارتباط برقرار کرد. در این حالت برنامه علاوه بر بررسی امضای توکن، می‌تواند به لیست idهای صادر شده و ذخیره شده‌ی در دیتابیس نیز مراجعه کرده و اعتبارسنجی اضافه‌تری را جهت باطل کردن سریع توکن‌ها انجام دهد. هرچند این روش دیگر آنچنان stateless نیست، اما با دنیای واقعی سازگاری بیشتری دارد.


حداکثر امنیت JWTها را چگونه می‌توان تامین کرد؟

- تمام توکن‌های خود را با یک کلید قوی، امضاء کنید و این کلید تنها باید بر روی سرور ذخیره شده باشد. هر زمانیکه سرور توکنی را از کاربر دریافت می‌کند، این سرور است که باید کار بررسی اعتبار امضای پیام رسیده را بر اساس کلید قوی خود انجام دهد.
- اگر اطلاعات حساسی را در توکن‌ها قرار می‌دهید، باید از JWE یا JSON Web Encryption استفاده کنید؛ زیرا JWTها صرفا دارای امضای دیجیتال هستند و نه اینکه رمزنگاری شده باشند.
- بهتر است توکن‌ها را از طریق ارتباطات غیر HTTPS، ارسال نکرد.
- اگر از کوکی‌ها برای ذخیره سازی آن‌ها استفاده می‌کنید، از HTTPS-only cookies استفاده کنید تا از Cross-Site Scripting XSS attacks در امان باشید.
- مدت اعتبار توکن‌های صادر شده را منطقی انتخاب کنید.