簡介 JWS

發表於 2019-10-05 分類於 IT鐵人賽， 11th Disqus：

JWS 的全名為 JSON Web Signature，定義在 RFC 7515 裡面，主要定義了資訊的格式以及序列化（serialization）的方法。從名字可以看得出，它有使用到數位簽章技術，或是它也可以使用訊息驗證碼來確保資料的來源以及完整性。

JWS 包含了三組內容：

JOSE Header
JWS Payload
JWS Signature

JOSE Header 裡則是由下列兩種 Header 聯集而成

JWS Protected Header
JWS Unprotected Header

JWS Payload 一般會存放 claim。JWS Signature 則是依演算法對 JWS Protected Header 與 JWS Payload 做簽章後，再編碼的內容。如果演算法為 none 的話，則 JWS Signature 會是一個空字串。

而序列化的方法有兩種：

JWS Compact Serialization
JWS JSON Serialization

JWS 需要了解的主要是 JOSE Header 的定義、序列化的方式、以及如何驗證簽章。

JOSE Header

與 claim 類似，JOSE Header 也分為三類：

Registered Header Parameter，RFC 裡預定義的 Header
Public Header Parameter，在 IANA - JSON Object Signing and Encryption (JOSE) 公開註冊表上的 Header
Private Header Parameter，除了上面兩種以外的 Header，通常是產生 JWS 與使用 JWS 雙方私下的協議，但不建議使用

而在 section 4.1 有列出預定義的 JOSE Header 有哪些，以下是比較常見的：

Header	Full name	中文
`alg`	Algorithm	簽章演算法，比方說 `RS256`
`jku`	JWK Set URL	一個可以拿到 JWK Set 的 URL
`jwk`	JSON Web Key	一個代表 JWK 的 JSON 資料
`kid`	Key ID	如果有多個 JWK，則此 kid 應該會與某個 JWK 的 `kid` 相同
`typ`	Type	這個 token 的格式，一般會設定成 `JWT`
`cty`	Content type	一般不會設定，但如果 payload 裡面是另一個 JWT 時，這裡可以設定成 `JWT`
`crit`	Critical	值為一個陣列，內容為 Header Name，主要目的是讓接受者檢查關鍵的 Header 是否支援

對 X.509 不熟，且這次鐵人賽應該沒時間研讀，所以相關的資訊會先跳過。

而 JWS Protected Header 與 JWS Unprotected Header 的差別為：

Header Type	完整性保護	序列化支援
JWS Protected Header	有	JWS Compact Serialization / JWS JSON Serialization
JWS Unprotected Header	無	JWS JSON Serialization

Serialization

傳輸資料時，通常都會做序列化。方法有兩種，一種是精簡格式 JWS Compact Serialization ，也就是類似 xxx.yyy.zzz 這個樣子：

BASE64URL(UTF8(JWS Protected Header)) || '.' || BASE64URL(JWS Payload) || '.' || BASE64URL(JWS Signature)

另一種則是 JWS JSON Serialization，內容只有 JSON encode，裡面又分 General 和 Flattened 兩種格式。

General 大概長的像下面這樣

{
    "payload": "<payload contents>",
    "signatures": [
        {
            "protected": "<integrity-protected header 1 contents>",
            "header": "<non-integrity-protected header 1 contents>",
            "signature": "<signature 1 contents>"
        },
        {
            "protected": "<integrity-protected header n contents>",
            "header": "<non-integrity-protected header n contents>",
            "signature": "<signature n contents>"
        }
    ]
}

Flattened 則有點像 Compact 的 JSON 版：

{
    "payload": "<payload contents>",
    "protected": "<integrity-protected header contents>",
    "header": "<non-integrity-protected header contents>",
    "signature": "<signature contents>"
}

從上面的格式也可以發現，JWS 是有支援放多個簽章的。但只有 General JWS JSON Serialization 支援。

下面是一個簡單的序列化比較表：

Serialization	支援 JWS Unprotected Header	多個簽章	URL 安全	大小
JWS Compact Serialization	No	No	Yes	小
General JWS JSON Serialization	Yes	Yes	No	大
Flattened JWS JSON Serialization	Yes	No	No	中

從這個比較表可以知道 General 資訊比 Flattened 或 Compact 都來得完整，但就會大很多；而使用 JSON Serialization 時，會有編碼上的問題，所以 HTTP 傳輸通常還是 Compact 比較常見。

參考資料

RFC 7515