设计安全的JWT认证系统并防御令牌泄露和重放攻击

题目

设计安全的JWT认证系统并防御令牌泄露和重放攻击

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐⭐

考点

JWT安全机制,令牌刷新策略,重放攻击防御,存储安全

快速回答

实现安全JWT系统的核心要点：

• 使用短期访问令牌（15-30分钟）和长期刷新令牌（7天）分离机制
• 刷新令牌存储于HttpOnly Secure Cookie，访问令牌存客户端内存
• 实现刷新令牌轮换（每次刷新签发新令牌/撤销旧令牌）
• 添加JWT唯一标识符(jti)和服务端令牌黑名单
• 强制HTTPS传输并绑定令牌到用户设备指纹

一、核心安全挑战

JWT常见安全风险：

• 令牌泄露：XSS攻击或不当存储导致令牌被盗
• 重放攻击：拦截有效令牌重复使用
• 无法立即失效：JWT天然无状态导致注销困难

二、完整解决方案设计

1. 双令牌机制实现

// 生成令牌示例（Node.js）
const accessToken = jwt.sign(
  { userId: 'u123', jti: crypto.randomUUID() },
  process.env.SECRET,
  { expiresIn: '15m' }
);

const refreshToken = jwt.sign(
  { userId: 'u123', deviceId: 'device_fingerprint' },
  process.env.REFRESH_SECRET,
  { expiresIn: '7d' }
);

2. 安全存储策略

• 访问令牌：仅存客户端内存（不持久化）
• 刷新令牌：通过HttpOnly Secure Cookie传输（SameSite=Strict）
• 服务端：记录刷新令牌与设备/用户的绑定关系

3. 刷新令牌轮换流程

# 伪代码示例（Python）
def refresh_token(old_refresh_token):
    # 验证令牌有效性
    payload = verify(old_refresh_token, REFRESH_SECRET)

    # 检查令牌是否已被使用
    if redis.get(f"revoked:{payload['jti']}"):
        abort(401, "Token revoked")

    # 生成新令牌并撤销旧令牌
    new_refresh_token = generate_token(payload['userId'])
    redis.setex(f"revoked:{payload['jti']}", 7*24*3600, "revoked")

    return {
        "access_token": new_access_token(),
        "refresh_token": new_refresh_token
    }

4. 重放攻击防御

• 在JWT声明中添加唯一标识符jti
• 服务端维护短期令牌黑名单（Redis实现）：

  redis.setex("blacklist:"+jti, 15*60, "blocked")

• 校验请求时检查黑名单：

  if redis.exists("blacklist:"+decoded.jti):
      return 401

三、最佳实践

• 密钥管理：使用HS256或RS256算法，定期轮换密钥
• 声明最小化：JWT payload仅包含必要信息
• 设备绑定：在刷新令牌中嵌入设备指纹（如IP+UserAgent哈希）
• 监控：记录异常刷新频率（如1分钟内多次刷新）

四、常见错误

• ❌ 将访问令牌存localStorage（易受XSS攻击）
• ❌ 使用单一长期令牌（无刷新机制）
• ❌ 未实现jti黑名单导致无法即时注销
• ❌ 未绑定设备信息允许令牌跨设备使用

五、扩展知识

• OAuth 2.1：推荐PKCE扩展防御授权码拦截
• Token Binding：将令牌与TLS会话绑定（RFC 8471）
• 分布式黑名单：使用Redis Cluster跨服务同步状态
• JWT替代方案：PASETO（更安全的令牌标准）