浅析JWT Attack
前言
在2022祥云杯时遇到有关JWT的题，当时没有思路，对JWT进行学习后来对此进行简单总结，希望能对正在学习JWT的师傅们有所帮助。
JWT
JWT，即JSON WEB TOKEN，它是一种用于通信双方之间传递安全信息的简洁的、URL安全的表述性声明规范，是一种标准化的格式，用于在系统之间发送经过加密签名的JSON数据，理论上可以包含任何类型的数据，但最常用于发送关于用户的信息（“声明”），以进行身份认证、会话处理和访问控制。
简单了解了它的定义后，我们接下来来看一下JWT的组成部分它分为三个部分，如下所示
1、Headers:头部
2、Payload:有效载荷
3、Signature:签名
这三个部分以.符号来连接，所以JWT的格式通常是xxx.yyy.zzz这种样子
Headers
Headers通常由两部分组成，令牌的类型和签名算法，常见的算法有很多种，例如 HMAC SHA256或 RSA。但它也还有一个kid参数，这是一个可选参数，全称是key ID，它用于指定加密算法的密钥。
示例如下
ewogICJhbGciOiAiSFMyNTYiLAogICJ0eXAiOiAiSldUIgp9
这就是一个Headers，当我们对它进行Base64解码就可以看到它的具体内容，具体如下
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
alg指的就是算法，这里的算法就是HS256，typ指的是令牌类型。这里需要说明一点，就是明文在加密时其实采用的是Base64URL加密，这种加密方式并非Base64encode+URLencode，而是对一些特殊字符进行了替换，具体说明如下
JWT 作为一个令牌(token)，有些场合可能会放到 URL(比如 api.example.com/?token=xxx)。Base64有三个字符+、/和=，在 URL 里面有特殊含义，所以要被替换掉：=被省略、+替换成-，/替换成_ 。这就是 Base64URL 算法。
Payload
有效载荷就是存放有效信息的地方，其中包含声明。声明包含三个部分 1、已注册声明这个部分的话就是已经预先定义过的声明，常见的声明主要有以下几种
iss: jwt签发者
sub: jwt所面向的用户
aud: 接收jwt的一方
exp: jwt的过期时间，这个过期时间必须要大于签发时间
nbf: 定义在什么时间之前，该jwt都是不可用的.
iat: jwt的签发时间
jti: jwt的唯一身份标识，主要用来作为一次性token,从而回避重放攻击。
2、公共的声明这些可以由使用 JWT 的人随意定义，一般用于添加用户的相关信息或其他业务需要的必要信息。但不建议添加敏感信息，因为该部分在客户端可进行解码.3、私有的声明这些是为在同意使用它们的各方之间共享信息而创建的自定义声明，私有声明是提供者和消费者所共同定义的声明，一般不建议存放敏感信息。
示例如下
ewoJInN1YiI6ICJhZG1pbiIsCiAgICAidXNlcl9yb2xlIiA6ICJhZG1pbiIsCiAgICAiaXNzIjogImFkbWluIiwKICAgICJpYXQiOiAxNTczNDQwNTgyLAogICAgImV4cCI6IDE1NzM5NDAyNjcsIAogICAgIm5iZiI6IDE1NzM0NDA1ODIsIAogICAgImp0aSI6ICJkZmY0MjE0MTIxZTgzMDU3NjU1ZTEwYmQ5NzUxZDY1NyIgICAKfQ
进行base64URL解码，结果如下
{
"sub": "admin", //jwt所面向的用户
"user_role" : "admin", //当前登录用户
"iss": "admin", //该JWT的签发者,有些是URL
"iat": 1573440582, //签发时间
"exp": 1573940267, //过期时间
"nbf": 1573440582, //该时间之前不接收处理该Token
"jti": "dff4214121e83057655e10bd9751d657" //Token唯一标识
}
Signature
由于头部和有效载荷以明文形式存储，因此，需要使用签名来防止数据被篡改。所以这部分是一个签证信息，这个签证信息由三部分组成
1、header (base64URL编码)
2、payload (base64URL编码)
3、secret（密钥）
它的计算方式如下
Signature=HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." +base64UrlEncode(payload),secret)
//假设这里是HS256算法，如果是其他算法的话开头设置为其他算法即可
现在了解了JWT的大致作用和其组成，接下来来学习一下JWT攻击。
JWT 攻击
JWT攻击有多种情况，现在来对其进行逐一讲解。
敏感信息泄露
JWT保证的是数据传输过程中的完整性而不是机密性。
因为JWT的payload部分是使用Base64url编码的，所以它其实是相当于明文传输的，当payload中携带了敏感信息时，我们对payload部分进行Base64url解码，就可以读取到payload中携带的敏感信息。
靶场演示
题目链接https://www.ctfhub.com/#/skilltree题目描述如下
JWT 的头部和有效载荷这两部分的数据是以明文形式传输的，如果其中包含了敏感信息的话，就会发生敏感信息泄露。试着找出FLAG。格式为 flag{}
进入环境后发现一个登录框
随便输入账号密码，登录后发现界面如下
查看此时的JWT
想到题目中说头部和载荷可能会有敏感泄露，将值取出分别进行Base64URL解码
两处拼接一下，得到ctfhub{bb89d985db8cea6a2f2d34cb}
【----帮助网安学习，以下所有学习资料免费领！加vx：yj009991，备注 “博客园” 获取！】
① 网安学习成长路径思维导图
② 60+网安经典常用工具包
③ 100+SRC漏洞分析报告
④ 150+网安攻防实战技术电子书
⑤ 最权威CISSP 认证考试指南+题库
⑥ 超1800页CTF实战技巧手册
⑦ 最新网安大厂面试题合集（含答案）
⑧ APP客户端安全检测指南（安卓+IOS）
算法修改攻击
首先来简述一下JWT中两个常用的加密算法
HMAC(HS256):是一种对称加密算法，使用秘密密钥对每条消息进行签名和验证RSA(RS256)：是一种非对称加密算法，使用私钥加密明文，公钥解密密文。
从上面不难看出，HS256自始至终只有一个密钥，而RS256是有两个密钥的。在通常情况下，HS256的密钥我们是不能取到的，RS256的密钥也是很难获得的，RS256的的公钥相对较容易获取，但无论是HS256加密还是RS256加密，都是无法实现伪造JWT的，但当我们修改RSA256算法为HS256算法时，后端代码会使用公钥作为密钥，然后用HS256算法验证签名，如果我们此时有公钥，那么此时我们就可与实现JWT的伪造。
靶场演示
题目链接https://www.ctfhub.com/#/skilltree
题目描述
有些JWT库支持多种密码算法进行签名、验签。若目标使用非对称密码算法时，有时攻击者可以获取到公钥，此时可通过修改JWT头部的签名算法，将非对称密码算法改为对称密码算法，从而达到攻击者目的。
进入环境后发现题目代码
class JWTHelper {
public static function encode($payload=array(), $key='', $alg='HS256') {
return JWT::encode($payload, $key, $alg);
}
public static function decode($token, $key, $alg='HS256') {
try{
$header = JWTHelper::getHeader($token);
$algs = array_merge(array($header->alg, $alg));
return JWT::decode($token, $key, $algs);
} catch(Exception $e){
return false;
}
}
public static function getHeader($jwt) {
$tks = explode('.', $jwt);
list($headb64, $bodyb64, $cryptob64) = $tks;
$header = JWT::jsonDecode(JWT::urlsafeB64Decode($headb64));
return $header;
}
}
$FLAG = getenv("FLAG");
$PRIVATE_KEY = file_get_contents("/privatekey.pem");
$PUBLIC_KEY = file_get_contents("./publickey.pem");
if ($_SERVER['REQUEST_METHOD'] === 'POST') {
if (!empty($_POST['username']) && !empty($_POST['password'])) {
$token = "";
if($_POST['username'] === 'admin' && $_POST['password'] === $FLAG){
$jwt_payload = array(
'username' => $_POST['username'],
'role'=> 'admin',
);
$token = JWTHelper::encode($jwt_payload, $PRIVATE_KEY, 'RS256');
} else {
$jwt_payload = array(
'username' => $_POST['username'],
'role'=> 'guest',
);
$token = JWTHelper::encode($jwt_payload, $PRIVATE_KEY, 'RS256');
}
@setcookie("token", $token, time()+1800);
header("Location: /index.php");
exit();
} else {
@setcookie("token", "");
header("Location: /index.php");
exit();
}
} else {
if(!empty($_COOKIE['token']) && JWTHelper::decode($_COOKIE['token'], $PUBLIC_KEY) != false) {
$obj = JWTHelper::decode($_COOKIE[