JWT令牌伪造检测与后端安全合规错误码断言工程案例 - 第4节

4.1 攻击原理：JWT 签名验证的致命缺陷

alg=none 攻击是 JWT 安全中最基础、也最容易被忽视的漏洞。其核心原理在于：JWT 标准（RFC 7519）允许将头部中的 alg（算法）字段设置为 none，表示令牌不使用任何签名算法。当服务端的 JWT 解析库未对 alg 字段进行严格校验时，攻击者可以构造一个不含签名的 JWT，绕过签名验证逻辑，直接伪造任意用户身份。

攻击流程可概括为以下步骤：

1. 拦截合法 JWT：攻击者通过抓包或日志获取一个有效的 JWT。
2. 篡改头部：将 alg 字段从 HS256 或 RS256 修改为 none。
3. 伪造载荷：修改 payload 中的用户身份信息（如 sub、role），提升权限。
4. 移除签名：将 JWT 的第三部分（签名）置空或删除。
5. 发送恶意请求：将构造好的 header.payload.（注意末尾的点号）发送给服务端。

4.2 Payload 构造：手写一个无签名 JWT

一个标准的 JWT 由三部分组成：header.payload.signature。在 alg=none 攻击中，攻击者需要构造一个 只有两部分 的令牌：header.payload.（末尾保留点号，签名部分为空）。

以下是一个典型的恶意 JWT 构造示例：

// 原始合法 JWT（使用 HS256 签名）
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.
eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwicm9sZSI6InVzZXIifQ.
SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

// 攻击者构造的 JWT（alg=none，无签名）
eyJhbGciOiJub25lIiwidHlwIjoiSldUIn0.
eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkFkbWluIiwicm9sZSI6ImFkbWluIn0.

Payload 构造的关键点：

• 头部（Header）：Base64URL 编码后的 {"alg":"none","typ":"JWT"}。
• 载荷（Payload）：Base64URL 编码后的恶意用户信息，如 {"sub":"admin","role":"admin"}。
• 签名（Signature）：完全省略，但 JWT 字符串末尾必须保留一个点号 .，表示签名部分为空。

4.3 服务端漏洞代码示例

以下代码展示了存在 alg=none 漏洞的典型服务端实现。漏洞根源在于：解析库从 JWT 头部读取 alg 字段，并直接使用该值进行验证，而非强制使用服务端预定义的算法。

// 漏洞代码示例（Node.js + jsonwebtoken 库）
const jwt = require('jsonwebtoken');

// 中间件：验证 JWT
function authMiddleware(req, res, next) {
  const token = req.headers.authorization?.split(' ')[1];
  if (!token) {
    return res.status(401).json({ error: 'Missing token' });
  }

  try {
    // 漏洞：未指定算法白名单，解析库从 token 头部读取 alg
    const decoded = jwt.verify(token, 'my-secret-key');
    req.user = decoded;
    next();
  } catch (err) {
    return res.status(401).json({ error: 'Invalid token' });
  }
}

// 攻击者发送的 token：header.payload.
// jwt.verify() 发现 alg 为 none，直接跳过签名验证，返回解码后的 payload
// 攻击者成功以 admin 身份访问受保护资源

漏洞代码的详细分析：

4.4 防御措施：强制算法白名单与输入校验

防御 alg=none 攻击的核心原则是：永远不要信任客户端提供的算法声明。服务端必须强制使用预定义的签名算法，并对 JWT 的完整性进行严格校验。

以下是最有效的防御措施：

1. 强制算法白名单：在 JWT 验证时，显式指定允许的算法列表，拒绝 none 及其他未授权算法。
2. 严格校验 JWT 结构：确保 JWT 包含三个部分（header.payload.signature），拒绝只有两部分或格式异常的令牌。
3. 使用安全的 JWT 库版本：升级到最新版本，并检查库的默认行为是否已修复 alg=none 漏洞。
4. 二次校验载荷内容：验证解码后的 payload 是否包含预期的字段和数据类型，防止注入恶意数据。

修复后的安全代码示例：

// 安全代码示例（Node.js + jsonwebtoken 库）
const jwt = require('jsonwebtoken');

function authMiddleware(req, res, next) {
  const token = req.headers.authorization?.split(' ')[1];
  if (!token) {
    return res.status(401).json({ error: 'Missing token' });
  }

  try {
    // 防御：强制指定算法白名单，拒绝 none
    const decoded = jwt.verify(token, 'my-secret-key', {
      algorithms: ['HS256']  // 只允许 HS256，拒绝 none、HS384 等
    });

    // 二次校验：确保载荷包含必要字段
    if (!decoded.sub || !decoded.role) {
      throw new Error('Invalid payload structure');
    }

    req.user = decoded;
    next();
  } catch (err) {
    return res.status(401).json({ error: 'Invalid token' });
  }
}

防御措施对比表：