Was ist JWT; Was ist ein JSON Web Token?

JWT (JSON Web Token) ist ein häufig verwendetes Protokoll für die sichere Übertragung von Daten in Form von JSON-Objekten, die durch eine digitale Signatur verifiziert werden. Es wird häufig zur Authentifizierung, Autorisierung, Sicherung von APIs und zur Aktivierung von Single Sign-On (SSO)-Funktionen eingesetzt. Die kompakte Struktur von JWT und die kryptografische Validierung machen es zu einer robusten Option für die Absicherung der Kommunikation zwischen den Beteiligten. 

Was ist JSON?

JSON (JavaScript Object Notation) ist ein offenes und sprachunabhängiges Textformat zum Speichern und Übertragen von Daten. Seine einfache Anwendung bedeutet, dass es sowohl für Maschinen leicht zu parsen oder zu generieren als auch für Menschen leicht zu verstehen ist, was es ideal für Webanwendungen und APIs macht.

Was sind Token?

Token sind digitale Berechtigungsnachweise, die die Identität und die Berechtigungen eines Nutzers in einer sicheren und kompakten Form speichern. Sie sind in modernen Authentifizierungssystemen unverzichtbar, da sie sicherstellen, dass nur autorisierte Nutzer auf geschützte Ressourcen zugreifen können.

So funktioniert JWT

Ein JSON-Web-Token (JWT) besteht aus einem Header, einer Payload und einer Signatur. Der Header gibt den Hash-Algorithmus und den Token-Typ an, die Payload enthält Nutzerinformationen oder Ansprüche, und die Signatur gewährleistet die Integrität der Token. So funktioniert JWT:

• JWT-Erstellungsprozess Wenn sich ein Nutzer mit einem Nutzernamen und einem Kennwort einloggt, erzeugt der Server ein JWT und kodiert es mit den entsprechenden Informationen. Dieser Token wird anschließend mit einem geheimen Schlüssel oder einem Paar öffentlicher/privater Schlüssel signiert, um Missbrauch zu verhindern.

• Token-Übertragung: Sobald das JWT erstellt ist, wird es als HTTP-Header oder im Antwortkörper an den Client gesendet. Der Client kann das Token entweder in einem reinen HTTP-Cookie oder im lokalen Speicher des Browsers speichern. Das Token wird dann für den Zugriff auf geschützte Ressourcen verwendet, indem es als Cookie gesendet oder in den Autorisierungs-Header für nachfolgende Anfragen aufgenommen wird.

• Token-Validierung: Jedes Mal, wenn der Server eine Anfrage mit einem JWT erhält, beginnt die Bearbeitung der Anfrage mit der Entschlüsselung des Tokens. Danach wird die Signatur anhand der Payload und des geheimen Schlüssels neu erstellt und die Authentizität des Tokens überprüft. Der Server überprüft die Angaben (z. B. Aussteller, Zielgruppe und Gültigkeitsdauer), um sicherzustellen, dass das Token nicht verändert wurde und gültig ist.

• Zustandslose Natur: Anders als bei der herkömmlichen Authentifizierung, die sitzungsbasiert ist, muss der Server bei der Verwendung von JWTs keine Datenbank abfragen, um einen Nutzer zu validieren. Alle erforderlichen Informationen sind im Token gespeichert. Die zustandslose Natur von JWT verbessert also die Leistung und Skalierbarkeit, da jeder Server mit dem geheimen Schlüssel das Token unabhängig überprüfen kann.

• Ablauf des Tokens: JWTs sind in der Regel mit einer Ablaufzeit innerhalb der Payload versehen. Dies bietet eine zusätzliche Sicherheitsschicht, da das Zeitfenster, in dem ein kompromittierter Token verwendet werden kann, begrenzt wird. Während des Validierungsprozesses prüft der Server die Gültigkeitsdauer des Tokens und lehnt ihn ab, wenn er abgelaufen ist. Der Client wird dann aufgefordert, das Token zu aktualisieren.

Vorteile der Verwendung von JWT

JWT ist sehr nützlich für Anwendungen, die Informationen zwischen verschiedenen Systemen austauschen, sei es innerhalb eines großen Unternehmens oder zwischen nicht miteinander verbundenen Services. Es ermöglicht den sicheren Austausch sensibler Daten, ohne dass Absender und Empfänger direkt beteiligt sein müssen. Dieser dezentralisierte Ansatz macht JWT äußerst flexibel und skalierbar und ermöglicht eine zugängliche Kommunikation über verschiedene Technologien hinweg. Werfen wir einen Blick auf einige seiner wichtigsten Vorteile:

• Erhöhte Sicherheit: Die JSON-Web-Token-Signatur wird mit einem geheimen Schlüssel erzeugt, sodass die Daten bei der Übertragung manipulationssicher sind.

• Zustandslose Authentifizierung: Die Verwendung von JWTs kodiert alle erforderlichen Informationen im Token und macht serverseitige Datenbanken überflüssig. Dadurch verbessert diese Art der Authentifizierung die Performance und ermöglicht dem Client eine einfache Skalierung seiner Systeme.

• Domain-übergreifende/CORS-Unterstützung: Die Implementierung von CORS (Cross-Origin Resource Sharing) mit JWT ist einfacher, da sie einen sicheren Datenaustausch über verschiedene Domains hinweg ermöglicht. Diese Funktion ist hilfreich für Clients, die Services von Drittanbietern in ihre Systeme integrieren wollen.

• Verbesserte Performance: Mit JWT muss der Server bei der Nutzerauthentifizierung keine Datenbank mehr abfragen, was zu schnelleren Antwortzeiten und einer besseren Anwendungs-Performance führt.

• Flexibilität: Ein Web-Token lässt sich auch in verschiedene Plattformen integrieren und ist mit mehreren Programmiersprachen kompatibel, was eine einfache Integration in unterschiedliche Technologie-Stacks und Umgebungen ermöglicht.

• Datenintegrität: Da jeder Versuch, das Token zu missbrauchen, die Signatur ungültig macht, stellt JWT sicher, dass Ihre Daten ihre Integrität und Authentizität bewahren.

• Dezentralisierte Authentifizierung: Die Technologie unterstützt Microservices, indem sie eine Überprüfung über mehrere Services hinweg ermöglicht, ohne auf eine zentrale Datenbank angewiesen zu sein, und so die Ausfallsicherheit und Skalierbarkeit des Systems verbessert.

Alltägliche Anwendungsfälle für JWT

Die Vorteile von JWTs, einschließlich erhöhter Sicherheit und Flexibilität, machen sie zu einer idealen Wahl für verschiedene Authentifizierungsszenarien. Es ermöglicht client- und serverseitigen Anwendungen, Nutzer sicher zu identifizieren und wichtige Daten auszutauschen, ohne für jede Anfrage eine Datenbank abfragen zu müssen. Im Folgenden finden Sie einige der häufigsten Anwendungsfälle für JSON Web Token:

• Single Sign-On (SSO): Diese Technologie vereinfacht die plattformübergreifende Authentifizierung. Nach der Authentifizierung kann ein Nutzer auf verschiedene Services zugreifen, ohne sich wiederholt einloggen zu müssen, was das Nutzererlebnis insgesamt verbessert.

• API-Authentifizierung: Die meisten RESTful APIs verwenden JWT, um Anfragen zu sichern. Die Client-Authentifizierung wird effizient gehandhabt, indem das Token in die Anforderungs-Header aufgenommen wird, um sicherzustellen, dass nur autorisierte Nutzer mit der API interagieren können.

• Informationsaustausch: Da JWTs in sich selbst verschlossen sind, kann das Token alle notwendigen Informationen enthalten und eine sichere Kommunikation gewährleisten.

• Autorisierung: Mit Token können Sie Nutzerrollen und Berechtigungen kodieren, um den Zugriff zu kontrollieren. JWT ermöglicht es einer Anwendung, anhand der vom Token bereitgestellten Informationen Autorisierungsentscheidungen zu treffen und so einen kontrollierten Zugang zu Ressourcen zu gewährleisten.

• Mobile Authentifizierung: Die zustandslose Authentifizierung macht JWT ideal für mobile Anwendungen. Token sind einfach zu speichern und für nachfolgende API-Anfragen zu verwenden, was ein reibungsloses und reaktionsschnelles Nutzererlebnis ermöglicht.

• Föderierte Identität: JWT ermöglicht die sichere gemeinsame Nutzung von Identitäten über mehrere Systeme und vertrauenswürdige Drittparteien hinweg und sorgt so für reibungslose Nutzererlebnisse über verschiedene Domains hinweg.

Bewährte Verfahren für die Implementierung von JWT

Die sichere Implementierung von JWT ist für den Schutz von Nutzerdaten und die Aufrechterhaltung der Integrität Ihrer Authentifizierungsprozesse unerlässlich. Die Einhaltung der folgenden bewährten Sicherheitspraktiken kann Risiken reduzieren, die Einhaltung von Standards gewährleisten und Ihre Anwendungen vor Bedrohungen schützen: 

• Nutzen Sie HTTPS

Durch die Sicherung der JWT-Übertragung mit HTTPS wird sichergestellt, dass die Token vertraulich bleiben und vor Man-in-the-Middle-Angriffen oder Abhören geschützt sind.

• Implementieren Sie eine angemessene Schlüsselverwaltung

Speichern Sie geheime Schlüssel in einer sicheren Umgebung und verwenden Sie unterschiedliche Schlüssel für verschiedene Umgebungen (z. B. Entwicklung und Produktion). Verwenden Sie eine Strategie der Schlüsselrotation, um die Risiken im Falle einer Kompromittierung zu minimieren.

• Prüfen Sie alle Hinweise

Überprüfen Sie gründlich alle Hinweise im Token. Dazu gehört die Überprüfung der Gültigkeitsdauer, der Signatur, des Ausstellers und der Zielgruppe, um die Authentizität und Gültigkeit des Tokens sicherzustellen.

• Legen Sie einen sinnvollen Token-Ablauf fest

Obwohl die Gültigkeitsdauer für die Sicherheit entscheidend ist, müssen Sie bei der Festlegung dieser Zeiten ein Gleichgewicht zwischen Sicherheit und Nutzererlebnis herstellen. Kurzfristige Ablauffristen erhöhen zwar die Sicherheit, beeinträchtigen aber das Nutzererlebnis, da sie eine häufige Neuautorisierung erfordern.

• Vermeiden Sie die Speicherung sensibler Daten in der Payload

Speichern Sie niemals vertrauliche Informationen in der JWT-Payload. Die Signatur des Tokens gewährleistet die Integrität, sein Inhalt ist jedoch leicht lesbar, wenn er abgefangen wird.

• Implementieren Sie Token-Widerrufsmechanismen

Entwickeln Sie Strategien, um Token bei Bedarf ungültig zu machen, z. B. wenn ein Systemfehler auftritt oder ein Nutzer sich abmeldet. Ein solcher Ansatz besteht in der Erstellung und Pflege einer Blacklist gesperrter Token.

• Verwenden Sie starke Algorithmen

Entscheiden Sie sich immer für robuste kryptografische Algorithmen, um Ihre Token zu signieren. Starke Algorithmen bieten einen besseren Schutz, insbesondere in verteilten Systemen, in denen die Sicherheit entscheidend ist.

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JSON-Web-Token sind für die Gewährleistung der Web-Sicherheit unverzichtbar, insbesondere wenn es um Authentifizierungs- und Autorisierungsvorgänge geht. Während JWT erhebliche Vorteile bietet, erfordert seine sichere Ausführung eine robuste Infrastruktur und eine sorgfältige Planung.

Fastly Compute bietet die ideale Lösung für die Implementierung sicherer APIs mit JWT-Authentifizierung. Dank der schlanken Sandbox-Funktion der Plattform können Sie die Authentifizierungslogik in einer beliebigen Sprache schreiben. Sehen Sie sich unser Tutorial zur Dekodierung von JWT mit Fastly Compute an.

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