面试题：安全认证之JWT在高并发与分布式环境下的优化与安全加固

Question

在高并发的分布式系统中使用JWT进行用户权限管理，会面临哪些挑战，如性能瓶颈、安全风险等。针对这些挑战，你会采取哪些优化措施和安全加固策略，包括但不限于JWT的存储、传输、验证机制的优化，以及如何防止常见的针对JWT的攻击，如中间人攻击、重放攻击等。

Answer 1

面临的挑战

1. 性能瓶颈
   • 验证开销：每次请求都需要验证JWT，解析和验证签名会带来额外的CPU开销，在高并发场景下可能成为性能瓶颈。
   • 网络传输：JWT通常会随着每个请求在网络中传输，增加了网络带宽的消耗。
2. 安全风险
   • 中间人攻击：如果JWT在传输过程中没有适当的加密，攻击者可能截获JWT，获取其中的用户信息和权限信息。
   • 重放攻击：攻击者可以记录合法用户的JWT并在之后重放，以获取未授权的访问。
   • 密钥管理：JWT的签名密钥需要妥善保管，如果密钥泄露，攻击者可以伪造合法的JWT。
   • 数据泄露：由于JWT中包含用户信息，如果JWT本身泄露，可能导致用户信息泄露。

优化措施和安全加固策略

1. JWT存储优化
   • 客户端存储：建议在HTTP-only的Cookie中存储JWT，防止通过JavaScript访问Cookie，降低XSS攻击导致JWT泄露的风险。同时，在客户端可以设置较短的过期时间，减少JWT被窃取后的有效使用时间。
   • 服务器端存储：如果需要在服务器端存储JWT相关信息，可以采用分布式缓存（如Redis）。可以将JWT的唯一标识（如JTI字段）存储在缓存中，并设置过期时间，用于验证JWT是否已被撤销等操作。
2. 传输优化
   • 加密传输：使用HTTPS协议进行传输，确保JWT在传输过程中被加密，防止中间人攻击获取JWT内容。
3. 验证机制优化
   • 缓存验证结果：对于一些不经常变化的权限验证结果，可以在服务器端进行缓存。例如，在分布式系统中，可以使用本地缓存（如Guava Cache）或分布式缓存（如Redis），在一定时间内缓存验证通过的JWT相关权限信息，减少重复验证带来的性能开销。
   • 批量验证：在一些场景下，如果多个请求携带的JWT来自同一用户或同一组用户，可以进行批量验证，减少验证次数。
4. 防止常见攻击
   • 防止中间人攻击：如上述提到，强制使用HTTPS协议进行传输，确保数据在传输过程中的保密性和完整性。
   • 防止重放攻击：
     • 使用JTI（JWT ID）：在JWT中加入JTI字段，这是一个唯一标识。服务器端接收到JWT后，检查JTI是否已经在缓存（如Redis）中存在，如果存在则认为是重放攻击，拒绝该请求。同时，将合法的JTI存入缓存并设置过期时间。
     • 时间戳验证：在JWT中加入Issued At（iat）和Expiration Time（exp）字段，服务器端验证JWT时，检查当前时间是否在iat和exp之间，防止使用过期的JWT进行重放攻击。
   • 密钥管理：
     • 定期更新密钥：定期更换JWT签名密钥，降低密钥泄露带来的风险。当密钥更新后，需要确保系统能够平滑过渡，如同时支持新旧密钥的验证，逐步淘汰使用旧密钥签名的JWT。
     • 密钥存储安全：将密钥存储在安全的地方，如硬件安全模块（HSM），确保密钥的保密性和完整性。
   • 防止数据泄露：对JWT中的敏感信息进行加密处理，即使JWT泄露，攻击者也无法获取其中的敏感数据。例如，可以使用对称加密算法对部分敏感信息进行加密后再放入JWT中。