1.前言
网上关于JWT相关漏洞的总结和介绍已经有非常多了，什么签名未校验、禁用Hash、爆破弱密钥、密钥混淆攻击等等，也有很多好用的工具，例如JWT_Tool等。
在这一堆花哨的问题中，攻击者利用起来最方便，也是比较可能遇到的，无疑就是“爆破弱密钥”。但是我和很多师傅聊过，大家虽然都知道有这个姿势，但是实战中基本不会特意去尝试爆破，原因也很简单，几乎没成功过。
因此，大部分师傅关于JWT相关的攻击，基本都是从某些地方泄露出JWT密钥之后，才尝试去利用。
那么，为什么JWT密钥爆破成功率这么低呢？难不成所有开发者的安全意识都这么好？都使用的强口令去生成JWT Token？这显然也是不现实的！
最近几天，小队范师傅来请教了我一些关于JWT爆破的案例和问题，正是从这个问题中，我发现了JWT密钥爆破成功率低的真正原因，并进一步发现了Github上一个10K Star的JWT组件的设计缺陷。
下面我们进入正题。
2.奇怪的JWT爆破问题以及JWT爆破成功率低的真相
某天，小队范师傅找我交流了一个关于JWT爆破的奇怪问题，问题如下
首先，我们用密钥Bohui@123生成一串JWT Token，注意这里不勾选secret base64 encoded
此时，我们使用JWT_Tool对上述JWT Token进行爆破，可以成功爆破出密钥
下面，如果我们生成JWT Token时勾选secret base64 encoded，我们在字典里放入Bohui@123，以及Bohui@123 base64编码后的值，仍旧爆破不出来
很有意思对吧，这个secret base64 encoded到底是什么意思呢？翻阅了一下资料，我找到了这个选项的含义
勾选secret base64 encoded，意味着对用户输入的密钥先进行一次base64解码，用解码后的值去参与JWT Token的生成！
到这里，其实我在想，哪有开发者会这么生成JWT Token？对一串正常的非base64编码字符进行base64解码，程序难道不会报错？这样去生成JWT Token的开发者才是极少数吧？但是来找我交流问题的师傅告诉我，这样的问题其实才是比较常见的！
那么，到底为什么会产生这样的情况呢？其实网上能找到一篇解答的文章
https://mp.weixin.qq.com/s/ntVi1vdWzEPHpQ4k-45Cjg
yitaiqi师傅在23年末也发现了这个问题。要探究这个问题，我们还需要从一个很常用的JAVA JWT生成组件，也即JJWT组件开始说起。
我们先来演示一下，要如何使用这个组件进行JWT Token的生成与解密，生成JWT方法如下：
解密方法如下：
从这个案例中，我们可以很清晰的看到是什么方法进行了JWT密钥的设置，在生成过程中，负责设置密钥的方法是signWith()，而在解密过程中，负责设置密钥的方法是setSigningKey()。
开发者在使用框架的时候肯定不会想到把自己的密钥先base64解码后再传入signWith()或者setSigningKey()，毕竟对一串正常字符串base64解码，鬼知道会得到什么东西。既然会出现上面的问题，那一定是signWith()或者setSigningKey()方法里做了什么特殊处理。
我们先跟进signWith()方法，在DefaultJwtBuilder类中可以找到该方法的实现：
注意看两个重要的地方，这个方法的本意是，我们要传入一串base64编码后的字符作为密钥，后续会调用TextCodec.BASE64.decode()方法对我们传入的密钥进行解密，解密后的值才参与JWT Token的生成。
那么问题来了，有多少开发者知道这里需要把自己的密钥base64编码后再传入呢？我上网找了几篇JJWT的使用案例和教程，发现很多人其实都误用了相关方法！
Demo1如下：
Demo2如下：
看到了吗？网上教的这些用法，都直接传入了普通字符串，而非Base64编码后的字符串，这会导致什么问题呢？我们接着往后看，说回signWith方法
前面说到，这里会调用TextCodec.BASE64.decode()方法对用户传入的密钥进行解密，解密后的值才参与JWT Token的生成。
比如用户直接传入一个Testme123，还乐呵的以为密钥就是Testme123，实则不然，密钥实际上是：
TextCodec.BASE64.decode(“Testme123”)
跟进该方法，实际上该方法是调用的
DatatypeConverter.parseBase64Binary()方法对用户传入的字符串进行Base64解码！
我们再看看解密JWT时使用的setSigningKey()方法的实现呢？
你会发现，和setWith()方法如出一辙，会先将用户传入的密钥进行base64解码，然后解码后的值作为真正的密钥进行解密。
现在我们就完全弄懂了这是怎么回事了！问题的关键就在于，在jjwt框架中，会对你提供的JWT密钥先进行base64解码，用解码后的结果作为密钥去生成JWT。这个理念其实比较好理解，如果你要使用一些高强度的密钥，难免会涉及一些特殊字符，如果你直接传入的话还可能会遇到一些奇奇怪怪的问题，所以先把你的密钥base64编码后再传入，是能避免很多乱七八糟的问题的
但是大部分开发者并不知道这一点，网上关于jwt相关框架的教程本身也没讲明白，所以很多开发者以为那两个方法接受的密钥是明文密钥，因此直接把明文密钥传入了。比如我传入个Testme#233，并不意味着密钥本身就是Testme#233，而是对Testme#233进行base64解码后的值！
那么问题来了，对一个普通字符串base64解码，会得到什么值？这就是最大的槽点，开发者的失误、误用，反而在某种程度上阻止了攻击者对密钥的爆破！
因此实际上我们还得专门写一个脚本，把我们字典里的所有正常的密钥字符串，先进行base64解码，然后用解码后的值去参与JWT密钥的比对和爆破，才能够实现爆破的效果。
yitaiqi师傅在他的文章中给出了一个简单的demo，实际上我们只需要对普通字符串补足长度，就可以实现将普通字符串进行“base64解码”
#来自pyjwt库import jwtimport base64#密钥key="your-secret"#jwt认证字符串st = "your-jwt-token"secret=base64.b64decode(key[:len(key)-(len(key)%4)])#jwt解码s = jwt.decode(st, secret,algorithms=["HS512", "HS256"]) # 解密，校验签名print(s)
我们来简单实验一下，在勾选secret base64 encoded的情况下，生成一串JWT Token
运行，现在，我们就可以成功解密这种情况下的JWT Token了。看起来一切都非常美好，接下来我们只需要稍微改改上面的脚本，它就能成为一个针对这种特殊情况的爆破工具了！
但是情况真的有这么简单吗？在我后续改进和测试该脚本时，发现了一些问题。第一个问题如下，假如我们的密钥有一些特殊字符，比如我使用Testme@123生成一个JWT Token
此时，我们再尝试解密，发现报错
实际上，对Testme@123进行base64解码的过程中，这个错误就触发了，是啊，@符号都不在base64的码表中，怎么可能正常base64解密呢？这就意味着JAVA的DatatypeConverter.parseBase64Binary()一定有着截然不同的逻辑，才能成功完成后续步骤。
第二个问题是，当我们jwt token的payload部分存在某些特殊字符时，也会导致解码失败，如下：
此时的错误是jwt.exceptions.InvalidAudienceError: Invalid audience，即audience不合法，我一开始以为audience里面是不是不能用{}之类的特殊字符，后面查阅了很多用法后发现，这样是允许的，而且很多开发者都这么用！我甚至都怀疑是不是pyjwt的一些缺陷，或者单独pyjwt不支持这种用法。
上述的两个问题困扰了我很久，始终无法在python上解决这两个问题，可能也是有办法解决，但是本人python技术力也不高，如果各位大手子有兴趣，也可以尝试解决一下。
这时候就该转变一下思路了，既然这主要是JJWT组件的问题，那我其实把JJWT里生成和解密JWT的逻辑抠出来就行了呀！甚至都不用这么麻烦，我们只需要将错就错，顺着开发者错误的生成JWT的思路，去写一个错误的解密思路不就行了？
我们先用JJWT框架生成一个JWT Token
注意这里我们使用的密钥是Testme@123，并且我们设置了一个Audience，其键值包含{}特殊字符，这两个细节如果是在python上，那么都会导致JWT解密失败，我们在JJWT里试试呢？
可见，成功解密，因此我们只需要用JJWT框架去实现这个工具就行，其实代码也非常简单，主要的解密函数如下
这里需要注意的点是，如果JWT中的exp键的键值（时间戳）已经过期的话，即使我们提供正确的密钥也解密不出来，会爆ExpiredJwtException的异常，不过这个好解决，我们定位到异常处理的相关代码
可以发现，抛出这个exception的构造参数是有claims的，也就是解密结果其实已经有了，查看API，发现有方法getClaims，恰好就是返回的claims
因此只需要在捕获异常后调用getClaims()方法就可以获取到JWT解密后的值，无视exp过期导致的异常！
3.从一个意外到发现10K Star项目的设计缺陷
经过上面的测试，似乎得到了一个皆大欢喜的结果，成功写出一个工具完美地解决了上面的种种问题，但是，本文远没有就此结束。
难道开发者不需要为自己错误的用法付出任何安全上的代价？难道错误的用法反而让系统更安全了？
在对我的工具进行测试和debug的时候，发现了一个有趣的现象，我们生成一个JWT Token，使用的密钥是1234
然后使用工具进行爆破
我们惊讶的发现，有一堆正确密钥被爆破了出来？！这是怎么回事？难道我们的工具的逻辑有什么严重缺陷吗？吓得我赶紧回去检查了一下，但是也没看出啥问题啊。
而且，即使使用错误的密钥，JWT Token也确实被成功解密了，这个总不能是工具逻辑问题导致的吧？
如果我们仔细观察上述密钥，就会发现他们有一个共性，他们的长度都在4到7之间，也即
1234xxx
这其中必然有一些隐情，我们生成的时候时，是以1234进行base64解码后的结果作为密钥的。解密时，以123456a进行base64解码后的结果作为密钥。可以解密成功
这就意味着，在JJWT框架看来，1234的解码值等价于123456a的解码值？
我们必须回到最关键地方，也即JJWT解码普通字符串的本质，
DatatypeConverter.parseBase64Binary(encoded)方法。
我们调用上述方法对1234进行解码，可以看到它得到了一个数组。记住此时数组的值。
当我们对1234a解码时，发现得到的数组仍然一样
包括1234aB8这样看起来完全不一样的字符，依然可以解码得到上述数组
但如果我们再增加一位字符，1234aB83，则会得到一个完全不一样的数组
为什么会有这样的神奇现象呢？这就要说到
DatatypeConverter.parseBase64Binary(encoded)对字符串的处理方法，这里就不放代码了，我大致说一下它的处理逻辑。
首先它会检查你输入的字符串，是否存在一些不在Base64码表里的特殊字符，如@，如果存在这种字符，那么会直接删除掉字符。生成一个新的字符串str1。
检查str1的长度，判断其长度是否为4的倍数，如果是，则直接转化为字节码数组。
如果str1长度不为4的倍数，会简单地将其删减到最近的4倍数的长度，得到str2，将str2转化为字节码数组。
这就能解释为什么1234和1234aB8是等价的，因为1234aB8的长度是7，最接近4的倍数的长度就是4，因此aB8这三位会被直接删掉，留下1234。那自然会得到一样的结果。
当然，第一个无视非base64码表字符的特性也非常有意思，举个例子，Test@1234和Test1234解码后的结果也是一样的
这意味着什么呢？这意味着当开发者采用这种错误的写法，攻击者爆破密钥的难度，将会大幅度缩小！我们用下面的案例来演示
注意此时，开发者使用的密钥是Cves^2024L@z，从理论上来说，攻击者哪怕爆破上一万年，也很难爆破出这个密钥。
但是根据我们上面的逻辑，DatatypeConverter.parseBase64Binary()方法会先去除不在码表中的特殊字符，那么我们的Cves^2024L@z等价于Cves2024Lz
同时注意到，这个字符串的长度是10，不是4的倍数，因此其实际上等价于Cves2024
这就是非常容易生成出来的密钥了，我们试试用这个密钥能不能解密呢？
成功，从Cves^2024L@z这样一个不可能被破解出来的密钥，到Cves2024这样的简单密钥。这就是这个问题的价值所在！
实际上原密钥再夸张也无所谓，大部分特殊字符都是要被删掉的，比如我们用Cves^**^^2024L@@@z作为原密钥，然后用Cves2024还是能解密出来，因为原密钥经过处理后与Cves2024还是等价。
开发者在设计这个功能的时候，就应该禁止用户传入普通字符串，用户误用的时候也应该抛出异常提示，这就是为什么我觉得这个问题更像是一种缺陷。不过新版本JJWT已经废弃了上述用法，这样的问题应该就比较少了，对于较老版本的JAVA系统，还是很有可能存在这种问题的。
（有意思的是，JJWT的issue里早就有开发者反馈了这一点，但是原作者认为这是一个不太可能造成安全问题的特性）
因此，网络上铺天盖地的错误用法，错误的教程，实际上为攻击者提供了便利！JJWT框架在github上有10k的star，难以想象有多少人会使用上述错误用法，自以为使用了高强度的JWT密钥，可实际上经过JJWT处理后，会变成简单无比的弱口令密钥！
4.后记
组件本身也许没有问题，但是使用组件的人的想法却很可能有问题，有问题的用法若被大范围传播和学习，那么也可以视为“组件漏洞”了，正如大家最熟悉的一件事——一个字念错的人多了，那么这个错误读音也会被收录进新华字典。
在审计漏洞时，除了注意一些常规的漏洞，还可以多注意开发者的用法，和组件设计者的想法是否一致，在学习开发的时候就可以多推敲，研究一下网上相关的教程中，有没有被广泛使用的错误用法。“本意是好的，只是执行坏了”，不是一句简单的笑谈。
原文始发于微信公众号（HW专项行动小组）：从一个奇葩的JWT解密问题到Github 10K star组件的设计缺陷！！！
