Burp Web Academy JWT (JSON Web Token)

发表于 分类于 ， ，

0x01. PortSwigger Web Security Academy

PortSwigger Web Security Academy 是 Burp Suite 官方推出的免费 Web 安全学习靶场，在学习 Web 安全知识的同时，还可以练习 Burp Suite 的实战技能。

本篇文章讲解 Web Security Academy 之中的 JWT (JSON Web Token)。

0x02. JWT 介绍

2.1 JSON Web Token

此章节转载自 JSON Web Token 入门教程 - 阮一峰的网络日志：

一、跨域认证的问题

互联网服务离不开用户认证。一般流程是下面这样。

1、用户向服务器发送用户名和密码。

2、服务器验证通过后，在当前对话（session）里面保存相关数据，比如用户角色、登录时间等等。

3、服务器向用户返回一个 session_id，写入用户的 Cookie。

4、用户随后的每一次请求，都会通过 Cookie，将 session_id 传回服务器。

5、服务器收到 session_id，找到前期保存的数据，由此得知用户的身份。

这种模式的问题在于，扩展性（scaling）不好。单机当然没有问题，如果是服务器集群，或者是跨域的服务导向架构，就要求 session 数据共享，每台服务器都能够读取 session。

举例来说，A 网站和 B 网站是同一家公司的关联服务。现在要求，用户只要在其中一个网站登录，再访问另一个网站就会自动登录，请问怎么实现？

一种解决方案是 session 数据持久化，写入数据库或别的持久层。各种服务收到请求后，都向持久层请求数据。这种方案的优点是架构清晰，缺点是工程量比较大。另外，持久层万一挂了，就会单点失败。

另一种方案是服务器索性不保存 session 数据了，所有数据都保存在客户端，每次请求都发回服务器。JWT 就是这种方案的一个代表。

二、JWT 的原理

JWT 的原理是，服务器认证以后，生成一个 JSON 对象，发回给用户，就像下面这样。

1
2
3
4
5
{
    "姓名": "张三",
    "角色": "管理员",
    "到期时间": "2018年7月1日0点0分"
}

以后，用户与服务端通信的时候，都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。为了防止用户篡改数据，服务器在生成这个对象的时候，会加上签名（详见后文）。

服务器就不保存任何 session 数据了，也就是说，服务器变成无状态了，从而比较容易实现扩展。

三、JWT 的数据结构

实际的 JWT 大概就像下面这样。

JWT

它是一个很长的字符串，中间用点（.）分隔成三个部分。注意，JWT 内部是没有换行的，这里只是为了便于展示，将它写成了几行。

JWT 的三个部分依次如下。

  • Header（头部）
  • Payload（负载）
  • Signature（签名）

写成一行，就是下面的样子。

1
Header.Payload.Signature

JWT Token 格式

下面依次介绍这三个部分。

Header 部分是一个 JSON 对象，描述 JWT 的元数据，通常是下面的样子。

1
2
3
4
{
    "alg": "HS256",
    "typ": "JWT"
}

上面代码中，alg 属性表示签名的算法（algorithm），默认是 HMAC SHA256（写成 HS256）；typ 属性表示这个令牌（token）的类型（type），JWT 令牌统一写为 JWT。

最后，将上面的 JSON 对象使用 Base64URL 算法（详见后文）转成字符串。

Payload

Payload 部分也是一个 JSON 对象，用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段，供选用。

  • iss (issuer)：签发人
  • exp (expiration time)：过期时间
  • sub (subject)：主题
  • aud (audience)：受众
  • nbf (Not Before)：生效时间
  • iat (Issued At)：签发时间
  • jti (JWT ID)：编号

除了官方字段，你还可以在这个部分定义私有字段，下面就是一个例子。

1
2
3
4
5
{
    "sub": "1234567890",
    "name": "John Doe",
    "admin": true
}

注意，JWT 默认是不加密的，任何人都可以读到，所以不要把秘密信息放在这个部分。

这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。

Signature

Signature 部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。

首先，需要指定一个密钥（secret）。这个密钥只有服务器才知道，不能泄露给用户。然后，使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256），按照下面的公式产生签名。

1
HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)

算出签名以后，把 Header、Payload、Signature 三个部分拼成一个字符串，每个部分之间用”点”（.）分隔，就可以返回给用户。

Base64URL

前面提到，Header 和 Payload 串型化的算法是 Base64URL。这个算法跟 Base64 算法基本类似，但有一些小的不同。

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。

四、JWT 的使用方式

客户端收到服务器返回的 JWT，可以储存在 Cookie 里面，也可以储存在 localStorage。

此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT。你可以把它放在 Cookie 里面自动发送，但是这样不能跨域，所以更好的做法是放在 HTTP 请求的头信息 Authorization 字段里面。

1
Authorization: Bearer <token>

另一种做法是，跨域的时候，JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

五、JWT 的几个特点

（1）JWT 默认是不加密，但也是可以加密的。生成原始 Token 以后，可以用密钥再加密一次。

（2）JWT 不加密的情况下，不能将秘密数据写入 JWT。

（3）JWT 不仅可以用于认证，也可以用于交换信息。有效使用 JWT，可以降低服务器查询数据库的次数。

（4）JWT 的最大缺点是，由于服务器不保存 session 状态，因此无法在使用过程中废止某个 token，或者更改 token 的权限。也就是说，一旦 JWT 签发了，在到期之前就会始终有效，除非服务器部署额外的逻辑。

（5）JWT 本身包含了认证信息，一旦泄露，任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT 的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限，使用时应该再次对用户进行认证。

（6）为了减少盗用，JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输，要使用 HTTPS 协议传输。

2.2 Burp JWT Editor

Burp JWT Editor 是 Burp Suite 的一个 JWT 插件，和 Turbo Intruder 插件一样，如果 Burp Suite 的版本太老，很有可能无法直接从 BApp Store 安装。笔者使用 burpsuite_pro_v2022.9.jar，然而去插件官方站点 PortSwigger/jwt-editor 并没有 Release 页面，找不到任何 jar 包，原始项目 DolphFlynn/jwt-editor 也没有老的 jar 包可用，只好作罢，直接上 Burp Suite Community Edition。

0x03. JWT (JSON Web Token)

3.1 Lab: JWT authentication bypass via unverified signature

This lab uses a JWT-based mechanism for handling sessions. Due to implementation flaws, the server doesn’t verify the signature of any JWTs that it receives.

To solve the lab, modify your session token to gain access to the admin panel at /admin, then delete the user carlos.

You can log in to your own account using the following credentials: wiener:peter

安装 Burp JWT Editor 之后，会自动高亮可能带有 JWT Token 的请求：

Burp JWT Editor

发送请求到 Burp Repeater，然后选中 JWT Token 的 Payload 部分，把其中的用户名改成 administrator 即可：

1
{"iss":"portswigger","exp":1743602445,"sub":"administrator"}

3.2 Lab: JWT authentication bypass via flawed signature verification

This lab uses a JWT-based mechanism for handling sessions. The server is insecurely configured to accept unsigned JWTs.

To solve the lab, modify your session token to gain access to the admin panel at /admin, then delete the user carlos.

You can log in to your own account using the following credentials: wiener:peter

题目提示服务端接受未签名的 JWT Token，尝试进行如下操作：

  • Header 部分，"alg":"RS256" 改为 "alg":"none"
  • Payload 部分，"sub":"wiener" 改为 "sub":"administrator"
  • Signature 部分，删除，仅保留 .

3.3 Lab: JWT authentication bypass via weak signing key

This lab uses a JWT-based mechanism for handling sessions. It uses an extremely weak secret key to both sign and verify tokens. This can be easily brute-forced using a wordlist of common secrets.

To solve the lab, first brute-force the website’s secret key. Once you’ve obtained this, use it to sign a modified session token that gives you access to the admin panel at /admin, then delete the user carlos.

You can log in to your own account using the following credentials: wiener:peter

按照前面的算法，可以自己编写程序进行破解验证：

1
HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)

也可以使用 Release hashcat v6.2.6 · hashcat/hashcat：

1
hashcat -a 0 -m 16500 <jwt> <wordlist>

居然提示没有足够的内存可用：

1
Device #1: Not enough allocatable device memory for this attack

看了下使用的 GPU，没办法，亮机卡完全带不动……CPU 模式好像不能正常工作，直接跳过，看答案密钥是 secret1。

重新签名：

  • 在 Decoder 中使用 Base64 加密 secret1 得到 c2VjcmV0MQ==
  • 在 JWT Editor 页面中，点击 New Symmetric Key，点击 Generate，然后使用上述 Base64 值替换 k 的值
  • 在 Repeater 中，先修改 JWT Token 的 Body 部分 "sub":"administrator"
  • 在 Repeater 中，切换到 JSON Web Token，然后点击 Sign，签名算法选择 HS256，选中 Don't modify header
  • 签名

3.4 Lab: JWT authentication bypass via jwk header injection

This lab uses a JWT-based mechanism for handling sessions. The server supports the jwk parameter in the JWT header. This is sometimes used to embed the correct verification key directly in the token. However, it fails to check whether the provided key came from a trusted source.

To solve the lab, modify and sign a JWT that gives you access to the admin panel at /admin, then delete the user carlos.

You can log in to your own account using the following credentials: wiener:peter

看题目描述，应该是需要在 Header 中强制指定 jwk 作为密钥，所以这里我们自己签名一个即可。

但是，原本的签名算法是 RS256，表示 RSA with SHA-256，是使用私钥签名的，如果直接使用 HS256 签名，并更新 "alg":"RS256"，无法通过验证。

使用 RS256 的操作步骤如下：

1）在 JWT Editor 页面中，点击 New RSA Key，点击 Generate 生成 RSA 密钥

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
{
    "p": "8ul8x0o9U7Flv5LpgAt7f-bt0znuH0mJVIShISgBCUGa7TIicDJQw3-ok_uHm5pqWIkVeYHSA_s3xnlmeAGpunVbpvDf7o8FxsolQcsyKQfAerx-YLVLYT21PUfNzqFj097lpO32TDj_UzG2_Z1TChASZfzW5AzAuFx9YEI5ebk",
    "kty": "RSA",
    "q": "1UIbCyCUomscp20AedWMlBSHFSdvML64Zw4_mKGfJGuKxC6FS7Fe8tXAItcYLjc6fJqFWV_ajxC2rAe0RZr8KSf6ZTNlzsHAodeLXNLlCPc3ULI4dx99oWCEG1aJ_SmGiynmhZCCuu0lQYwpK-AnYWn6yk2WAyv5jHj3t3T27D8",
    "d": "SdCgt0Wgw5M5tKrb5n4CTZpO0tvx9P4fXY2Cqat3qin0SVoulHjQYLzwkCOi4jrzwNebtvsV6m9W8CgJbBOk1fGAK_R5W-kBP-SkJvcx1aDJmLXa2Hygx3ae9grqxfO2PBgbJTVAqnm69T4-hRkQ9GanF8gKW6-Z-XJqHOKlGqm0Lhf-lL8kv29TKbGgFcuNf5mjoqrEpaoKD_aZ10fjSsCo_BkrxlOQuuJKkC7zHoy36IC4T9DURJgVTamy9Mq9zjQrel0tf6bfKp5Xwvs-5_5XnM54AcRH8Knlz3gg6wo8LR8q9Uzd5N-kdjWGbMqITME0wOBsmaKecaa20QIIaQ",
    "e": "AQAB",
    "kid": "2ad4d59d-e76b-4e46-97f9-373b9aa40816",
    "qi": "Ppl7zh4NGIfLo8Pv3gAIu6s4KPK0s41qQ6mP5thxn6wa3yNwYx9nG_Peskw4xybw_MIDTMV6yycEojJLwBpzgqXYZ834YgHYyCkZBi6zFkVDIJS31Dtexiy9AWAHnSxFDQeveV69pvvaS5FNNlfABIuxfMCmwaWTQEQ8v5G1RkY",
    "dp": "iAoJTpceN2PvRtXhHUvQ83WCFbyoxi7p0UKh9q6vvd5XBKYCMXGMV6CD6bSBYryc-E51j2IMGxyzRN0ybN0JkBovpRPbZYAFzSniqbFBu0bTHim4YTLHL4NeoB45fZJXFQ4M8EwwlsmI_K-n-usD2Wvc0e9C7d7Sg62QrbsI80k",
    "dq": "fOOVytJtuSBZS4N-P9tb1GyhHzZU24sVmuSxQcWE2WNRhMpprYZWQIgFWWH1-zrEuawUY97Ks_XpxJ1OaWT2P3P2I8YR3R-CnEUKjHXFQ5bjghKdFsYOYK-RLiFj9iqXbHBBW_7hUG8I3nYitlszNM1H3anKLFlYb3d4Oqv43yk",
    "n": "ylr-rStBxIlGFzCQMTF_UCzD_1KpUgAUK86CFl8HoDLeoW8VLBBZn9eUPgvocKv_dl528cAXXE28dPItIxYz8SPu51GYjOeigQYvQHv4BTX_2vxnD6fGxn6yCLRheh5GTGhxAkpeTksSBvvphtoDN69L00s-dCdGU-z_pPyh0VZ3rbUH6z-Lql6W1Y9evY5gA2-Wk7ABkjnAhWMTqWw0wDEL2wALbQfIsU8CE14BL8YxsExbKCXDGCSLgXPXT9rdUqUWhLrYTd8mA78nqrtgAzCQ-L2m0OrNgP5lb162ZMvwuGyP-MFavGHFtwRLKSN1QFE8MweMUDrBGMhfFCGAhw"
}

2）在 Repeater 中，切换到 JSON Web Token，修改 JWT Token 的 Body 部分 "sub":"administrator"

3）在 Repeater 中，切换到 JSON Web Token，点击 Attack，点击 Embedded JWK，使用前面生成的 RSA 密钥

4）应用之后会自动签名，JWT 的 Header 部分如下

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
{
    "kid": "2ad4d59d-e76b-4e46-97f9-373b9aa40816",
    "typ": "JWT",
    "alg": "RS256",
    "jwk": {
        "kty": "RSA",
        "e": "AQAB",
        "kid": "2ad4d59d-e76b-4e46-97f9-373b9aa40816",
        "n": "ylr-rStBxIlGFzCQMTF_UCzD_1KpUgAUK86CFl8HoDLeoW8VLBBZn9eUPgvocKv_dl528cAXXE28dPItIxYz8SPu51GYjOeigQYvQHv4BTX_2vxnD6fGxn6yCLRheh5GTGhxAkpeTksSBvvphtoDN69L00s-dCdGU-z_pPyh0VZ3rbUH6z-Lql6W1Y9evY5gA2-Wk7ABkjnAhWMTqWw0wDEL2wALbQfIsU8CE14BL8YxsExbKCXDGCSLgXPXT9rdUqUWhLrYTd8mA78nqrtgAzCQ-L2m0OrNgP5lb162ZMvwuGyP-MFavGHFtwRLKSN1QFE8MweMUDrBGMhfFCGAhw"
    }
}

所以，这里手工插入也是可以的，但是如果不熟悉 JWT，那么就不知道具体的数据格式和字段。如果自己插入，需要确保外层的 kid 和 jwk 中的 kid 一致。

3.5 Lab: JWT authentication bypass via jku header injection

This lab uses a JWT-based mechanism for handling sessions. The server supports the jku parameter in the JWT header. However, it fails to check whether the provided URL belongs to a trusted domain before fetching the key.

To solve the lab, forge a JWT that gives you access to the admin panel at /admin, then delete the user carlos.

You can log in to your own account using the following credentials: wiener:peter

跟前面一道题的 jwk 参数有点类似，本质上都是让服务端使用我们指定的公钥来验证 JWT 是否是合法的，两者的含义如下：

  • jwk
    • JSON Web Key (JWK)
    • 在 JWT Header 中直接嵌入公钥
  • jku
    • JWK URL (JKU)
    • 指定一个 URL，访问这个 URL 可以得到公钥信息（也是 JSON 格式的数据）

所以，如果服务端自身没有校验机制，而是直接使用我们提供的信息，那么就可以伪造 JWT 数据并绕过校验。

解题步骤：

1）使用测试账号 wiener 登录系统，得到带 JWT 信息的请求数据

2）在 JWT Editor 中，生成一个 RSA 密钥对

3）在 JWT Editor 中，选中生成的 RSA 密钥，右键菜单选择 Copy Public Key as JWK，得到如下信息：

1
2
3
4
5
6
{
    "kty": "RSA",
    "e": "AQAB",
    "kid": "2ad4d59d-e76b-4e46-97f9-373b9aa40816",
    "n": "ylr-rStBxIlGFzCQMTF_UCzD_1KpUgAUK86CFl8HoDLeoW8VLBBZn9eUPgvocKv_dl528cAXXE28dPItIxYz8SPu51GYjOeigQYvQHv4BTX_2vxnD6fGxn6yCLRheh5GTGhxAkpeTksSBvvphtoDN69L00s-dCdGU-z_pPyh0VZ3rbUH6z-Lql6W1Y9evY5gA2-Wk7ABkjnAhWMTqWw0wDEL2wALbQfIsU8CE14BL8YxsExbKCXDGCSLgXPXT9rdUqUWhLrYTd8mA78nqrtgAzCQ-L2m0OrNgP5lb162ZMvwuGyP-MFavGHFtwRLKSN1QFE8MweMUDrBGMhfFCGAhw"
}

4）在 Exploit-Server 中，将公钥数据填充到如下 JSON 数据，当作 HTTP Response Body 数据

1
2
3
4
{
    "keys": [
    ]
}

5）修改 JWT 的 Header 部分：替换 kid 为公钥中的 kid，同时添加 jku 为 Exploit-Server 中公钥页面的 URL

1
2
3
4
5
{
    "kid": "2ad4d59d-e76b-4e46-97f9-373b9aa40816",
    "alg": "RS256",
    "jku": "https://exploit-0abb00a704a5857c815c2e93013900d9.exploit-server.net/exploit"
}

6）修改 JWT 的 Payload 部分：将用户名指定为 administrator

1
2
3
4
5
{
    "iss": "portswigger",
    "exp": 1744209232,
    "sub": "administrator"
}

7）使用 RSA 私钥对 JWT 进行签名

现在，我们就可以以 administrator 的名义进行访问了，先访问 /admin 拿到删除用户的 URL，再访问 /admin/delete?username=carlos 即可。

3.6 Lab: JWT authentication bypass via kid header path traversal

This lab uses a JWT-based mechanism for handling sessions. In order to verify the signature, the server uses the kid parameter in JWT header to fetch the relevant key from its filesystem.

To solve the lab, forge a JWT that gives you access to the admin panel at /admin, then delete the user carlos.

You can log in to your own account using the following credentials: wiener:peter

题目提示 kid 参数可以进行路径穿越，可以拿来请求服务端本地文件系统上的文件。不过如果直接尝试 ../ 或者绝对路径，会校验失败并 302 重定向到 /login。官方解题过程如下：

查看原始的 JWT，其 Header 部分如下：

1
2
3
4
{
    "kid": "fed8aade-23a0-44d0-b9a1-e0f89e2c8049",
    "alg": "HS256"
}

这里使用的是对称加密算法，我们可以先在 JWT Editor 中生成一个对称密钥，并替换其中的 k 值为 AA==，如下：

1
2
3
4
5
{
    "kty": "oct",
    "kid": "9e26f72a-3f18-494e-9542-518712cca13a",
    "k": "AA=="
}

这里 AA== 是 \0 的 Base64 编码：

1
2
3
4
5
>>> import base64
>>> base64.b64encode(b'')
b''
>>> base64.b64encode(b'\0')
b'AA=='

并使用 ../../../../../../dev/null 替换原始的 kid，然后更改 Payload 部分的用户名为 administrator，然后签名，即可以 administrator 身份发起请求。这里直接使用绝对路径 /dev/null 将无法通过校验，可能服务端使用了路径拼接，所以还是需要使用路径穿越来实现访问 /dev/null。

服务端从 /dev/null 什么都读不到，因此可能使用 \0 来作为对称密钥（至少像 C/C++ 之类的语言，如果 buffer 没有读到信息，那么在正确初始化的情况下，就应该是 \0）。

实际上，如果我们能够确切知道指定路径的文件内容，那么要可以使用对应的文件路径。

0x04. 小结

  • Burp JWT Editor 基本用法
  • Hashcat 用法
  • JWT 重新签名
  • JWK 参数注入
    • jwk
    • jku
  • /dev/null

0x05. 参考文档

  1. https://portswigger.net/web-security/all-labs#jwt
  2. https://www.ruanyifeng.com/blog/2018/07/json_web_token-tutorial.html
  3. https://trustedsec.com/blog/attacking-jwt-with-self-signed-claims