双重加密保护：RSA256与AES-GCM结合加密JWT的实现与解析

引言

在现代Web应用中，JWT（JSON Web Token）是授权与验证常用的格式，但在有更高安全性需求的场景下，进一步加强JWT的保护至关重要。本文将详细介绍如何使用RSA256签名JWT，然后通过AES-GCM对生成的token进行二次加密的方案，提供更强的安全性和防篡改能力。我们会涵盖技术原理、加解密过程、以及完整的Rust实现代码。

目录

1. 背景与需求
2. 加密算法选择与介绍
3. 双重加密流程概览
4. Rust实现：生成并加密JWT
5. Rust实现：解密并验证JWT
6. 总结

1. 背景与需求

在JWT授权方案中，通常采用RSA等非对称算法签名，确保前端无法篡改生成的token。然而，随着安全需求的提高，通过对称加密算法如AES-GCM进行二次加密可以有效降低token泄露的风险，因为它允许在不同传输通道上对token进行独立加密并解密。

RSA256用于签名JWT，确保token生成于可信方。随后使用AES-GCM对token进行二次加密，使得token传输时处于加密状态，即便中间人获取token，也无法直接解析出其中的授权信息。

2. 加密算法选择与介绍

• RSA256（RS256）：RSA256是一种非对称签名算法，通过私钥签名、公开密钥验证。通常用于生成JWT签名。
• AES-GCM：AES-GCM（Galois/Counter Mode）是一种流行的对称加密算法，具有高效、抗篡改的特性。它利用96位的nonce值提供唯一性，并输出含有加密密文及附加认证码的数据包，适合对已签名的token数据进一步加密保护。

3. 双重加密流程概览

1. JWT生成与签名：服务器端使用RSA256生成JWT签名，确保token不可篡改。
2. AES-GCM二次加密：使用AES-GCM生成随机密钥和nonce，对JWT token进行二次加密。
3. 前端传输与解密：将nonce与加密后的token传输给前端，前端在需要时将密文与nonce回传服务器，由服务器进行解密和验证。

4. Rust实现：生成并加密JWT

在实现中，我们将借助jsonwebtoken库生成并签名JWT，使用aes_gcm库对签名后的token进行AES-GCM加密。

Step 1: 创建并签署JWT

首先，定义JWT的负载信息和签名密钥。

use jsonwebtoken::{encode, Header, EncodingKey, Algorithm};
use serde::{Serialize, Deserialize};
use std::error::Error;

#[derive(Debug, Serialize, Deserialize)]
struct Claims {
    sub: String,
    exp: usize,
}

fn create_jwt() -> Result<String, Box<dyn Error>> {
    let claims = Claims {
        sub: "user_id".to_owned(),
        exp: 168_000_000, // 到期时间
    };
    
    let private_key = include_bytes!("private_rsa_key.pem"); // 加载RSA私钥
    let token = encode(&Header::new(Algorithm::RS256), &claims, &EncodingKey::from_rsa_pem(private_key)?)?;
    Ok(token)
}

Step 2: 使用AES-GCM对JWT进行二次加密

生成AES-GCM的256位密钥与96位nonce，并对签名的JWT token加密。

use aes_gcm::{Aes256Gcm, Key, Nonce}; // AES-GCM模式
use aes_gcm::aead::{Aead, NewAead};
use base64;

fn encrypt_jwt(jwt: &str) -> Result<String, Box<dyn Error>> {
    let key = Aes256Gcm::generate_key(rand::thread_rng()); // 生成随机密钥
    let nonce = Aes256Gcm::generate_nonce(rand::thread_rng()); // 生成随机nonce
    
    let cipher = Aes256Gcm::new(&key);
    let ciphertext = cipher.encrypt(&nonce, jwt.as_ref())?;
    
    // 合并nonce和密文，转为Base64以便传输
    let mut nonce_and_ciphertext = Vec::new();
    nonce_and_ciphertext.extend_from_slice(&nonce);
    nonce_and_ciphertext.extend_from_slice(&ciphertext);
    Ok(base64::encode(nonce_and_ciphertext))
}

5. Rust实现：解密并验证JWT

接下来，服务器端解密从前端传回的数据，提取并验证JWT签名。

Step 1: 解密AES-GCM加密的token

将从前端传回的Base64编码数据解码并解密，恢复JWT。

fn decrypt_jwt(encoded_data: &str, key: &Key<Aes256Gcm>) -> Result<String, Box<dyn Error>> {
    let decoded_data = base64::decode(encoded_data)?; // 解码Base64数据

    // 提取nonce和密文
    let nonce = Nonce::from_slice(&decoded_data[..12]); // 前12字节为nonce
    let ciphertext = &decoded_data[12..]; // 剩余部分为密文

    let cipher = Aes256Gcm::new(key);
    let decrypted_data = cipher.decrypt(nonce, ciphertext)?;
    
    Ok(String::from_utf8(decrypted_data)?) // 将JWT转为字符串返回
}

Step 2: 验证JWT签名

解密后的JWT需要验证其签名，以确保内容未被篡改。

use jsonwebtoken::{decode, Validation, DecodingKey};

fn verify_jwt(jwt: &str) -> Result<Claims, Box<dyn Error>> {
    let public_key = include_bytes!("public_rsa_key.pem"); // 加载RSA公钥
    let token_data = decode::<Claims>(jwt, &DecodingKey::from_rsa_pem(public_key)?, &Validation::new(Algorithm::RS256))?;
    Ok(token_data.claims)
}

6. 总结

本文通过RSA256和AES-GCM的组合方案，实现了JWT的双重加密保护。在实际应用中，这种多层次加密方案适合对数据安全要求较高的场景，使JWT在传输过程中的暴露风险显著降低。通过完整的Rust代码示例，展示了如何在生成token后进行加密，并在传输和解密后验证签名以确保数据的完整性。

这种双重保护措施可以增强授权token的防护能力，有效防止潜在的中间人攻击，提升用户数据安全性。