JWT 背後的規範：JOSE 是什麼？

在前兩篇文章中，我們介紹了 JWT 的運作原理和組成結構。

你可能會好奇：JWT 的這些規則是誰定義的？Header 要放什麼、Signature 要怎麼算，這些標準從哪裡來？

答案是：JOSE。

JOSE 是什麼？

JOSE 的全名是 JSON Object Signing and Encryption，中文可以翻譯成「JSON 物件簽署與加密」。

它不是一個工具，而是一套規範。這套規範定義了：

• 如何對 JSON 資料產生「簽名」（防止資料被竄改）
• 如何對 JSON 資料進行「加密」（防止資料被看到）
• 該用什麼演算法
• 金鑰的格式該長什麼樣子

JWT 就是根據 JOSE 規範所設計出來的。

為什麼要有這套規範？

想像一下，如果沒有統一的規範：

• A 公司的 JWT 用一種格式
• B 公司的 JWT 用另一種格式
• 每個人的簽名算法都不一樣

這樣大家的系統就無法互通。

有了 JOSE 規範，所有人都用同樣的格式、同樣的命名方式，不同系統之間就能互相理解對方的 Token。

JOSE 的四大規範

JOSE 底下有四個子規範，各自負責不同的事情：

flowchart TB
    JOSE[JOSE 規範]
    JOSE --> JWA[JWA<br/>演算法]
    JOSE --> JWK[JWK<br/>金鑰格式]
    JOSE --> JWS[JWS<br/>簽名]
    JOSE --> JWE[JWE<br/>加密]
    
    JWS --> JWT[JWT]
    JWE --> JWT

接下來，我們逐一介紹這四個規範。

JWA（JSON Web Algorithms）

JWA 定義了「可以使用哪些演算法」。

在前一篇文章中，我們提到 JWT 的 Header 裡有一個 alg 欄位：

{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}

{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}

這個 HS256 是哪裡來的？就是 JWA 規範定義的。

JWA 定義的演算法

JWA 規範列出了所有「官方認可」的演算法，包括：

用於產生簽名（JWS）的演算法：

用於加密（JWE）的演算法：

為什麼需要統一定義演算法？

如果沒有統一定義，可能會發生：

• 有人用了不安全的演算法，卻不知道
• 接收方不認識發送方用的演算法，無法驗證
• 不同系統對同一個演算法的命名不一致

JWA 規範解決了這些問題：它告訴大家「這些演算法是安全的、可以用的」，也統一了命名方式。

JWK（JSON Web Key）

JWK 定義了「金鑰該用什麼格式表示」。

在前一篇文章中，我們提到對稱式演算法用 Secret，非對稱式演算法用 Private Key 和 Public Key。但這些金鑰該怎麼儲存、怎麼傳遞？

JWK 規範定義了一種用 JSON 格式來表示金鑰的方式。

JWK 長什麼樣子？

一個對稱式金鑰（用於 HS256）的 JWK：

{
  "kty": "oct",
  "k": "AyM32w-Gm2h5V_TJ_FjYXXjLxGh2QlTcF8qTkL3FJ3k",
  "alg": "HS256"
}

{
  "kty": "oct",
  "k": "AyM32w-Gm2h5V_TJ_FjYXXjLxGh2QlTcF8qTkL3FJ3k",
  "alg": "HS256"
}

一個非對稱式公鑰（用於 RS256）的 JWK：

{
  "kty": "RSA",
  "n": "0vx7agoebGcQ...",
  "e": "AQAB",
  "alg": "RS256",
  "use": "sig"
}

{
  "kty": "RSA",
  "n": "0vx7agoebGcQ...",
  "e": "AQAB",
  "alg": "RS256",
  "use": "sig"
}

JWK 的常見欄位

JWKS（JSON Web Key Set）

當你有多把金鑰時，可以把它們放在一起，這就是 JWKS：

{
  "keys": [
    { "kty": "RSA", "kid": "key-1", ... },
    { "kty": "RSA", "kid": "key-2", ... }
  ]
}

{
  "keys": [
    { "kty": "RSA", "kid": "key-1", ... },
    { "kty": "RSA", "kid": "key-2", ... }
  ]
}

很多服務會公開它們的 JWKS，讓其他人可以取得公鑰來驗證 JWT。例如 Google 的 JWKS 端點：

https://www.googleapis.com/oauth2/v3/certs

https://www.googleapis.com/oauth2/v3/certs

JWS（JSON Web Signature）

JWS 定義了「如何對資料產生簽名」。

這是重點：我們前兩篇文章介紹的 JWT，其實就是 JWS。

JWT 和 JWS 的關係

你可能會困惑：JWT 和 JWS 有什麼不同？

簡單來說：

• JWS 是「帶有簽名的 JSON 資料」的格式規範
• JWT 是 JWS 的一種「應用」，專門用來傳遞身份資訊

我們常說的 JWT（有三個部分，用 . 分隔），其實正式名稱是「使用 JWS Compact Serialization 格式的 JWT」。

eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VyX2lkIjoxMjN9.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV

eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VyX2lkIjoxMjN9.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV

這個格式就是 JWS 定義的。

JWS 的結構

JWS 定義了 JWT 的三段式結構：

Base64Url(Header).Base64Url(Payload).Base64Url(Signature)

Base64Url(Header).Base64Url(Payload).Base64Url(Signature)

以及 Signature 的計算方式：

Signature = 演算法(Base64Url(Header) + "." + Base64Url(Payload), 金鑰)

Signature = 演算法(Base64Url(Header) + "." + Base64Url(Payload), 金鑰)

這些在前兩篇文章都介紹過了，現在你知道它們的來源是 JWS 規範。

JWE（JSON Web Encryption）

JWE 定義了「如何對資料進行加密」。

在前一篇文章中，我們強調過：JWT 的 Payload 是 Base64 編碼，任何人都能解碼看到內容。

但如果你的資料真的需要保密呢？這時候就可以用 JWE。

JWS vs JWE

JWS 和 JWE 最大的差別在於：Payload 的處理方式不同。

簡單說：

• JWS：內容是「編碼」的，大家都能看，但改了會被發現
• JWE：內容是「加密」的，沒有金鑰的人看不到

JWE 的結構

JWE 的格式比 JWS 複雜，有五個部分：

Header.EncryptedKey.IV.Ciphertext.AuthTag

Header.EncryptedKey.IV.Ciphertext.AuthTag

什麼時候用 JWE？

大多數情況下，我們用的都是 JWS（一般的 JWT）。因為：

1. JWT 的 Payload 本來就不該放機密資訊
2. 傳輸過程有 HTTPS 保護
3. JWE 比較複雜，處理起來也比較慢

只有在特殊情況下才需要 JWE，例如：

• 需要在 JWT 中放一些敏感資訊
• Token 可能會經過不信任的中間人

JWT 的兩種形式

現在你知道了，JWT 其實可以有兩種形式：

我們平常說的「JWT」，99% 指的都是 JWS 形式。

這些規範的關係

讓我們整理一下這些規範之間的關係：

flowchart TB
    subgraph JOSE[JOSE 規範家族]
        JWA[JWA<br/>定義演算法]
        JWK[JWK<br/>定義金鑰格式]
        JWS[JWS<br/>定義簽名格式]
        JWE[JWE<br/>定義加密方式]
    end
    
    JWA -->|演算法清單| JWS
    JWA -->|演算法清單| JWE
    JWK -->|金鑰格式| JWS
    JWK -->|金鑰格式| JWE
    
    JWS -->|帶簽名的 Token| JWT[JWT<br/>JSON Web Token]
    JWE -->|加密過的 Token| JWT

• JWA 提供演算法清單給 JWS 和 JWE 使用
• JWK 提供金鑰格式給 JWS 和 JWE 使用
• JWS 和 JWE 是產生 JWT 的兩種方式

小結

現在你知道了：

1. JOSE 是一套規範，定義了如何對 JSON 資料產生簽名和加密
2. JWA 定義了可以使用哪些演算法（HS256、RS256 等）
3. JWK 定義了金鑰的 JSON 格式
4. JWS 定義了如何產生簽名，我們常用的 JWT 就是 JWS 格式
5. JWE 定義了如何加密資料，用於需要保密的場景
6. 平常說的「JWT」，幾乎都是指 JWS 形式的 JWT

這些規範你不需要背起來，只要知道它們的存在和大概的用途就好。當你看到 JWA、JWK、JWS、JWE 這些名詞時，不會一頭霧水就夠了。