API 接口安全:用 JWT + Refresh Token 解决 Token 过期与身份伪造问题

API 接口安全:用 JWT + Refresh Token 解决 Token 过期与身份伪造问题

在分布式系统与前后端分离架构中,API 接口是数据交互的核心通道,其安全直接决定了系统的信任边界。传统 Token 认证方案常陷入 "两难困境":若 Token 有效期过长,一旦泄露易引发身份伪造风险;若有效期过短,又会频繁触发用户重新登录,严重影响体验。而 JWT(JSON Web Token)与 Refresh Token 的组合方案,恰好能在 "安全" 与 "体验" 之间找到平衡点,既解决身份伪造问题,又优化 Token 过期后的处理流程。

一、先搞懂:JWT 如何防身份伪造?

JWT 是一种基于 JSON 的轻量级认证令牌,核心价值在于 "可验证性" 与 "自包含性"------ 无需服务端存储令牌信息,只需通过预设规则即可验证令牌是否被篡改,从根源上降低身份伪造风险。

1. JWT 的结构:3 部分组成的 "安全凭证"

JWT 由 Header(头部)、Payload(载荷)、Signature(签名) 三部分构成,各部分用 "." 分隔,例如:eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VySWQiOjEsIm5hbWUiOiJKb2huIiwiZXhwIjoxNzE3MjQwODAwfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

  • Header(头部):声明令牌类型(typ)与签名算法(alg),例如指定用 HS256(HMAC SHA256)加密。这部分会通过 Base64 编码(非加密,仅编码),确保传输格式统一。
  • Payload(载荷):存储 "非敏感" 的用户身份信息(如用户 ID、角色、令牌过期时间 exp),同样通过 Base64 编码。需注意:Payload 不是加密字段,解码后可直接查看,因此绝不能存放密码、手机号等敏感数据。
  • Signature(签名):JWT 防伪造的核心。服务端会用 Header 中声明的算法,将 "编码后的 Header + 编码后的 Payload + 服务端密钥" 三者组合加密,生成签名。

2. 防伪造原理:签名验证锁死 "篡改路径"

当客户端携带 JWT 访问 API 时,服务端会执行以下验证流程,确保令牌未被伪造:

  1. 服务端从 JWT 中提取 Header 和 Payload,并用相同的 Base64 编码方式处理;
  2. 使用 Header 中声明的算法(如 HS256),结合服务端私有密钥,重新计算签名;
  3. 将重新计算的签名与 JWT 中的 Signature 对比:若一致,说明令牌未被篡改;若不一致,直接判定为无效令牌,拒绝接口请求。

由于服务端密钥仅保存在服务端,外部无法获取,即便攻击者篡改了 Payload 中的用户 ID(如将普通用户改为管理员),也无法生成匹配的签名,从而彻底阻断身份伪造的可能。

二、再解决:Refresh Token 如何优化 Token 过期问题?

JWT 的优势是防伪造,但它仍有 "短板":若为了安全将 JWT 有效期设得很短(如 15 分钟),用户在使用过程中会频繁遇到 "令牌过期",需重新输入账号密码登录,体验极差。而 Refresh Token(刷新令牌) 的出现,就是为了在不降低安全的前提下,解决 "频繁登录" 问题。

1. Refresh Token 的核心特性

  • 长效性:有效期远长于 JWT(如 7 天、30 天),可理解为 "用户身份的'长期凭证'";
  • 专用性:仅用于向 "令牌刷新接口" 请求新的 JWT,不能直接访问业务 API;
  • 安全性:需存储在客户端的安全位置(如 HttpOnly Cookie),避免被前端脚本窃取。

2. 与 JWT 的关键差异

对比维度 JWT Refresh Token
有效期 短期(15-60 分钟) 长期(7-30 天)
主要用途 访问业务 API 获取新的 JWT
存储位置 前端内存(如 Vuex) HttpOnly Cookie
安全级别 中(短期降低泄露风险) 高(专用接口 + 安全存储)

三、核心方案:JWT + Refresh Token 工作流程

两者结合的核心逻辑是:用 JWT 保障业务接口的实时安全 ,用 Refresh Token 保障 "JWT 过期后无需重新登录",完整流程可分为 4 步:

步骤 1:用户首次登录,获取双令牌

  1. 客户端(如手机 App、网页)向服务端 "登录接口" 提交身份凭证(如账号密码、验证码);
  2. 服务端验证凭证通过后,生成两组令牌:
    • JWT:设置短期有效期(如 30 分钟),包含用户 ID、角色等非敏感信息;
    • Refresh Token:设置长期有效期(如 7 天),生成随机字符串(无需包含用户信息);
  3. 服务端将 JWT 直接返回给客户端(如放在响应体中),将 Refresh Token 存入 HttpOnly Cookie(无法被前端 JavaScript 访问),一同返回给客户端。

步骤 2:日常接口请求,用 JWT 认证

  1. 客户端每次访问业务 API 时,将 JWT 放入请求头的 Authorization 字段(格式:Bearer <JWT>);
  2. 服务端接口收到请求后,先提取 JWT 并验证:
    • 验证签名是否正确(防篡改);
    • 验证 exp 字段(是否过期);
    • 验证 iss(签发者)、aud(受众)等字段(确保令牌来源合法);
  3. 验证通过则处理接口逻辑,返回数据;验证失败(如签名错误、已过期)则返回 401 错误。

步骤 3:JWT 过期,用 Refresh Token 刷新

  1. 当服务端返回 "JWT 过期" 的 401 错误时,客户端自动向服务端 "令牌刷新接口" 发起请求;
  2. 客户端无需手动处理,因为 Refresh Token 已存在 HttpOnly Cookie 中,会自动随请求发送到服务端;
  3. 服务端验证 Refresh Token:
    • 检查 Refresh Token 是否存在于服务端存储(如 Redis、数据库)中;
    • 检查 Refresh Token 是否过期;
    • 检查 Refresh Token 是否被标记为 "已吊销"(如用户登出、账号异常);
  4. 验证通过后,服务端生成新的 JWT(有效期重置),返回给客户端;Refresh Token 可选择 "续期"(延长有效期)或 "保持不变"(视业务需求而定)。

步骤 4:Refresh Token 过期,引导重新登录

  1. 若 Refresh Token 过期或验证失败(如被吊销),服务端返回 "刷新令牌无效" 的 401 错误;
  2. 客户端收到该错误后,无法再获取新的 JWT,需引导用户跳转到登录页,重新输入凭证登录。

四、必须注意的 4 个安全实践

JWT + Refresh Token 方案的安全性,依赖于 "正确的实现细节",以下 4 点实践缺一不可:

  • 禁止将 Refresh Token 存在 localStorage 或 sessionStorage 中 ------ 这些存储方式可被前端脚本访问,若页面存在 XSS(跨站脚本攻击)漏洞,Refresh Token 会被窃取;
  • 用 HttpOnly Cookie 存储时,还需开启 Secure 选项(仅通过 HTTPS 传输)和 SameSite 选项(限制跨域请求携带),进一步降低泄露风险。

2. 服务端需管理 Refresh Token 的状态

  • 不要将 Refresh Token 设计为 "无状态"------ 需在服务端存储 Refresh Token 的状态(如存入 Redis,Key 为 Refresh Token,Value 为用户 ID + 过期时间);
  • 当用户主动登出、修改密码或账号被冻结时,需立即从服务端删除对应的 Refresh Token(即 "吊销"),避免被非法使用。

3. JWT 签名密钥需严格管理

  • 密钥(如 HS256 算法的密钥、RS256 算法的私钥)绝不能硬编码在代码中,也不能暴露到前端;
  • 需用环境变量(如 Docker 环境变量、K8s ConfigMap)存储密钥,并定期轮换(如每 3 个月更新一次),降低密钥泄露后的风险。

4. 强制所有接口使用 HTTPS

  • JWT 和 Refresh Token 在传输过程中,若被中间人窃取,仍可能引发安全问题;
  • 必须强制所有 API 接口(包括登录、刷新令牌接口)使用 HTTPS,通过 TLS 加密传输数据,防止令牌被拦截。

五、常见误区:别让 "细节" 毁了安全

  1. 误区 1:认为 JWT 的 Payload 是加密的。实际上,Payload 仅通过 Base64 编码,任何人都可解码查看,因此绝不能存放敏感信息;
  2. 误区 2 :不对 JWT 做 "过期验证"。即便 JWT 短期有效,服务端仍需严格检查 exp 字段,避免攻击者利用过期 JWT 发起请求;
  3. 误区 3:Refresh Token 不设有效期。长期有效的 Refresh Token 若泄露,风险极高,建议设置合理有效期(如 7-30 天),并在用户长期未使用时自动失效。

总结

JWT + Refresh Token 方案,通过 "短期 JWT 防伪造、长期 Refresh Token 免登录" 的组合,完美解决了传统 Token 认证的 "安全与体验" 矛盾。该方案无需服务端存储 JWT 信息,适合微服务、分布式系统等架构,能大幅降低服务端存储压力;同时,通过严格的安全实践(如 HttpOnly Cookie、HTTPS、密钥管理),可构建起高可靠的 API 身份认证体系。

在实际落地中,需结合业务场景调整令牌有效期(如金融场景可缩短 JWT 有效期至 5 分钟),并搭配接口限流、IP 异常检测等措施,形成全方位的 API 安全防护网。

如果你需要将这个方案落地到具体项目中,我可以帮你整理一份JWT + Refresh Token 接口设计文档,包含登录、刷新令牌、登出等核心接口的请求参数、响应格式和错误码定义,需要吗?

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