JWT 的签名算法有哪些,如何选择 - 面试题

JWT 的签名算法是保证其安全性的关键,以下是主要签名算法的对比和选择建议:

主要签名算法

1. HS256 (HMAC SHA256)

对称加密算法,使用相同的密钥进行签名和验证。

特点:

性能较好,计算速度快
密钥管理复杂,需要安全地共享密钥
适合单服务应用

示例:

javascript
const token = jwt.sign(payload, 'secret-key', { algorithm: 'HS256' });
const decoded = jwt.verify(token, 'secret-key', { algorithms: ['HS256'] });

适用场景:

单体应用
服务端对服务端的认证
内部系统通信

2. RS256 (RSA SHA256)

非对称加密算法,使用私钥签名,公钥验证。

特点:

安全性更高,私钥不泄露
公钥可以公开分发
密钥管理相对简单
性能较慢

示例:

javascript
const privateKey = fs.readFileSync('private.key');
const publicKey = fs.readFileSync('public.key');

// 签名(使用私钥)
const token = jwt.sign(payload, privateKey, { algorithm: 'RS256' });

// 验证(使用公钥)
const decoded = jwt.verify(token, publicKey, { algorithms: ['RS256'] });

适用场景:

分布式系统
公共 API
第三方集成
需要高安全性的场景

3. ES256 (ECDSA SHA256)

椭圆曲线数字签名算法,使用私钥签名,公钥验证。

特点:

签名更小(比 RSA 小约 50%)
性能比 RSA 更好
安全性高
密钥生成速度快

示例:

javascript
const privateKey = fs.readFileSync('ec-private.key');
const publicKey = fs.readFileSync('ec-public.key');

const token = jwt.sign(payload, privateKey, { algorithm: 'ES256' });
const decoded = jwt.verify(token, publicKey, { algorithms: ['ES256'] });

适用场景:

移动应用(减少传输数据量)
IoT 设备
需要高性能的场景

4. PS256 (RSA-PSS SHA256)

RSA-PSS 签名算法,比 RS256 更安全。

特点:

提供更强的安全性证明
签名大小与 RS256 相同
性能与 RS256 相似

适用场景:

对安全性要求极高的系统
金融、医疗等敏感领域

算法对比

算法	类型	密钥对	签名大小	性能	安全性	推荐度
HS256	对称	单密钥	~32B	⭐⭐⭐⭐⭐	⭐⭐⭐	⭐⭐⭐
RS256	非对称	公私钥	~256B	⭐⭐⭐	⭐⭐⭐⭐⭐	⭐⭐⭐⭐⭐
ES256	非对称	公私钥	~64B	⭐⭐⭐⭐	⭐⭐⭐⭐⭐	⭐⭐⭐⭐⭐
PS256	非对称	公私钥	~256B	⭐⭐⭐	⭐⭐⭐⭐⭐	⭐⭐⭐⭐

密钥生成

生成 RSA 密钥对

bash
# 生成私钥
openssl genrsa -out private.key 2048

# 生成公钥
openssl rsa -in private.key -pubout -out public.key

生成 ECDSA 密钥对

bash
# 生成私钥
openssl ecparam -name prime256v1 -genkey -noout -out ec-private.key

# 生成公钥
openssl ec -in ec-private.key -pubout -out ec-public.key

选择建议

选择 HS256 的情况

应用规模较小,单服务部署
密钥可以安全地存储和共享
对性能要求极高
内部系统通信

选择 RS256 的情况(推荐)

分布式系统,多服务部署
需要高安全性
公开 API 或第三方集成
标准的 JWT 实现

选择 ES256 的情况

移动应用或 IoT 设备
需要减少传输数据量
对性能有较高要求
签名大小敏感的场景

选择 PS256 的情况

金融、医疗等高安全要求领域
需要最强的安全性证明
不介意性能开销

安全注意事项

永远不要使用 none 算法

javascript
// 危险!不要这样做
const token = jwt.sign(payload, '', { algorithm: 'none' });

验证时指定算法

javascript
// 安全做法
const decoded = jwt.verify(token, key, { 
  algorithms: ['RS256']  // 明确指定允许的算法
});

使用足够强度的密钥
- RSA: 至少 2048 位,推荐 3072 或 4096 位
- ECDSA: 至少 P-256,推荐 P-384 或 P-521
- HMAC: 至少 256 位
定期轮换密钥
- 建议每 6-12 个月轮换一次
- 实现密钥版本管理
- 支持多密钥验证(平滑过渡)
安全存储密钥
- 使用环境变量或密钥管理服务
- 不要将密钥提交到代码仓库
- 限制密钥的访问权限

性能优化建议

缓存公钥: 验证时缓存公钥,避免重复读取
使用 ES256: 在安全性和性能之间取得平衡
批量验证: 对于大量 token,考虑批量验证
异步验证: 使用异步 API 避免阻塞

通过合理选择签名算法,可以在安全性、性能和易用性之间找到最佳平衡。