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签名密钥 (Signing key)

签名密钥是一种加密密钥，用于在 OpenID Connect (OIDC) 中签署和验证 JSON Web Tokens (JWT)。它用于确保 OpenID 提供者发行的令牌的完整性和真实性。

什么是签名密钥 (Signing key)？

在 OpenID Connect (OIDC) 的上下文中，一个 签名密钥，通常是一个非对称密钥对，用于签署和验证 JSON Web Tokens (JWTs) 。OpenID 提供者使用签名密钥来签署诸如 ID 令牌和访问令牌 (access tokens) 之类的令牌，以确保它们的完整性和真实性。

虽然签名密钥的概念可以更广泛，但我们将专注于它们在 OIDC 中用来保护令牌的方式。其他用例包括签署电子邮件、文档和软件包，可以从相同的原理中衍生出来。

示例：ID 令牌签名

当用户向 OpenID 提供者进行认证 (authentication) 时，提供者会发布一个包含用户信息（声明 (claims) ）并由提供者的签名密钥签署的 ID 令牌。由于 ID 令牌是一个 JWT，它由三个部分组成：头部、负载和签名。

1. 头部

假设头部是：

{
  "alg": "ES384",
  "typ": "JWT"
}

JSON 表明 ID 令牌使用 ECDSA 算法和 P-384 曲线进行签名。typ 字段指定令牌类型为 JWT。

2. 负载

负载包含基本的用户信息：

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "Alice"
}

sub 声明是用户的唯一标识符，name 是他们的显示名称。

3. 签署令牌

根据 JWT 格式，头部和负载应进行 Base64URL 编码，并用 . 连接以进行签署：

{{header}}.{{payload}}

在这种情况下，值将为：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkFsaWNlIn0

假设 OpenID 提供者使用以下私钥来签署令牌：

要签署令牌，OpenID 提供者需要使用私钥生成签名：

signature = sign(header + '.' + payload, private_key)

然后 Base64URL 编码的签名为：

Cjy6A_FHnwQBP0hRawoGTkRy8m8o0Ncc1q4BeyxYr0fxhKYmJJinIWZPXJdaAXRO9wOFuH2-UML2yWHjot_LnCPO6362asMvgNkEJMZ6UtqyOPlsCOJ7voTPOCT6sYu2

4. 组装 JWT

最后，OpenID 提供者通过用 . 连接头部、负载和签名来组装 JWT：

{{header}}.{{payload}}.{{signature}}

在这种情况下，ID 令牌将为：

eyJhbGciOiJFUzM4NCIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkFsaWNlIn0.Cjy6A_FHnwQBP0hRawoGTkRy8m8o0Ncc1q4BeyxYr0fxhKYmJJinIWZPXJdaAXRO9wOFuH2-UML2yWHjot_LnCPO6362asMvgNkEJMZ6UtqyOPlsCOJ7voTPOCT6sYu2

现在 ID 令牌已准备好发送给客户端 (Client) 进行进一步处理。

5. 验证令牌

当客户端收到 ID 令牌时，可以使用 OpenID 提供者的公钥验证签名。通常，公钥通过 OpenID Connect (OIDC) 发现 (Discovery) 端点 (jwks_uri) 以 JSON Web 密钥 Set (JWKS) 格式提供。

在这个例子中，公钥为：

对应的 JWK 值为：

{
  "kty": "EC",
  "crv": "P-384",
  "x": "F_xQdbOho2Jw0hgmNPD0VAEPAgkQrfD4f1Qx3y49cUm646fMBX9DYx-43HzXm6Vd",
  "y": "X77uFymz90aO4dBunpTdUzLFRAiT7-IngzZGDrIE-FG6CcqQuRP65r65SUzDOmP5"
}

现在，客户端可以使用公钥验证签名。

选择正确的算法

有多种算法可用于签署 JWT：

对称算法：HMAC 与 SHA 系列（例如，HS256、HS384、HS512）是使用相同密钥进行签署和验证的对称算法。由于需要在各方之间共享密钥，所以不推荐用于大多数情况。
非对称算法：RSA（例如，RS256、RS384、RS512）和 ECDSA（例如，ES256、ES384、ES512）是使用一对密钥的非对称算法：一个用于签署的私钥和一个用于验证的公钥。
- RSA 被广泛使用并支持许多库和平台。然而，与 ECDSA 相比，它的密钥大小和签名大小要大得多。
- ECDSA 的性能更高，生成的签名更小，适合受限环境。由于它不太常见，请确保你的平台支持它。

由于性能和安全性的优势，ECDSA 应该是新应用程序的首选。

其他签名密钥场景

虽然上面的示例集中于 OIDC 中的 ID 令牌，但签名密钥的概念广泛用于各种场景，如签署电子邮件、文档和软件包。关键原则保持不变：

对于对称密钥，签署和验证使用相同的密钥。这适用于各方可以安全地共享密钥的场景，或者单一实体负责签署和验证。
对于非对称密钥，使用私钥进行签署，并使用相应的公钥进行验证。这适用于签署和验证各方为不同实体的大多数场景。