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3. JSON Web Encryption (JWE) Overview (JWE 概述)

JWE 使用 JSON 数据结构和 base64url 编码表示加密内容. 这些 JSON 数据结构可以 (MAY) 在任何 JSON 值或结构字符之前或之后包含空白和/或换行符, 符合 RFC 7159 [RFC7159] 第 2 节的规定. JWE 表示以下逻辑值 (每个值在第 2 节中定义):

  • JOSE Header
  • JWE Encrypted Key (JWE 加密密钥)
  • JWE Initialization Vector (JWE 初始化向量)
  • JWE AAD
  • JWE Ciphertext (JWE 密文)
  • JWE Authentication Tag (JWE 认证标签)

对于 JWE, JOSE Header 成员是以下值成员的并集 (每个值在第 2 节中定义):

  • JWE Protected Header (JWE 受保护头部)
  • JWE Shared Unprotected Header (JWE 共享非受保护头部)
  • JWE Per-Recipient Unprotected Header (JWE 每接收方非受保护头部)

JWE 利用认证加密来确保明文的机密性和完整性, 以及 JWE Protected Header 和 JWE AAD 的完整性.

本文档为 JWE 定义了两种序列化方式: 一种称为 JWE Compact Serialization (JWE 紧凑序列化) 的紧凑、URL 安全序列化, 以及一种称为 JWE JSON Serialization (JWE JSON 序列化) 的 JSON 序列化. 在这两种序列化中, JWE Protected Header、JWE Encrypted Key、JWE Initialization Vector、JWE Ciphertext 和 JWE Authentication Tag 都经过 base64url 编码, 因为 JSON 缺乏直接表示任意八位字节序列的方法. 当存在时, JWE AAD 也经过 base64url 编码.

3.1 JWE Compact Serialization Overview (JWE 紧凑序列化概述)​

在 JWE Compact Serialization 中, 不使用 JWE Shared Unprotected Header 或 JWE Per-Recipient Unprotected Header. 在这种情况下, JOSE Header 和 JWE Protected Header 是相同的.

在 JWE Compact Serialization 中, JWE 表示为以下连接:

BASE64URL(UTF8(JWE Protected Header)) || '.' ||
BASE64URL(JWE Encrypted Key) || '.' ||
BASE64URL(JWE Initialization Vector) || '.' ||
BASE64URL(JWE Ciphertext) || '.' ||
BASE64URL(JWE Authentication Tag)

有关 JWE Compact Serialization 的更多信息, 请参见第 7.1 节.

3.2 JWE JSON Serialization Overview (JWE JSON 序列化概述)​

在 JWE JSON Serialization 中, JWE Protected Header、JWE Shared Unprotected Header 和 JWE Per-Recipient Unprotected Header 中的一个或多个必须 (MUST) 存在. 在这种情况下, JOSE Header 的成员是存在的 JWE Protected Header、JWE Shared Unprotected Header 和 JWE Per-Recipient Unprotected Header 值的成员的并集.

在 JWE JSON Serialization 中, JWE 表示为包含以下八个成员中的部分或全部的 JSON 对象:

  • "protected", 值为 BASE64URL(UTF8(JWE Protected Header))
  • "unprotected", 值为 JWE Shared Unprotected Header
  • "header", 值为 JWE Per-Recipient Unprotected Header
  • "encrypted_key", 值为 BASE64URL(JWE Encrypted Key)
  • "iv", 值为 BASE64URL(JWE Initialization Vector)
  • "ciphertext", 值为 BASE64URL(JWE Ciphertext)
  • "tag", 值为 BASE64URL(JWE Authentication Tag)
  • "aad", 值为 BASE64URL(JWE AAD)

这六个 base64url 编码的结果字符串和两个非受保护的 JSON 对象值在 JSON 对象中表示为成员. 包含其中一些值是可选的 (OPTIONAL). JWE JSON Serialization 还可以将明文加密给多个接收方. 有关 JWE JSON Serialization 的更多信息, 请参见第 7.2 节.

3.3 Example JWE (JWE 示例)​

本示例将明文 "The true sign of intelligence is not knowledge but imagination." 加密给接收方.

以下示例 JWE Protected Header 声明:

  • Content Encryption Key 使用 RSAES-OAEP [RFC3447] 算法加密给接收方以产生 JWE Encrypted Key.
  • 使用 AES GCM [AES] [NIST.800-38D] 算法和 256 位密钥对明文执行认证加密, 以产生密文和 Authentication Tag.
{"alg":"RSA-OAEP","enc":"A256GCM"}

将此 JWE Protected Header 编码为 BASE64URL(UTF8(JWE Protected Header)) 得到此值:

eyJhbGciOiJSU0EtT0FFUCIsImVuYyI6IkEyNTZHQ00ifQ

完成创建此 JWE 的其余步骤是:

  • 生成随机的 Content Encryption Key (CEK).
  • 使用 RSAES-OAEP 算法用接收方的公钥加密 CEK 以产生 JWE Encrypted Key.
  • Base64url 编码 JWE Encrypted Key.
  • 生成随机的 JWE Initialization Vector.
  • Base64url 编码 JWE Initialization Vector.
  • 让 Additional Authenticated Data 加密参数为 ASCII(BASE64URL(UTF8(JWE Protected Header))).
  • 使用 AES GCM 算法对明文执行认证加密, 使用 CEK 作为加密密钥、JWE Initialization Vector 和 Additional Authenticated Data 值, 请求 128 位 Authentication Tag 输出.
  • Base64url 编码密文.
  • Base64url 编码 Authentication Tag.
  • 组装最终表示: 此结果的 Compact Serialization 是字符串 BASE64URL(UTF8(JWE Protected Header)) || '.' || BASE64URL(JWE Encrypted Key) || '.' || BASE64URL(JWE Initialization Vector) || '.' || BASE64URL(JWE Ciphertext) || '.' || BASE64URL(JWE Authentication Tag).

此示例中的最终结果 (为显示目的添加了换行符) 是:

eyJhbGciOiJSU0EtT0FFUCIsImVuYyI6IkEyNTZHQ00ifQ.
OKOawDo13gRp2ojaHV7LFpZcgV7T6DVZKTyKOMTYUmKoTCVJRgckCL9kiMT03JGe
ipsEdY3mx_etLbbWSrFr05kLzcSr4qKAq7YN7e9jwQRb23nfa6c9d-StnImGyFDb
Sv04uVuxIp5Zms1gNxKKK2Da14B8S4rzVRltdYwam_lDp5XnZAYpQdb76FdIKLaV
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1860ppamavo35UgoRdbYaBcoh9QcfylQr66oc6vFWXRcZ_ZT2LawVCWTIy3brGPi
6UklfCpIMfIjf7iGdXKHzg.
48V1_ALb6US04U3b.
5eym8TW_c8SuK0ltJ3rpYIzOeDQz7TALvtu6UG9oMo4vpzs9tX_EFShS8iB7j6ji
SdiwkIr3ajwQzaBtQD_A.
XFBoMYUZodetZdvTiFvSkQ

有关计算此 JWE 的完整详细信息, 请参见附录 A.1. 有关其他示例, 请参见附录 A, 包括第 A.4 和 A.5 节中使用 JWE JSON Serialization 的示例.

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