用JWT来保护我们的ASP.NET Core Web API

 　　在上一篇博客中，自己动手写了一个Middleware来处理API的授权验证，现在就采用另外一种方式来处理这个授权验证的问题，毕竟现在也

有不少开源的东西可以用，今天用的是JWT。

　　什么是JWT呢？JWT的全称是JSON WEB TOKENS，是一种自包含令牌格式。官方网址：https://jwt.io/，或多或少应该都有听过这个。

　　先来看看下面的两个图：



　　站点是通过RPC的方式来访问api取得资源的，当站点是直接访问api，没有拿到有访问权限的令牌，那么站点是拿不到相关的数据资源的。
就像左图展示的那样，发起了请求但是拿不到想要的结果；当站点先去授权服务器拿到了可以访问api的access_token(令牌)后，再通过这个

access_token去访问api，api才会返回受保护的数据资源。

　　这个就是基于令牌验证的大致流程了。可以看出授权服务器占着一个很重要的地位。

　　下面先来看看授权服务器做了些什么并如何来实现一个简单的授权。

　　做了什么？授权服务器在整个过程中的作用是：接收客户端发起申请access_token的请求，并校验其身份的合法性，最终返回一个包含

access_token的json字符串。

　　如何实现？我们还是离不开中间件这个东西。这次我们写了一个TokenProviderMiddleware，主要是看看invoke方法和生成access_token

的方法。

1         /// <summary>
2         /// invoke the middleware
3         /// </summary>
4         /// <param name="context"></param>
5         /// <returns></returns>
6         public async Task Invoke(HttpContext context)
7         {
8             if (!context.Request.Path.Equals(_options.Path, StringComparison.Ordinal))
9             {
10                 await _next(context);
11             }
12
13             // Request must be POST with Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
14             if (!context.Request.Method.Equals("POST")
15                || !context.Request.HasFormContentType)
16             {
17                 await ReturnBadRequest(context);
18             }
19             await GenerateAuthorizedResult(context);
20         }

 

　　Invoke方法其实是不用多说的，不过我们这里是做了一个控制，只接收POST请求，并且是只接收以表单形式提交的数据，GET的请求和其

他contenttype类型是属于非法的请求，会返回bad request的状态。

　　下面说说授权中比较重要的东西，access_token的生成。

1         /// <summary>
2         /// get the jwt
3         /// </summary>
4         /// <param name="username"></param>
5         /// <returns></returns>
6         private string GetJwt(string username)
7         {
8             var now = DateTime.UtcNow;
9
10             var claims = new Claim[]
11             {
12                 new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Sub, username),
13                 new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Jti, Guid.NewGuid().ToString()),
14                 new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Iat, now.ToUniversalTime().ToString(),
15                           ClaimValueTypes.Integer64)
16             };
17
18             var jwt = new JwtSecurityToken(
19                 issuer: _options.Issuer,
20                 audience: _options.Audience,
21                 claims: claims,
22                 notBefore: now,
23                 expires: now.Add(_options.Expiration),
24                 signingCredentials: _options.SigningCredentials);
25             var encodedJwt = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwt);
26
27             var response = new
28             {
29                 access_token = encodedJwt,
30                 expires_in = (int)_options.Expiration.TotalSeconds,
31                 token_type = "Bearer"
32             };
33             return JsonConvert.SerializeObject(response, new JsonSerializerSettings { Formatting = Formatting.Indented });
34         }

　 
　　claims包含了多个claim，你想要那几个，可以根据自己的需要来添加，JwtRegisteredClaimNames是一个结构体，里面包含了所有的可选项。

1     public struct JwtRegisteredClaimNames
2     {
3         public const string Acr = "acr";
4         public const string Actort = "actort";
5         public const string Amr = "amr";
6         public const string AtHash = "at_hash";
7         public const string Aud = "aud";
8         public const string AuthTime = "auth_time";
9         public const string Azp = "azp";
10         public const string Birthdate = "birthdate";
11         public const string CHash = "c_hash";
12         public const string Email = "email";
13         public const string Exp = "exp";
14         public const string FamilyName = "family_name";
15         public const string Gender = "gender";
16         public const string GivenName = "given_name";
17         public const string Iat = "iat";
18         public const string Iss = "iss";
19         public const string Jti = "jti";
20         public const string NameId = "nameid";
21         public const string Nbf = "nbf";
22         public const string Nonce = "nonce";
23         public const string Prn = "prn";
24         public const string Sid = "sid";
25         public const string Sub = "sub";
26         public const string Typ = "typ";
27         public const string UniqueName = "unique_name";
28         public const string Website = "website";
29     }

JwtRegisteredClaimNames
还需要一个JwtSecurityToken对象，这个对象是至关重要的。有了时间、Claims和JwtSecurityToken对象，只要调用JwtSecurityTokenHandler

的WriteToken就可以得到类似这样的一个加密之后的字符串，这个字符串由3部分组成用‘.’分隔。每部分代表什么可以去官网查找。

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ

　　最后我们要用json的形式返回这个access_token、access_token的有效时间和一些其他的信息。

　　还需要在Startup的Configure方法中去调用我们的中间件。

1             var audienceConfig = Configuration.GetSection("Audience");
2             var symmetricKeyAsBase64 = audienceConfig["Secret"];
3             var keyByteArray = Encoding.ASCII.GetBytes(symmetricKeyAsBase64);
4             var signingKey = new SymmetricSecurityKey(keyByteArray);
5
6             app.UseTokenProvider(new TokenProviderOptions
7             {
8                 Audience = "Catcher Wong",
9                 Issuer = "http://catcher1994.cnblogs.com/",
10                 SigningCredentials = new SigningCredentials(signingKey, SecurityAlgorithms.HmacSha256),
11             });

 

　　到这里，我们的授权服务站点已经是做好了。下面就编写几个单元测试来验证一下这个授权。

　　测试一：授权服务站点能生成正确的jwt。

1         [Fact]
2         public async Task authorized_server_should_generate_token_success()
3         {
4             //arrange
5             var data = new Dictionary<string, string>();
6             data.Add("username", "Member");
7             data.Add("password", "123");
8             HttpContent ct = new FormUrlEncodedContent(data);
9
10             //act
11             System.Net.Http.HttpResponseMessage message_token = await _client.PostAsync("http://127.0.0.1:8000/auth/token", ct);
12             string res = await message_token.Content.ReadAsStringAsync();
13             var obj = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject<Token>(res);
14
15             //assert
16             Assert.NotNull(obj);
17             Assert.Equal("600", obj.expires_in);
18             Assert.Equal(3, obj.access_token.Split('.').Length);
19             Assert.Equal("Bearer", obj.token_type);
20         }

 

　　测试二：授权服务站点因为用户名或密码不正确导致不能生成正确的jwt。

1         [Fact]
2         public async Task authorized_server_should_generate_token_fault_by_invalid_app()
3         {
4             //arrange
5             var data = new Dictionary<string, string>();
6             data.Add("username", "Member");
7             data.Add("password", "123456");
8             HttpContent ct = new FormUrlEncodedContent(data);
9
10             //act
11             System.Net.Http.HttpResponseMessage message_token = await _client.PostAsync("http://127.0.0.1:8000/auth/token", ct);
12             var res = await message_token.Content.ReadAsStringAsync();
13             dynamic obj = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject(res);
14
15             //assert
16             Assert.Equal("invalid_grant", (string)obj.error);
17             Assert.Equal(HttpStatusCode.BadRequest, message_token.StatusCode);
18         }

 

　　测试三：授权服务站点因为不是发起post请求导致不能生成正确的jwt。

1         [Fact]
2         public async Task authorized_server_should_generate_token_fault_by_invalid_httpmethod()
3         {
4             //arrange
5             Uri uri = new Uri("http://127.0.0.1:8000/auth/token?username=Member&password=123456");
6
7             //act
8             System.Net.Http.HttpResponseMessage message_token = await _client.GetAsync(uri);
9             var res = await message_token.Content.ReadAsStringAsync();
10             dynamic obj = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject(res);
11
12             //assert
13             Assert.Equal("invalid_grant", (string)obj.error);
14             Assert.Equal(HttpStatusCode.BadRequest, message_token.StatusCode);
15         }

 

　　再来看看测试的结果：
 　　


　　都通过了。

　　断点拿一个access_token去http://jwt.calebb.net/ 解密看看

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiJNZW1iZXIiLCJqdGkiOiI2MzI1MmE1My0yMjY5LTQ4YzEtYmQwNi1lOWRiMzdmMTRmYTQiLCJpYXQiOiIyMDE2LzExLzEyIDI6NDg6MTciLCJuYmYiOjE0Nzg5MTg4OTcsImV4cCI6MTQ3ODkxOTQ5NywiaXNzIjoiaHR0cDovL2NhdGNoZXIxOTk0LmNuYmxvZ3MuY29tLyIsImF1ZCI6IkNhdGNoZXIgV29uZyJ9.Cu2vTJ4JAHgbJGzwv2jCmvz17HcyOsRnTjkTIEA0EbQ

　　下面就是API的开发了。

　　这里是直接用了新建API项目生成的ValueController作为演示，毕竟跟ASP.NET Web API是大同小异的。这里的重点是配置

JwtBearerAuthentication，这里是不用我们再写一个中间件了，我们是定义好要用的Option然后直接用JwtBearerAuthentication就可以了。

1         public void ConfigureJwtAuth(IApplicationBuilder app)
2         {
3             var audienceConfig = Configuration.GetSection("Audience");
4             var symmetricKeyAsBase64 = audienceConfig["Secret"];
5             var keyByteArray = Encoding.ASCII.GetBytes(symmetricKeyAsBase64);
6             var signingKey = new Microsoft.IdentityModel.Tokens.SymmetricSecurityKey(keyByteArray);
7
8             var tokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
9             {
10                 // The signing key must match!
11                 ValidateIssuerSigningKey = true,
12                 IssuerSigningKey = signingKey,
13
14                 // Validate the JWT Issuer (iss) claim
15                 ValidateIssuer = true,
16                 ValidIssuer = "http://catcher1994.cnblogs.com/",
17
18                 // Validate the JWT Audience (aud) claim
19                 ValidateAudience = true,
20                 ValidAudience = "Catcher Wong",
21
22                 // Validate the token expiry
23                 ValidateLifetime = true,
24
25                 ClockSkew = TimeSpan.Zero
26             };
27
28             app.UseJwtBearerAuthentication(new JwtBearerOptions
29             {
30                 AutomaticAuthenticate = true,
31                 AutomaticChallenge = true,
32                 TokenValidationParameters = tokenValidationParameters,
33             });
34         }

 

　　然后在Startup的Configure中调用上面的方法即可。

1         public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env, ILoggerFactory loggerFactory)
2         {
3             loggerFactory.AddConsole(Configuration.GetSection("Logging"));
4             loggerFactory.AddDebug();
5
6             ConfigureJwtAuth(app);
7
8             app.UseMvc();
9         }

 

　　到这里之后，大部分的工作是已经完成了，还有最重要的一步，在想要保护的api上加上Authorize这个Attribute，这样Get这个方法就会要

求有access_token才会返回结果，不然就会返回401。这是在单个方法上的，也可以在整个控制器上面添加这个Attribute，这样控制器里面的方

法就都会受到保护。

1         // GET api/values/5
2         [HttpGet("{id}")]
3         [Authorize]
4         public string Get(int id)
5         {
6             return "value";
7         }

 

　　OK，同样编写几个单元测试验证一下。

　　测试一：valueapi在没有授权的请求会返回401状态。

1         [Fact]
2         public void value_api_should_return_unauthorized_without_auth()
3         {
4             //act
5             HttpResponseMessage message = _client.GetAsync("http://localhost:63324/api/values/1").Result;
6             string result = message.Content.ReadAsStringAsync().Result;
7
8             //assert
9             Assert.False(message.IsSuccessStatusCode);
10             Assert.Equal(HttpStatusCode.Unauthorized,message.StatusCode);
11             Assert.Empty(result);
12         }

　　

　　 测试二：valueapi请求没有[Authorize]标记的方法时能正常返回结果。

1         [Fact]
2         public void value_api_should_return_result_without_authorize_attribute()
3         {
4             //act
5             HttpResponseMessage message = _client.GetAsync("http://localhost:63324/api/values").Result;
6             string result = message.Content.ReadAsStringAsync().Result;
7             var res = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject<string[]>(result);
8
9             //assert
10             Assert.True(message.IsSuccessStatusCode);
11             Assert.Equal(2, res.Length);
12         }

　　

　　 测试三：valueapi在授权的请求中会返回正确的结果。

1         [Fact]
2         public void value_api_should_success_by_valid_auth()
3         {
4             //arrange
5             var data = new Dictionary<string, string>();
6             data.Add("username", "Member");
7             data.Add("password", "123");
8             HttpContent ct = new FormUrlEncodedContent(data);
9
10             //act
11             var obj = GetAccessToken(ct);
12             _client.DefaultRequestHeaders.Add("Authorization", "Bearer " + obj.access_token);
13             HttpResponseMessage message = _client.GetAsync("http://localhost:63324/api/values/1").Result;
14             string result = message.Content.ReadAsStringAsync().Result;
15
16             //assert
17             Assert.True(message.IsSuccessStatusCode);
18             Assert.Equal(3, obj.access_token.Split('.').Length);
19             Assert.Equal("value",result);
20         }

 

 　　再来看看测试的结果：

　　


　　测试通过。
　　再通过浏览器直接访问那个受保护的方法。响应头就会提示www-authenticate:Bearer，这个是身份验证的质询，告诉客户端必须要提供相

应的身份验证才能访问这个资源(api)。

 　　


 　　这也是为什么在单元测试中会添加一个Header的原因，正常的使用也是要在请求的报文头中加上这个。

　　 _client.DefaultRequestHeaders.Add("Authorization",
"Bearer " + obj.access_token); 

　　其实看一下源码，更快知道为什么。JwtBearerHandler.cs

　　下图是关于头部加Authorization的源码解释。
 
　　

 

　　JwtBearer的源码：Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer
 
　　本文的示例代码：JWTTokenDemo
 
 
　　Thanks for your reading!!!