ASP.NET Core Web Api之JWT VS Session VS Cookie(二)

前言

本文我们来探讨下JWT VS Session的问题，这个问题本没有过多的去思考，看到评论讨论太激烈，就花了一点时间去研究和总结，顺便说一句，这就是写博客的好处，一篇博客写出有的可能是经验积累，有的可能是学习分享，但都逃不过看到文章的你有更多或更好的想法，往返交流自身能收获更多，何乐而不为呢？希望本文能解惑或者能得到更多的交流。我们可直接抛出问题：使用客户端存储的JWT比服务端维持Session更好吗？ 

基于JWT和Session认证共同点

既然要比较JWT VS Session，那我们就得知道为何需要JWT和Session，它们共同是为了解决什么问题呢？那我们从一个场景说起，网上购物现已是再平常不过的事情了，当我们将某个商品加入购物车后，然后跳转到其他商品页面此时需要之前选择的商品依然在购物车中，此时就需要维持会话，因为HTTP无状态，所以JWT和Session共同点都是为了持久维持会话而存在，为了克服HTTP无状态的情况，JWT和Session分别是如何处理的呢？

JWT VS Session认证

Session：当用户在应用系统中登录后，此时服务端会创建一个Session（我们也称作为会话），然后SessionId会保存到用户的Cookie中，只要用户是登录状态，对于每个请求，在Cookie中的SessionId都会发送到服务端，然后服务端会将保存在内存中的SessionId和Cookie中的SessionId进行比较来认证用户的身份并响应。

JWT：当用户在应用系统中登录后，此时服务端会创建一个JWT，并将JWT发送到客户端，客户端存储JWT（一般是在Local Storage中）同时在每个请求头即Authorization中包含JWT，对于每个请求，服务端都会进行验证JWT是否合法，直接在服务端本地进行验证，比如颁发者，受理者等等，以致于无需发出网络请求或与数据库交互，这种方式可能比使用Session更快，从而加快响应性能，降低服务器和数据库服务器负载。

通过如上对JWT认证和Session认证简短的描述，我们知道二者最大的不同在于Session是存储在服务端，而JWT存储在客户端。服务端存储会话无外乎两种，一种是将会话标识符存储在数据库，一种是存储在内存中维持会话，我想大多数情况下都是基于内存来维持会话，但是这会带来一定的问题，如果系统存在大流量，也就是说若有大量用户访问系统，此时使用基于内存维持的会话则限制了水平扩展，但对基于Token的认证则不存在这样的问题，同时Cookie一般也只适用于单域或子域，如果对于跨域，假如是第三方Cookie，浏览器可能会禁用Cookie，所以也受浏览器限制，但对Token认证来说不是问题，因为其保存在请求头中。

如果我们将会话转移到客户端，也就是说使用Token认证，此时将解除会话对服务端的依赖，同时也可水平扩展，不受浏览器限制，但是与此同时也会带来一定的问题，一是令牌的传输安全性，对于令牌传输安全性我们可使用HTTPS加密通道来解决，二是与存储在Cookie中的SessionId相比，JWT显然要大很多，因为JWT中还包含用户信息，所以为了解决这个问题，我们尽量确保JWT中只包含必要的信息（大多数情况下只包含sub以及其他重要信息），对于敏感信息我们也应该省略掉从而防止XSS攻击。JWT的核心在于声明，声明在JWT中是JSON数据，也就是说我们可以在JWT中嵌入用户信息，从而减少数据库负载。所以综上所述JWT解决了其他会话存在的问题或缺点：

综上关于JWT在有效期内没有强制使其无效的能力而完全否定JWT的好处显然站不住脚，当然不可辩驳的是若是没有如上诸多使用限制，实现其他类型的身份验证完全也是合情合理且合法的，需综合权衡，而非一家之言下死结论。到目前为止，我们一直讨论的是JWT VS Session认证，而不是JWT VS Cookie认证，但是如标题我们将Cookie也纳入了，只是想让学习者别搞混了，因为JWT VS Cookie认证这种说法是错误的，Cookie只是一种存储和传输信息介质，只能说我们可以通过Cookie存储和传输JWT。接下来我们来实现Cookie存储和传输JWT令牌。

JWT AS Cookies Identity Claim

在Startup中我们可以添加如下Cookie认证中间件，此时我们有必要了解下配置Cookie的一些选项，通过对这些选项的配置来告知Cookie身份认证中间件在浏览器中的表现形式，我们看下几个涉及到安全的选项。

services.AddAuthentication(CookieAuthenticationDefaults.AuthenticationScheme)
.AddCookie(options =>
{
options.LoginPath = "/Account/Login";
options.LogoutPath = "/Account/Logout";
options.Cookie.Expiration = TimeSpan.FromMinutes(5);
options.Cookie.HttpOnly = true;
options.Cookie.SecurePolicy = CookieSecurePolicy.None;
options.Cookie.SameSite = SameSiteMode.Lax;
});

在创建.NET Core默认Web应用程序时，在ConfigureServices方法中，通过中间件直接配置了全局Cookie策略，如下：

services.Configure<CookiePolicyOptions>(options =>
{
options.CheckConsentNeeded = context => true;
options.MinimumSameSitePolicy = SameSiteMode.None;
});

当然默认配置了全局Cookie策略，同时也在Configure方法中使用其策略如下：

app.UseCookiePolicy();

我们也可以直接在上述调用使用Cookie策略中间件的方法中来设置对应参数策略，如下：

若是我们在添加Cookie中间件的同时也配置全局Cookie策略，我们会发现对于属性HTTPOnly和SameSite都可配置，此时个人猜测会存在覆盖的情况，如下：

对于需要认证的控制器我们需要添加上[Authroize]特性，对每一个控制器我们都得添加这样一个特性，相信大部分童鞋都是这么干的。其实我们大可反向操作，对于无需认证的我们添加可匿名访问特性即可，而需要认证的控制器我们进行全局配置认证过滤器，如下：

services.AddMvc(options=> options.Filters.Add(new AuthorizeFilter()))
.SetCompatibilityVersion(CompatibilityVersion.Version_2_2);

好了到了这里，我们只是粗略的讲解了下关于Cookie中间件参数配置和Cookie全局配置策略的说明，没有太深入去研究里面的细枝末节，等遇到问题再具体分析吧。继续回到话题，Cookie认证相比JWT对API访问来讲安全系数低，所以我们完全可以在Cookie认证中结合JWT来使用。具体我们可尝试怎么搞呢？将其放到身份信息声明中，我想应该是可行的方式，我们来模拟登陆和登出试试，大概代码如下：

public class AccountController : Controller
{
/// <summary>
/// 登录
/// </summary>
/// <returns></returns>
[HttpPost]
public async Task<IActionResult> Login()
{
var claims = new Claim[]
{
new Claim(ClaimTypes.Name, "Jeffcky"),
new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Email, "2752154844@qq.com"),
new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Sub, "D21D099B-B49B-4604-A247-71B0518A0B1C"),
new Claim("access_token", GenerateAccessToken()),
};

var claimsIdentity = new ClaimsIdentity(
claims, CookieAuthenticationDefaults.AuthenticationScheme);

var authticationProperties = new AuthenticationProperties();

await HttpContext.SignInAsync(
CookieAuthenticationDefaults.AuthenticationScheme,
new ClaimsPrincipal(claimsIdentity),
authticationProperties);

return RedirectToAction(nameof(HomeController.Index), "Home");
}

string GenerateAccessToken()
{
var key = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes("1234567890123456"));

var token = new JwtSecurityToken(
issuer: "http://localhost:5000",
audience: "http://localhost:5001",
notBefore: DateTime.Now,
expires: DateTime.Now.AddHours(1),
signingCredentials: new SigningCredentials(key, SecurityAlgorithms.HmacSha256)
);

return new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(token);
}

/// <summary>
/// 退出
/// </summary>
/// <returns></returns>
[Authorize]
[HttpPost]
public async Task<IActionResult> Logout()
{
await HttpContext.SignOutAsync(CookieAuthenticationDefaults.AuthenticationScheme);

return RedirectToAction(nameof(HomeController.Index), "Home");
}

}

上述代码很简单，无需我再多讲，和Cookie认证无异，只是我们在声明中添加了access_token来提高安全性，接下来我们自定义一个Action过滤器特性，并将此特性应用于Action方法，如下：

public class AccessTokenActionFilterAttribute : ActionFilterAttribute
{
public override void OnActionExecuting(ActionExecutingContext context)
{
var principal = context.HttpContext.User as ClaimsPrincipal;

var accessTokenClaim = principal?.Claims
.FirstOrDefault(c => c.Type == "access_token");

if (accessTokenClaim is null || string.IsNullOrEmpty(accessTokenClaim.Value))
{
context.HttpContext.Response.Redirect("/account/login", permanent: true);

return;
}

var sharedKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes("1234567890123456"));

var validationParameters = new TokenValidationParameters
{
ValidateAudience = true,
ValidIssuer = "http://localhost:5000",
ValidAudiences = new[] { "http://localhost:5001" },
IssuerSigningKeys = new[] { sharedKey }
};

var accessToken = accessTokenClaim.Value;

var handler = new JwtSecurityTokenHandler();

var user = (ClaimsPrincipal)null;

try
{
user = handler.ValidateToken(accessToken, validationParameters, out SecurityToken validatedToken);
}
catch (SecurityTokenValidationException exception)
{
throw new Exception($"Token failed validation: {exception.Message}");
}

base.OnActionExecuting(context);
}
}

JWT Combine Cookie Authentication

如上是采用将JWT放到声明的做法，我想这么做也未尝不可，至少我没找到这么做有什么不妥当的地方。我们也可以将Cookie认证和JWT认证进行混合使用，只不过是在上一节的基础上添加了Cookie中间件罢了，如下图：

通过如上配置后我们就可以将Cookie和JWT认证来组合使用了，比如我们在用户登录后，如下图点击登录后显示当前登录用户名，然后点击退出，在退出Action方法上我们添加组合特性：

/// <summary>
/// 退出
/// </summary>
/// <returns></returns>
[Authorize(AuthenticationSchemes = "Bearer,Cookies")]
[HttpPost]
public async Task<IActionResult> Logout()
{
await HttpContext.SignOutAsync(CookieAuthenticationDefaults.AuthenticationScheme);

return RedirectToAction(nameof(HomeController.Index), "Home");
}

在上一节中，我们通过获取AccessToken，从而访问端口号为5001的客户端来获取当前时间，那现在我们针对获取当前时间的方法添加上需要Cookie认证，如下：

[Authorize(CookieAuthenticationDefaults.AuthenticationScheme)]
[HttpGet("api/[controller]")]
public string GetCurrentTime()
{
var sub = User.FindFirst(d => d.Type == JwtRegisteredClaimNames.Sub)?.Value;

return DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd");
}

Cookie认证撤销

在.NET Core 2.1版本通过Cookie进行认证中，当用户与应用程序进行交互修改了信息，需要在cookie的整个生命周期，也就说在注销或cookie过期之前看不到信息的更改时，我们可通过cookie的身份认证事件【撤销身份】来实现这样的需求，下面我们来看看。

public class RevokeCookieAuthenticationEvents : CookieAuthenticationEvents
{
private readonly IDistributedCache _cache;

public RevokeCookieAuthenticationEvents(
IDistributedCache cache)
{
_cache = cache;
}

public override Task ValidatePrincipal(
CookieValidatePrincipalContext context)
{
var userId = context.Principal?.Claims
.First(c => c.Type == JwtRegisteredClaimNames.Sub)?.Value;

if (!string.IsNullOrEmpty(_cache.GetString("revoke-" + userId)))
{
context.RejectPrincipal();

_cache.Remove("revoke-" + userId);
}

return Task.CompletedTask;
}
}

我们通过重写CookieAuthenticationEvents事件中的ValidatePrincipal，然后判断写在内存中关于用户表示是否存在，若存在则调用 context.RejectPrincipal() 撤销用户身份。然后我们在添加Cookie中间件里配置该事件类型以及对其进行注册：

services.AddScoped<RevokeCookieAuthenticationEvents>();

接下来我们写一个在页面上点击【修改信息】的方法，并在内存中设置撤销指定用户，如下：

[HttpPost]
public IActionResult ModifyInformation()
{
var principal = HttpContext?.User as ClaimsPrincipal;

var userId = principal?.Claims
.First(c => c.Type == JwtRegisteredClaimNames.Sub)?.Value;

if (!string.IsNullOrEmpty(userId))
{
_cache.SetString("revoke-" + userId, userId);
}
return RedirectToAction(nameof(HomeController.Index), "Home");
}

从如上动图中我们可以看到，当点击修改信息后，然后将撤销的用户标识写入到内存中，然后跳转到Index页面，此时调用我们写的撤销事件，最终重定向到登录页，且此时用户cookie仍未过期，所以我们能够在左上角看到用户名，不清楚这种场景在什么情况下才会用到。

重定向至登录携带或移除参数

当我们在某个页面进行操作时，若此时Token或Cookie过期了，此时则会自动引导用户且将用户当前访问的URL携带并重定向跳转到登录页进行登录，比如关于博客园如下跳转URL：

https://account.cnblogs.com/signin?returnUrl=http%3a%2f%2fi.cnblogs.com%2f

但是如果我们有这样的业务场景：用于跳转至登录页时，在URL上需要携带额外的参数，我们需要获取此业务参数才能进行对应业务处理，那么此时我们应该如何做呢？我们依然是重写CookieAuthenticationEvents事件中的RedrectToLogin方法，如下：

public class RedirectToLoginCookieAuthenticationEvents : CookieAuthenticationEvents
{
private IUrlHelperFactory _helper;
private IActionContextAccessor _accessor;
public RedirectToLoginCookieAuthenticationEvents(IUrlHelperFactory helper,
IActionContextAccessor accessor)
{
_helper = helper;
_accessor = accessor;
}

public override Task RedirectToLogin(RedirectContext<CookieAuthenticationOptions> context)
{
//获取路由数据
var routeData = context.Request.HttpContext.GetRouteData();

//获取路由数据中的路由值
var routeValues = routeData.Values;

var uri = new Uri(context.RedirectUri);

//解析跳转URL查询参数
var returnUrl = HttpUtility.ParseQueryString(uri.Query)[context.Options.ReturnUrlParameter];

//add extra parameters for redirect to login
var parameters = $"id={Guid.NewGuid().ToString()}";

//添加额外参数到路由值中
routeValues.Add(context.Options.ReturnUrlParameter, $"{returnUrl}{parameters}");

var urlHelper = _helper.GetUrlHelper(_accessor.ActionContext);

context.RedirectUri = UrlHelperExtensions.Action(urlHelper, "Login", "Account", routeValues);

return base.RedirectToLogin(context);
}
}

这里需要注意的是因为上述我们用到了IActionContextAccessor，所以我们需要将其进行对应如下注册：

services.AddSingleton<IActionContextAccessor, ActionContextAccessor>();

最终我们跳转到登录页将会看到我们添加的额外参数id也将呈现在url上，如下：

http://localhost:5001/Account/Login?ReturnUrl=%2FAccount%2FGetCurrentTime%3Fid%3Da309f451-e2ff-4496-bf18-65ba5c3ace9f

总结

本节我们讲解了Session和JWT的优缺点以及Cookie认证中可能我们需要用到的地方，下一节也是JWT最后一节内容，我们讲讲并探讨如何实现刷新Token，感谢阅读。