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ASP.NET Core 中jwt授权认证的流程原理

2020-03-15 14:54 1236 查看

[TOC]

1,快速实现授权验证

什么是 JWT ?为什么要用 JWT ?JWT 的组成?

这些百度可以直接找到,这里不再赘述。

实际上,只需要知道 JWT 认证模式是使用一段 Token 作为认证依据的手段。

我们看一下 Postman 设置 Token 的位置。

那么,如何使用 C# 的 HttpClient 访问一个 JWT 认证的 WebAPI 呢?

下面来创建一个 ASP.NET Core 项目,尝试添加 JWT 验证功能。

1.1 添加 JWT 服务配置

在 Startup.cs 的

ConfigureServices
方法中,添加一个服务

// 设置验证方式为 Bearer Token
// 你也可以添加 using Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer;
// 使用 JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme 代替 字符串 "Brearer"
services.AddAuthentication("Bearer")
.AddJwtBearer(options =>
{
options.TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
{
ValidateIssuerSigningKey = true,
IssuerSigningKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes("abcdABCD1234abcdABCD1234")),    // 加密解密Token的密钥

// 是否验证发布者
ValidateIssuer = true,
// 发布者名称
ValidIssuer = "server",

// 是否验证订阅者
// 订阅者名称
ValidateAudience = true,
ValidAudience = "client007",

// 是否验证令牌有效期
ValidateLifetime = true,
// 每次颁发令牌,令牌有效时间
ClockSkew = TimeSpan.FromMinutes(120)
};
});

修改

Configure
中的中间件

app.UseHttpsRedirection();

app.UseRouting();

app.UseAuthentication();		// 注意这里
app.UseAuthorization();

就是这么简单,通过以上设置,要求验证请求是否有权限。

1.2 颁发 Token

颁发的 Token ,ASP.NET Core 不会保存。

ASP.NET Core 启用了 Token 认证,你随便将生成 Token 的代码放到不同程序的控制台,只要密钥和 Issuer 和 Audience 一致,生成的 Token 就可以登录这个 ASP.NET Core。

也就是说,可以随意创建控制台程序生成 Token,生成的 Token 完全可以登录 ASP.NET Core 程序。

至于原因,我们后面再说,

在 Program.cs 中,添加一个这样的方法

static void ConsoleToke()
{

// 定义用户信息
var claims = new Claim[]
{
new Claim(ClaimTypes.Name, "痴者工良"),
new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Email, "66666666666@qq.com"),
};

// 和 Startup 中的配置一致
SymmetricSecurityKey key = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes("abcdABCD1234abcdABCD1234"));

JwtSecurityToken token = new JwtSecurityToken(
issuer: "server",
audience: "client007",
claims: claims,
notBefore: DateTime.Now,
expires: DateTime.Now.AddMinutes(30),
signingCredentials: new SigningCredentials(key, SecurityAlgorithms.HmacSha256)
);

string jwtToken = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(token);
Console.WriteLine(jwtToken);
}

Main()
中,调用此方法

public static void Main(string[] args)
{
ConsoleToke();
CreateHostBuilder(args).Build().Run();
}

1.3 添加 API访问

我们添加一个 API。

[Authorize]
特性用于标识此 Controller 或 Action 需要使用合规的 Token 才能登录。

[Authorize]
[Route("api/[controller]")]
[ApiController]
public class HomeController : ControllerBase
{
public string Get()
{
Console.WriteLine(User.Claims.FirstOrDefault(x => x.Type == ClaimTypes.Name));
return "访问成功";
}
}

然后启动 ASP.NET Core,在 Postman 测试 访问 https://localhost/api/home。

发现报 401 (无权限)状态码,这是因为请求时不携带令牌,会导致不能访问 API。

从控制台终端复制生成的 Token 码,复制到 Postman 中,再次访问,发现响应状态码为 200,响应成功。

ASP.NET Core 自带 jwt 认证大概就是这样。

那么,ASP.NET Core 内部是如何实现的呢?又有哪些特性哪些坑呢?请往下看~

2,探究授权认证中间件

在上面的操作中,我们在管道配置了两个中间件。

app.UseAuthentication();
app.UseAuthorization();

app.UseAuthentication();
的作用是通过 ASP.NET Core 中配置的授权认证,读取客户端中的身份标识(Cookie,Token等)并解析出来,存储到
context.User
中。

app.UseAuthorization();
的作用是判断当前访问
Endpoint
(Controller或Action)是否使用了
[Authorize]
以及配置角色或策略,然后校验 Cookie 或 Token 是否有效。

使用特性设置相应通过认证才能访问,一般有以下情况。

// 不适用特性,可以直接访问
public class AController : ControllerBase
{
public string Get() { return "666"; }
}

/// <summary>
/// 整个控制器都需要授权才能访问
/// </summary>
[Authorize]
public class BController : ControllerBase
{
public string Get() { return "666"; }
}

public class CController : ControllerBase
{
// 只有 Get 需要授权
[Authorize]
public string Get() { return "666"; }
public string GetB() { return "666"; }
}

/// <summary>
/// 整个控制器都需要授权,但 Get 不需要
/// </summary>
[Authorize]
public class DController : ControllerBase
{
[AllowAnonymous]
public string Get() { return "666"; }
}

2.1 实现 Token 解析

至于 ASP.NET Core 中,

app.UseAuthentication();
app.UseAuthorization();
的源代码各种使用了一个项目来写,代码比较多。要理解这两个中间件的作用,我们不妨来手动实现他们的功能。

解析出的 Token 是一个 ClaimsPrincipal 对象,将此对象给

context.User
赋值,然后在 API 中可以使用
User
实例来获取用户的信息。

在中间件中,使用下面的代码可以获取客户端请求的 Token 解析。

context.RequestServices.GetRequiredService<IAuthenticationService>().AuthenticateAsync(context, JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme);

那么,我们如何手工从原生的 Http 请求中,解析出来呢?且看我慢慢来分解步骤。

首先创建一个 TestMiddleware 文件,作为中间件使用。

public class TestMiddleware
{
private readonly RequestDelegate _next;
jwtSecurityTokenHandler = new JwtSecurityTokenHandler();
public TestMiddleware(RequestDelegate next)
{
_next = next;
}
public async Task Invoke(HttpContext context)
{
if (context == null)
{
throw new ArgumentNullException(nameof(context));
}

// 我们写代码的区域

// 我们写代码的区域
await _next(context);
}
}

2.1.1 从 Http 中获取 Token

下面代码可以中 http 请求中,取得头部的 Token 。

当然,客户端可能没有携带 Token,可能获取结果为 null ,自己加个判断。

贴到代码区域。

string tokenStr = context.Request.Headers["Authorization"].ToString();

Header 的 Authorization 键,是由

Breaer {Token}
组成的字符串。

2.1.2 判断是否为有效令牌

拿到 Token 后,还需要判断这个 Token 是否有效。

因为 Authorization 是由

Breaer {Token}
组成,所以我们需要去掉前面的
Brear
才能获取 Token。

/// <summary>
/// Token是否是符合要求的标准 Json Web 令牌
/// </summary>
/// <param name="tokenStr"></param>
/// <returns></returns>
public bool IsCanReadToken(ref string tokenStr)
{
if (string.IsNullOrWhiteSpace(tokenStr) || tokenStr.Length < 7)
return false;
if (!tokenStr.Substring(0, 6).Equals(Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer.JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme))
return false;
tokenStr = tokenStr.Substring(7);
bool isCan = jwtSecurityTokenHandler.CanReadToken(tokenStr);

return isCan;
}

获得 Token 后,通过

JwtSecurityTokenHandler.CanReadToken(tokenStr);
来判断 Token 是否符合协议规范。

将下面判断贴到代码区域。

if (!IsCanReadToken(ref tokenStr))
return ;

2.1.3 解析 Token

下面代码可以将 Header 的 Authorization 内容转为 JwtSecurityToken 对象。

(截取字符串的方式很多种,喜欢哪个就哪个。。。)

/// <summary>
/// 从Token解密出JwtSecurityToken,JwtSecurityToken : SecurityToken
/// </summary>
/// <param name="tokenStr"></param>
/// <returns></returns>
public JwtSecurityToken GetJwtSecurityToken(string tokenStr)
{
var jwt = jwtSecurityTokenHandler.ReadJwtToken(tokenStr);
return jwt;
}

不过这个

GetJwtSecurityToken
不是我们关注的内容,我们是要获取 Claim。

JwtSecurityToken.Claims

将下面代码贴到代码区域

JwtSecurityToken jst = GetJwtSecurityToken(tokenStr);
IEnumerable<Claim> claims = jst.Claims;

2.1.4 生成 context.User

context.User 是一个 ClaimsPrincipal 类型,我们通过解析出的 Claim,生成 ClaimsPrincipal。

JwtSecurityToken jst = GetJwtSecurityToken(tokenStr);
IEnumerable<Claim> claims = jst.Claims;
List<ClaimsIdentity> ci = new List<ClaimsIdentity>() { new ClaimsIdentity(claims) };
context.User = new ClaimsPrincipal(ci);

最终的代码块是这样的

// 我们写代码的区域
string tokenStr = context.Request.Headers["Authorization"].ToString();
string requestUrl = context.Request.Path.Value;
if (!IsCanReadToken(ref tokenStr))
return;
JwtSecurityToken jst = GetJwtSecurityToken(tokenStr);
IEnumerable<Claim> claims = jst.Claims;
List<ClaimsIdentity> ci = new List<ClaimsIdentity>() { new ClaimsIdentity(claims) };

context.User = new ClaimsPrincipal(ci);
var x = new ClaimsPrincipal(ci);
// 我们写代码的区域

2.2 实现校验认证

app.UseAuthentication();
的大概实现过程已经做出了说明,现在我们来继续实现
app.UseAuthorization();
中的功能。

继续使用上面的中间件,在原代码块区域添加新的区域。

// 我们写代码的区域

// 我们写的代码块 2

2.2.1 Endpoint

Endpoint 标识了一个 http 请求所访问的路由信息和 Controller 、Action 及其特性等信息。

[Authorize]
特性继承了
IAuthorizeData
[AllowAnonymous]
特性继承了
IAllowAnonymous

以下代码可以获取所访问的节点信息。

var endpoint = context.GetEndpoint();

那么如何判断所访问的 Controller 和 Action 是否使用了认证相关的特性?

var authorizeData = endpoint?.Metadata.GetOrderedMetadata<IAuthorizeData>() ?? Array.Empty<IAuthorizeData>();

Metadata 是一个 ASP.NET Core 实现的集合对象,

GetOrderedMetadata<T>
可以找出需要的特性信息。

这个集合不会区分是 Contrller 还是 Action 的

[Authorize]
特性。

那么判断 是否有

[AllowAnonymous]
特性,可以这样使用。

if (endpoint?.Metadata.GetMetadata<IAllowAnonymous>() != null)
{
await _next(context);
return;
}
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