用JWT来保护我们的ASP.NET Core Web API
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来源：Catcher8
cnblogs.com/catcher1994/p/6057484.html
在《Middleware给ASP.NET Core Web API添加自己的授权验证》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。
/// <summary>
/// invoke the middleware
/// </summary>
/// <param name="context"></param>
/// <returns></returns>
public async Task Invoke(HttpContext context)
{
if (!context.Request.Path.Equals(_options.Path, StringComparison.Ordinal))
{
await _next(context);
}
// Request must be POST with Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
if (!context.Request.Method.Equals("POST")
|| !context.Request.HasFormContentType)
{
await ReturnBadRequest(context);
}
await GenerateAuthorizedResult(context);
}
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。
/// <summary>
/// get the jwt
/// </summary>
/// <param name="username"></param>
/// <returns></returns>
private string GetJwt(string username)
{
var now = DateTime.UtcNow;
var claims = new Claim[]
{
new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Sub, username),
new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Jti, Guid.NewGuid().ToString()),
new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Iat, now.ToUniversalTime().ToString(),
ClaimValueTypes.Integer64)
};
var jwt = new JwtSecurityToken(
issuer: _options.Issuer,
audience: _options.Audience,
claims: claims,
notBefore: now,
expires: now.Add(_options.Expiration),
signingCredentials: _options.SigningCredentials);
var encodedJwt = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwt);
var response = new
{
access_token = encodedJwt,
expires_in = (int)_options.Expiration.TotalSeconds,
token_type = "Bearer"
};
return JsonConvert.SerializeObject(response, new JsonSerializerSettings { Formatting = Formatting.Indented });
}
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。
public struct JwtRegisteredClaimNames
{
public const string Acr = "acr";
public const string Actort = "actort";
public const string Amr = "amr";
public const string AtHash = "at_hash";
public const string Aud = "aud";
public const string AuthTime = "auth_time";
public const string Azp = "azp";
public const string Birthdate = "birthdate";
public const string CHash = "c_hash";
public const string Email = "email";
public const string Exp = "exp";
public const string FamilyName = "family_name";
public const string Gender = "gender";
public const string GivenName = "given_name";
public const string Iat = "iat";
public const string Iss = "iss";
public const string Jti = "jti";
public const string NameId = "nameid";
public const string Nbf = "nbf";
public const string Nonce = "nonce";
public const string Prn = "prn";
public const string Sid = "sid";
public const string Sub = "sub";
public const string Typ = "typ";
public const string UniqueName = "unique_name";
public const string Website = "website";
}
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。
var audienceConfig = Configuration.GetSection("Audience");
var symmetricKeyAsBase64 = audienceConfig["Secret"];
var keyByteArray = Encoding.ASCII.GetBytes(symmetricKeyAsBase64);
var signingKey = new SymmetricSecurityKey(keyByteArray);
app.UseTokenProvider(new TokenProviderOptions
{
Audience = "Catcher Wong",
Issuer = "http://catcher1994.cnblogs.com/",
SigningCredentials = new SigningCredentials(signingKey, SecurityAlgorithms.HmacSha256),
});
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。
[Fact]
public async Task authorized_server_should_generate_token_success()
{
//arrange
var data = new Dictionary<string, string>();
data.Add("username", "Member");
data.Add("password", "123");
HttpContent ct = new FormUrlEncodedContent(data);
//act
System.Net.Http.HttpResponseMessage message_token = await _client.PostAsync("http://127.0.0.1:8000/auth/token", ct);
string res = await message_token.Content.ReadAsStringAsync();
var obj = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject<Token>(res);
//assert
Assert.NotNull(obj);
Assert.Equal("600", obj.expires_in);
Assert.Equal(3, obj.access_token.Split('.').Length);
Assert.Equal("Bearer", obj.token_type);
}
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。
[Fact]
public async Task authorized_server_should_generate_token_fault_by_invalid_app()
{
//arrange
var data = new Dictionary<string, string>();
data.Add("username", "Member");
data.Add("password", "123456");
HttpContent ct = new FormUrlEncodedContent(data);
//act
System.Net.Http.HttpResponseMessage message_token = await _client.PostAsync("http://127.0.0.1:8000/auth/token", ct);
var res = await message_token.Content.ReadAsStringAsync();
dynamic obj = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject(res);
//assert
Assert.Equal("invalid_grant", (string)obj.error);
Assert.Equal(HttpStatusCode.BadRequest, message_token.StatusCode);
}
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。
[Fact]
public async Task authorized_server_should_generate_token_fault_by_invalid_httpmethod()
{
//arrange
Uri uri = new Uri("http://127.0.0.1:8000/auth/token?username=Member&password=123456");
//act
System.Net.Http.HttpResponseMessage message_token = await _client.GetAsync(uri);
var res = await message_token.Content.ReadAsStringAsync();
dynamic obj = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject(res);
//assert
Assert.Equal("invalid_grant", (string)obj.error);
Assert.Equal(HttpStatusCode.BadRequest, message_token.StatusCode);
}
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。
public void ConfigureJwtAuth(IApplicationBuilder app)
{
var audienceConfig = Configuration.GetSection("Audience");
var symmetricKeyAsBase64 = audienceConfig["Secret"];
var keyByteArray = Encoding.ASCII.GetBytes(symmetricKeyAsBase64);
var signingKey = new Microsoft.IdentityModel.Tokens.SymmetricSecurityKey(keyByteArray);
var tokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
{
// The signing key must match!
ValidateIssuerSigningKey = true,
IssuerSigningKey = signingKey,
// Validate the JWT Issuer (iss) claim
ValidateIssuer = true,
ValidIssuer = "http://catcher1994.cnblogs.com/",
// Validate the JWT Audience (aud) claim
ValidateAudience = true,
ValidAudience = "Catcher Wong",
// Validate the token expiry
ValidateLifetime = true,
ClockSkew = TimeSpan.Zero
};
app.UseJwtBearerAuthentication(new JwtBearerOptions
{
AutomaticAuthenticate = true,
AutomaticChallenge = true,
TokenValidationParameters = tokenValidationParameters,
});
}
然后在Startup的Configure中调用上面的方法即可。
public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env, ILoggerFactory loggerFactory)
{
loggerFactory.AddConsole(Configuration.GetSection("Logging"));
loggerFactory.AddDebug();
ConfigureJwtAuth(app);
app.UseMvc();
}
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。
// GET api/values/5
[HttpGet("{id}")]
[Authorize]
public string Get(int id)
{
return "value";
}
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。
[Fact]
public void value_api_should_return_unauthorized_without_auth()
{
//act
HttpResponseMessage message = _client.GetAsync("http://localhost:63324/api/values/1").Result;
string result = message.Content.ReadAsStringAsync().Result;
//assert
Assert.False(message.IsSuccessStatusCode);
Assert.Equal(HttpStatusCode.Unauthorized,message.StatusCode);
Assert.Empty(result);
}
测试二：valueapi请求没有[Authorize]标记的方法时能正常返回结果。
[Fact]
public void value_api_should_return_result_without_authorize_attribute()
{
//act
HttpResponseMessage message = _client.GetAsync("http://localhost:63324/api/values").Result;
string result = message.Content.ReadAsStringAsync().Result;
var res = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject<string[]>(result);
//assert
Assert.True(message.IsSuccessStatusCode);
Assert.Equal(2, res.Length);
}
测试三：valueapi在授权的请求中会返回正确的结果。
[Fact]
public void value_api_should_success_by_valid_auth()
{
//arrange
var data = new Dictionary<string, string>();
data.Add("username", "Member");
data.Add("password", "123");
HttpContent ct = new FormUrlEncodedContent(data);
//act
var obj = GetAccessToken(ct);
_client.DefaultRequestHeaders.Add("Authorization", "Bearer " + obj.access_token);
HttpResponseMessage message = _client.GetAsync("http://localhost:63324/api/values/1").Result;
string result = message.Content.ReadAsStringAsync().Result;
//assert
Assert.True(message.IsSuccessStatusCode);
Assert.Equal(3, obj.access_token.Split('.').Length);
Assert.Equal("value",result);
}
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（https://github.com/aspnet/Security/blob/22d2fe99c6fd9806b36025399a217a3a8b4e50f4/src/Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer/JwtBearerHandler.cs）
下图是关于头部加Authorization的源码解释。
JwtBearer的源码：
Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer（https://github.com/aspnet/Security/tree/22d2fe99c6fd9806b36025399a217a3a8b4e50f4/src/Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer）
本文的示例代码：JWTTokenDemo（https://github.com/hwqdt/Demos/tree/master/src/JWTTokenDemo）
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