【译】使用Jwt身份认证保护 Asp.Net Core Web Api

原文出自Rui Figueiredo的博客，原文链接《Secure a Web Api in ASP.NET Core》

摘要：这边文章阐述了如何使用 Json Web Token (Jwt)方式 来配置身份验证中间件。这种方式十分适合移动App 后端等不使用cookie的后端程序。

网络上有许多资源可以教你如何保护ASP.NET Core Web应用程序。我写过一些，例如 ASP.NET Core Identity From Scratch , External Login Providers in ASP.NET Core and Facebook Authentiation with ASP.NET Core.

不过对于保护Asp.Net WebApi，网络上有用的信息似乎不多。所以在这篇博文中，我将介绍如何使用Json Web Tokens（JWT）来保护ASP.NET Core中的Web Api。我在github中有一个演示项目，你可以照着它来做。

使用token替代cookie

在一个Web应用程序中，如果你不打算使用供应外部调用（例如一个移动应用程序）的API，那么它通常使用一个cookie来表示一个已经登录的用户。

一般的流程是：用户单击登录，进入登录页面，输入有效凭证后，服务器发送给用户浏览器的响应包含一个带有加密信息的 Set-Cookie 头。

cookie会被设置上domain 例如 blinkingcaret.com,每次浏览器向这个domain发送请求时，设置在这个domain上的cookie也会被带上。

在服务器上，cookie将被解密，然后使用解密后的内容来创建用户的 Identity。

如果客户端是一个浏览器，这种方式将会非常非常适合。不过当我们的客户端是一个移动应用程序时候，那就另当别论了。

JWT

我们可以使用什么来代替cookie呢？没错就是token。token也代表用户，但是当我们使用它的时候，我们不再依赖于浏览器的内置机制以及用它和cookie打交道。

我们必须明确地向服务器要一个token，我们自己将它存储在某个地方，然后在每个请求发送时手动带上它。有一些方法可以使这个尽可能简单快捷，我会在后面讨论其中的一些方法。

我将在这里讨论的token格式是JWT。

JWT代表Json Web Token。JWTtoken具有以下格式 base64-encoded-header.base64-encoded-payload.signature 。

一个heder的例子是

{
	“alg”: “HS265”,
	“typ”: “JWT”
}

payload包含一系列 claims，例如：

{
    "name": "Rui",
    "admin": true
}

最后，通过采用“base64（header）.base64（payload）”创建签名，并使用头部指定的算法对签名其进行加密。例如 HMAC-SHA256。签名部分会用到一个存储在server上的密钥，这个密钥是不会发给客户端的。

下面是一个真正的JWT的例子：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJodHRwOi8vc2NoZW1hcy54bWxzb2FwLm9yZy93cy8yMDA1LzA1L2lkZW50aXR5L2NsYWltcy9uYW1lIjoicnVpIiwic3ViIjoidGVzdCIsIm5iZiI6MTUwMzYxNDU4NSwiZXhwIjoxNTA2MDMzNzg1LCJpc3MiOiJibGlua2luZ2NhcmV0IHN0cyIsImF1ZCI6ImJsaW5raW5nY2FyZXQgYXBwIn0.F7PFoYcQXez3zV98BFKLpyON6d_1p-6IAeihZRSv0VM

你必须注意的是，JWT中包含的信息没有加密。为了获得有效payload，你只需要base64解码。你甚至可以从你的开发者工具控制台（例如在Chrome中）这样做。使用atob方法并将payload作为参数传递。你会得到解密后的JSON 。signature只能保证如果有人篡改了payload，那么signature将会失效。如果有人想成功替换有效载荷并生成有效的token，他们需要知道签名中使用的密钥，但是该密钥永远不会被发送到客户端。

所以，当你想往payload里放一些东西的时候，你一定要知道上面这些

译者注：就是不要把敏感信息放在payload里，比如：密码。

在 ASP.NET Core 中使用JWT#

要在ASP.NET Core中使用JWT，我们需要知道如何手动创建JWTtoken，如何验证它们以及如何创建端点以便客户端应用程序可以获得它们。

如何创建JWTtoken

首先你需要安装nuget包System.IdentityModel.Tokens.Jwt：

$ dotnet add package System.IdentityModel.Tokens.Jwt

然后创建一个密钥。我们将使用 symmetric key（译者注：对称密钥），代码如下：

var secretKey = new SymmetricSecurityKey(Endoding.UTF8.GetBytes("a secret that needs to be at least 16 characters long"));

译者注：a secret that needs to be at least 16 characters long=>一个至少需要16个字符的密码，在验证签名时还会用到。

我们的token将包含一组claims。所以让我们创建它们：

var claims = new Claim[] {
    new Claim(ClaimTypes.Name, "John"),
    new Claims(JwtRegisteredClaimNames.Email, "john.doe@blinkingcaret.com")
}

我已经使用了两种claim类型 ：

1. ClaimTypes（System.Security.Claims）
2. JwtRegisteredClaimNames（System.IdentityModel.Tokens.Jwt）

要强调的是JwtRegisteredClaimNames包含在JWT RFC中列举的claims中。如果你打算使用不同编程语言或者框架生成的token，那么为了兼容性，你应该尽可能的使用这个。不过，有一些声明类型可以在ASP.NET中启用某些功能。例如，ClaimTypes.Name 是用户名（User.Identity.Name）的默认声明类型。另一个例子是ClaimTypes.Role，如果你在Authorize属性中使用Roles属性（例如[Authorize（Roles =“Administrator”）]），这个声明将会被检查用来确认权限。

在创建我们想要在token中编码的claims列表之后，我们可以创建token本身，代码如下：

var token = new JwtSecurityToken(
    issuer: "your app",
    audience: "the client of your app",
    claims: claims,
    notBefore: DateTime.Now,
    expires: DateTime.Now.AddDays(28),
    signingCredentials: new SigningCredentials(key, SecurityAlgorithms.HmacSha256)
);

这里有一些我之前没有提到的概念，即发issue，audience和expiration dates。

译者注： 发行者，受众/听众，过期时间

发行者表示生成token的实体，在这个例子里它是ASP.NET Core Web应用程序。audience代表将要使用这些token的实体，例如 client。如果你依靠第三方创建token（不是现在所要用到的），这个issue和audience是重要的。验证token时，你可以验证issue和audience。

notBefore 和 expire 定义了 token的有效时间区间，在notBefore之后expire之前。

最后在signedCredentials中指定使用哪个安全密钥和什么算法来创建签名。在这个例子中我们使用了HMAC-SHA256。

如果你不关心issue和audience（在JWT规范中是可选的），你可以使用接受JwtSecurityHeader和JwtSecurityPayload的JwtSecurityToken的更简单的构造函数重载。不过你必须手动将expires和notBefore声明添加到有效内容中，例如：

var claims = new Claim[] {
    new Claim(ClaimTypes.Name, "John"),
    new Claims(JwtRegisteredClaimNames.Email, "john.doe@blinkingcaret.com"),
    new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Exp, $"{new DateTimeOffset(DateTime.Now.AddDays(1)).ToUnixTimeSeconds()}"),
    new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Nbf, $"{new DateTimeOffset(DateTime.Now).ToUnixTimeSeconds()}")
}

var token = new JwtSecurityToken(new JwtHeader(new SigningCredentials(key, SecurityAlgorithms.HmacSha256)), new JwtPayload(claims));

请注意Exp（expires）和Nbf（notBefore）声明的值是一个Unix时间的字符串。将DateTime转换为该格式的最简单方法是使用DateTimeOffset。

在创建JwtSecurityToken的实例后，实际生成token的方法是调用JwtSecurityTokenHandler实例的WriteToken方法，并将JwtSecurityToken作为参数传递：

string jwtToken = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(token);

创建获取token的端点

现在我们知道如何创建我们的JWT token了，我们还需要一种方法来让客户端获得它们。最简单的方法是创建一个期望发布请求的web api controller action 接受一个Post请求，例如下面的代码：

public class TokenController : Controller
{
    [Route("/token")]
    [HttpPost]
    public IActionResult Create(string username, string password)
    {
        if (IsValidUserAndPasswordCombination(username, password))
            return new ObjectResult(GenerateToken(username));
        return BadRequest();
    }
//...

在IsValidUserAndPasswordCombination中，你可以来验证用户的凭据例如使用例如ASP.NET Identity（如果你需要参考资料来学习ASP.NET Identity，你可以看这篇博客 ASP.NET Identity Core From Scratch）。

GenerateToken我们刚刚在上一节中描述过。

验证用户，并使其登陆

现在我们有了一种发行token的方法，我们还需要一种方法来验证它们。我们将使用ASP.NET Core的身份验证中间件，并将其配置为可接受JWT token。

将Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer NuGet包添加到你的项目。

$ dotnet add package Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer

接下来打开Startup.cs并更新ConfigureServices方法：

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    //...
    services.AddAuthentication(options => {
        options.DefaultAuthenticateScheme = "JwtBearer";
        options.DefaultChallengeScheme = "JwtBearer";
    })
    .AddJwtBearer("JwtBearer", jwtBearerOptions =>
    {
        jwtBearerOptions.TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
        {
            ValidateIssuerSigningKey = true,
            IssuerSigningKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes("your secret goes here")),

            ValidateIssuer = true,
            ValidIssuer = "The name of the issuer",

            ValidateAudience = true,
            ValidAudience = "The name of the audience",

            ValidateLifetime = true, //validate the expiration and not before values in the token

            ClockSkew = TimeSpan.FromMinutes(5) //5 minute tolerance for the expiration date
        };
    });
}

如果你不熟悉ASP.NET Core的身份验证中间件，则建议你阅读External Login Providers in ASP.NET Core。

即使是关于如何使用Google，Facebook等进行外部登陆提供程序登录，但是这篇博客也含有有关身份验证中间件如何工作的详细说明。

此外请注意，这是新的ASP.NET Core 2.0语法，其中通过ConfigureServices方法完全配置了身份验证，但概念是相同的。

译者注:External Login Providers in ASP.NET Core这篇博客在撰写的时候使用的是 Asp.Net Core 1.x。

在这个例子中更重要的是 TokenValidationParameters 类。这是你必须实例化的类，它将用来配置如何验证token。

在Startup.cs中，你需要更新Configure方法并添加身份验证中间件：

public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env)
{
    //...
    app.UseAuthentication(); //needs to be up in the pipeline, before MVC
    //...
    app.UseMvc(ConfigureRoutes);
//..

Client 客户端

web api客户端可以是桌面应用程序，移动设备甚至是浏览器。我将要描述的例子是Web应用程序的登录、保存token、然后使用它来执行对请求的认证。你可以在这里找到一个可以正常工作的例子。

首先，为了能够登陆，你需要将用户名和密码发送POST请求到“/ token”（或者你设置的获取token的Web Api断点）。你可以很容易地使用jQuery来做到这一点：

$.post("/token", $.param({username: "the username", password: "the password"})).done(function(token){
    //save the token in local storage
    localStorage.setItem("token", token);
    //...
}).fail(handleError);

如果一切顺利，则可以将获得JWT token，然后你可以将其保存在某个位置，通常在Web应用程序中，我们将它保存到 local storage 中。在移动设备上则取决于你使用的平台，但它们都具有允许你保存token的功能（例如Android的SharedPreferences）。

对于上一节中的身份验证中间件，接受JWT token并将其转换为可以在控制器操作中访问的User，则该请求必须具有 Authorization header。header的值应该是“Bearer ”，然后是JWT token，例如：

Authorization: Bearer eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJodHRwOi8vc2NoZW1hcy54bWxzb2FwLm9yZy93cy8yMDA1LzA1L2lkZW50aXR5L2NsYWltcy9uYW1l...

尽管你可以“手动”将授权标头添加到每个请求，但通常有自动执行的方法。例如jQuery中有一个时间可以允许你在发送请求之前做一些操作，例如在这里检查是否存在 token，如果有就加到Authentication头里。

$.ajaxSetup({
    beforeSend: function(xhr) {
        if (localStorage.getItem("token") !== null) {
            xhr.setRequestHeader('Authorization', 'Bearer ' + localStorage.getItem("token"));
        }
    }
});

如果你使用其他框架，也有类似的机制，例如Angular有HttpInterceptors。

最后，你只需要从本地存储中删除token即可注销：

localStorage.removeItem("token")

需要注意的一件事情是，如果客户端执行的操作需要用户进行身份验证，并且请求中没有（有效）授权标头，则服务器将返回带有401状态码的响应。该响应还将具有WWW-Authenticate:Bearer header。如果你收到这样的响应，则你可以通知用户需要验证身份。

全文完

原文出自Rui Figueiredo的博客，原文链接《Secure a Web Api in ASP.NET Core》

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