.Net Core官方的 JWT 授权验证

什么是JWT？

JSON Web令牌（JWT）是一个开放标准（RFC 7519），它定义了一种紧凑且自包含的方式，用于在各方之间安全地传输信息作为JSON对象。由于此信息是经过数字签名的，因此可以被验证和信任。可以使用秘密（使用HMAC算法）或使用RSA或ECDSA的公钥/私钥对对JWT进行签名。

尽管可以对JWT进行加密以提供双方之间的保密性，但我们将重点关注已签名的令牌。签名的令牌可以验证其中包含的声明的完整性，而加密的令牌则将这些声明隐藏在其他方的面前。当使用公钥/私钥对对令牌进行签名时，签名还证明只有持有私钥的一方才是对其进行签名的一方。由于缺乏安全性，所以不能把如密码等敏感信息放在令牌中。

什么时候应该使用JWT？

以下是JSON Web令牌有用的一些情况：

• 授权：这是使用JWT的最常见方案。一旦用户登录，每个后续请求将包括JWT，从而允许用户访问该令牌允许的路由，服务和资源。单一登录是当今广泛使用JWT的一项功能，因为它的开销很小并且可以在不同的域中轻松使用。

• 信息交换：JSON Web令牌是在各方之间安全传输信息的好方法。因为可以对JWT进行签名（例如，使用公钥/私钥对），所以您可以确定发件人是他们所说的人。此外，由于签名是使用标头和有效负载计算的，因此您还可以验证内容是否未被篡改。

JWT结构是什么？

JSON Web令牌以紧凑的形式由三部分组成，这些部分由点（.）分隔，分别是：

• 标头
• 有效载荷
• 签名

因此，JWT通常如下所示。

xxxxx.yyyyy.zzzzz

标头：通常由两部分组成，令牌类型和使用的签名算法。

{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}

有效载荷：有三种说明类型，预定义声明、公共声明和私有声明。声明名称仅是三个字符，因为JWT是紧凑的

• 预定义声明：包括iss（发出者）， exp（到期时间）， sub（主题）， aud（受众）等，是推荐的但是不是强制的可以没有。
• 公共声明：公共声明，这个部分可以随便定义，但是要注意和 IANA JSON Web Token 冲突。
• 私有声明：这个部分是共享被认定信息中自定义部分。

签名：要创建签名部分，您必须获取编码的标头，编码的有效负载，机密，标头中指定的算法，并对其进行签名。

例如，如果要使用HMAC SHA256算法，则将通过以下方式创建签名：

HMACSHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." +
  base64UrlEncode(payload),
  secret)

签名用于验证消息在此过程中没有更改，并且对于使用私钥进行签名的令牌，它还可以验证JWT的发送者是它所说的真实身份。

组合在一起如下为输出是三个由点分隔的Base64-URL字符串：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.
eyJpc3MiOiJodHRwOi8vbG9jYWxob3N0OjUyMDAiLCJhdWQiOlsiYXBpIiwiYXBpIl0sIkd1aWQiOiIzM2NhZmJkNS1jZWEyLTRjOWMtYWZlYS01MDYyZjM3YWUyOTAiLCJodHRwOi8vc2NoZW1hcy5taWNyb3NvZnQuY29tL3dzLzIwMDgvMDYvaWRlbnRpdHkvY2xhaW1zL3JvbGUiOlsic3lzdGVtIiwiYWRtaW4iXSwiZXhwIjoxNjA2NjU2NjI0fQ.
JvDHuowbOnWiyxMIFc9gG5rw1LSSc0xx68L31oRfxS0

如何使用JWT

每当用户想要访问受保护的路由或资源时，用户代理都应发送JWT，通常使用承载模式在Authorization标头中发送JWT 。标头的内容应如下所示：

Authorization: Bearer <token>

在某些情况下，这可以是无状态授权机制。服务器的受保护路由将在Authorization标头中检查有效的JWT ，如果存在，则将允许用户访问受保护的资源。如果JWT包含必要的数据，则可以减少查询数据库中某些操作的需求，尽管这种情况并非总是如此。

如果令牌是在Authorization标头中发送的，则跨域资源共享（CORS）不会成为问题，因为它不使用cookie。

下图显示了如何获取JWT并将其用于访问API或资源：

1. 应用程序或客户端向授权服务器请求授权。这是通过不同的授权流程之一执行的。例如，典型的符合OpenID Connect的Web应用程序将/oauth/authorize使用授权代码流通过端点。
2. 授予授权后，授权服务器会将访问令牌返回给应用程序。
3. 该应用程序使用访问令牌来访问受保护的资源（例如API）。

请注意，使用签名的令牌，令牌中包含的所有信息都会暴露给用户或其他方，即使他们无法更改它。这意味着您不应将机密信息放入令牌中。

.net core的JWT验证授权

我们直接新建一个.net core webapi的项目，我这里版本是3.1的

1. 先使用nuget安装：Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer。注意版本和.net core版本的兼容。net5的支持5.0.0+的版本，否则就用对应可以用的低版本吧。

2. 在appsettings.json配置文件中写好我们的 JWT 的配置参数如下：

  "Jwt": {
    "Secret": "your-256-bit-secret",
    "Iss": "https://localhost:44355",
    "Aud": "api"
  }

3. 在Startup.cs的ConfigureServices方法中添加授权认证如下：

var jwtConfig = Configuration.GetSection("Jwt");
//生成密钥
var symmetricKeyAsBase64 = jwtConfig.GetValue<string>("Secret");
var keyByteArray = Encoding.ASCII.GetBytes(symmetricKeyAsBase64);
var signingKey = new SymmetricSecurityKey(keyByteArray);
//认证参数
services.AddAuthentication("Bearer")
    .AddJwtBearer(o =>
    {
        o.TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
        {
            ValidateIssuerSigningKey = true,//是否验证签名,不验证的画可以篡改数据，不安全
            IssuerSigningKey = signingKey,//解密的密钥
            ValidateIssuer = true,//是否验证发行人，就是验证载荷中的Iss是否对应ValidIssuer参数
            ValidIssuer = jwtConfig.GetValue<string>("Iss"),//发行人
            ValidateAudience = true,//是否验证订阅人，就是验证载荷中的Aud是否对应ValidAudience参数
            ValidAudience = jwtConfig.GetValue<string>("Aud"),//订阅人
            ValidateLifetime = true,//是否验证过期时间，过期了就拒绝访问
            ClockSkew = TimeSpan.Zero,//这个是缓冲过期时间，也就是说，即使我们配置了过期时间，这里也要考虑进去，过期时间+缓冲，默认好像是7分钟，你可以直接设置为0
            RequireExpirationTime = true,
        };
    });

在Configure方法中添加 app.UseAuthentication() 和 app.UseAuthorization() 注意位置需要放置的位置：

public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
{
    if (env.IsDevelopment()){app.UseDeveloperExceptionPage();}
    app.UseHttpsRedirection();
    app.UseRouting();
    app.UseAuthentication();
    app.UseAuthorization();
    app.UseEndpoints(endpoints =>{ endpoints.MapControllers();});
}

4. 生成jwt令牌，在默认生成的控制器 WeatherForecastController 中添加如下生成令牌的方法：

[HttpPost]
public IActionResult Authenticate()
{
    var jwtConfig = Configuration.GetSection("Jwt");
    //秘钥，就是标头，这里用Hmacsha256算法，需要256bit的密钥
    var securityKey = new SigningCredentials(new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(jwtConfig.GetValue<string>("Secret"))), SecurityAlgorithms.HmacSha256);
    //Claim，JwtRegisteredClaimNames中预定义了好多种默认的参数名，也可以像下面的Guid一样自己定义键名.
    //ClaimTypes也预定义了好多类型如role、email、name。Role用于赋予权限，不同的角色可以访问不同的接口
    //相当于有效载荷
    var claims = new Claim[] {
                new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Iss,jwtConfig.GetValue<string>("Iss")),
                new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Aud,jwtConfig.GetValue<string>("Aud")),
                new Claim("Guid",Guid.NewGuid().ToString("D")),
                new Claim(ClaimTypes.Role,"system"),
                new Claim(ClaimTypes.Role,"admin"),
    };
    SecurityToken securityToken = new JwtSecurityToken(
        signingCredentials: securityKey,
        expires: DateTime.Now.AddMinutes(2),//过期时间
        claims: claims
    );
    //生成jwt令牌
    return Content(new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(securityToken));
}

5. 使用jwt控制接口的访问，我们在一个接口上添加一个特性 [Authorize(Roles ="admin")]，表示需要有admin这个角色的jwt令牌才能访问，没有roles参数的话表示只要是可用的令牌就可以访问，多个role角色可以叠加多个特性：

[HttpGet]
[Authorize(Roles = "admin")]
[Authorize(Roles = "system")]
public IEnumerable<WeatherForecast> Get()
{
    var rng = new Random();
    return Enumerable.Range(1, 5).Select(index => new WeatherForecast
    {
        Date = DateTime.Now.AddDays(index),
        TemperatureC = rng.Next(-20, 55),
        Summary = Summaries[rng.Next(Summaries.Length)]
    })
    .ToArray();
}

6.测试,然后我们用postman就可以测试了，可以看到非常成功有数据。

进阶

认证的时候可以添加事件，如下面的认证失败事件、接收参数事件可以获取url上的参数作为令牌而不是通过http的请求头的Authorization。

services.AddAuthentication("Bearer")
    .AddJwtBearer(o =>
    {
        o.Events = new JwtBearerEvents()
        {
            OnMessageReceived = context =>
            {
                context.Token = context.Request.Query["access_token"];
                return Task.CompletedTask;
            },
            OnAuthenticationFailed = context =>
            {
                // 如果过期，则把<是否过期>添加到，返回头信息中
                if (context.Exception.GetType() == typeof(SecurityTokenExpiredException))
                {
                    context.Response.Headers.Add("Token-Expired", "true");
                }
                return Task.CompletedTask;
            }
        };
    });