ASP.Net Core3.0中使用JWT认证的实现
JWT认证简单介绍
关于Jwt的介绍网上很多，此处不在赘述，我们主要看看jwt的结构。
JWT主要由三部分组成，如下：
HEADER.PAYLOAD.SIGNATURE
HEADER 包含token的元数据，主要是加密算法，和签名的类型，如下面的信息，说明了
加密的对象类型是JWT，加密算法是HMAC SHA-256
{"alg":"HS256","typ":"JWT"}
然后需要通过BASE64编码后存入token中
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
Payload 主要包含一些声明信息（claim），这些声明是key-value对的数据结构。
通常如用户名，角色等信息，过期日期等，因为是未加密的，所以不建议存放敏感信息。
{"http://schemas.xmlsoap.org/ws/2005/05/identity/claims/name":"admin","exp":1578645536,"iss":"webapi.cn","aud":"WebApi"}
也需要通过BASE64编码后存入token中
eyJodHRwOi8vc2NoZW1hcy54bWxzb2FwLm9yZy93cy8yMDA1LzA1L2lkZW50aXR5L2NsYWltcy9uYW1lIjoiYWRtaW4iLCJleHAiOjE1Nzg2NDU1MzYsImlzcyI6IndlYmFwaS5jbiIsImF1ZCI6IldlYkFwaSJ9
Signature jwt要符合jws(Json Web Signature)的标准生成一个最终的签名。把编码后的Header和Payload信息加在一起，然后使用一个强加密算法，如 HmacSHA256，进行加密。HS256(BASE64(Header).Base64(Payload)，secret)
2_akEH40LR2QWekgjm8Tt3lesSbKtDethmJMo_3jpF4
最后生成的token如下
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJodHRwOi8vc2NoZW1hcy54bWxzb2FwLm9yZy93cy8yMDA1LzA1L2lkZW50aXR5L2NsYWltcy9uYW1lIjoiYWRtaW4iLCJleHAiOjE1Nzg2NDU1MzYsImlzcyI6IndlYmFwaS5jbiIsImF1ZCI6IldlYkFwaSJ9.2_akEH40LR2QWekgjm8Tt3lesSbKtDethmJMo_3jpF4
开发环境
框架：asp.net 3.1
IDE：VS2019
ASP.NET 3.1 Webapi中使用JWT认证
命令行中执行执行以下命令，创建webapix项目：
dotnet new webapi -n Webapi -o WebApi
特别注意的时，3.x默认是没有jwt的Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer库的，所以需要手动添加NuGet Package，切换到项目所在目录，执行 .net cli命令
dotnet add package Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer --version 3.1.0
创建一个简单的POCO类，用来存储签发或者验证jwt时用到的信息
using Newtonsoft.Json;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Threading.Tasks;
namespace Webapi.Models
{
public class TokenManagement
{
[JsonProperty("secret")]
public string Secret { get; set; }
[JsonProperty("issuer")]
public string Issuer { get; set; }
[JsonProperty("audience")]
public string Audience { get; set; }
[JsonProperty("accessExpiration")]
public int AccessExpiration { get; set; }
[JsonProperty("refreshExpiration")]
public int RefreshExpiration { get; set; }
}
}
然后在 appsettings.Development.json 增加jwt使用到的配置信息（如果是生成环境在 appsettings.json 添加即可）
"tokenManagement": {
"secret": "123456",
"issuer": "webapi.cn",
"audience": "WebApi",
"accessExpiration": 30,
"refreshExpiration": 60
}
然后再startup类的ConfigureServices方法中增加读取配置信息
public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
services.AddControllers();
services.Configure<TokenManagement>(Configuration.GetSection("tokenManagement"));
var token = Configuration.GetSection("tokenManagement").Get<TokenManagement>();
}
到目前为止，我们完成了一些基础工作，下面再webapi中注入jwt的验证服务，并在中间件管道中启用authentication中间件。
startup类中要引用jwt验证服务的命名空间
using Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer;
using Microsoft.IdentityModel.Tokens;
然后在 ConfigureServices 方法中添加如下逻辑
services.AddAuthentication(x =>
{
x.DefaultAuthenticateScheme = JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme;
x.DefaultChallengeScheme = JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme;
}).AddJwtBearer(x =>
{
x.RequireHttpsMetadata = false;
x.SaveToken = true;
x.TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
{
ValidateIssuerSigningKey = true,
IssuerSigningKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(token.Secret)),
ValidIssuer = token.Issuer,
ValidAudience = token.Audience,
ValidateIssuer = false,
ValidateAudience = false
};
});
再 Configure 方法中启用验证
public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
{
if (env.IsDevelopment())
{
app.UseDeveloperExceptionPage();
}
app.UseHttpsRedirection();
app.UseAuthentication();
app.UseRouting();
app.UseAuthorization();
app.UseEndpoints(endpoints =>
{
endpoints.MapControllers();
});
}
上面完成了JWT验证的功能，下面就需要增加签发token的逻辑。我们需要增加一个专门用来用户认证和签发token的控制器，命名成 AuthenticationController ，同时增加一个请求的DTO类
public class LoginRequestDTO
{
[Required]
[JsonProperty("username")]
public string Username { get; set; }
[Required]
[JsonProperty("password")]
public string Password { get; set; }
}
[Route("api/[controller]")]
[ApiController]
public class AuthenticationController : ControllerBase
{
[AllowAnonymous]
[HttpPost, Route("requestToken")]
public ActionResult RequestToken([FromBody] LoginRequestDTO request)
{
if (!ModelState.IsValid)
{
return BadRequest("Invalid Request");
}
return Ok();
}
}
目前上面的控制器只实现了基本的逻辑，下面我们要创建签发token的服务，去完成具体的业务。第一步我们先创建对应的服务接口，命名为 IAuthenticateService
public interface IAuthenticateService
{
bool IsAuthenticated(LoginRequestDTO request, out string token);
}
接下来，实现接口
public class TokenAuthenticationService : IAuthenticateService
{
public bool IsAuthenticated(LoginRequestDTO request, out string token)
{
throw new NotImplementedException();
}
}
在 Startup 的 ConfigureServices 方法中注册服务
services.AddScoped<IAuthenticateService, TokenAuthenticationService>();
在Controller中注入IAuthenticateService服务，并完善action
public class AuthenticationController : ControllerBase
{
private readonly IAuthenticateService _authService;
public AuthenticationController(IAuthenticateService authService)
{
this._authService = authService;
}
[AllowAnonymous]
[HttpPost, Route("requestToken")]
public ActionResult RequestToken([FromBody] LoginRequestDTO request)
{
if (!ModelState.IsValid)
{
return BadRequest("Invalid Request");
}
string token;
if (_authService.IsAuthenticated(request, out token))
{
return Ok(token);
}
return BadRequest("Invalid Request");
}
}
正常情况，我们都会根据请求的用户和密码去验证用户是否合法，需要连接到数据库获取数据进行校验，我们这里为了方便，假设任何请求的用户都是合法的。
这里单独加个用户管理的服务，不在IAuthenticateService这个服务里面添加相应逻辑，主要遵循了 职责单一原则 。首先和上面一样，创建一个服务接口 IUserService
public interface IUserService
{
bool IsValid(LoginRequestDTO req);
}
实现 IUserService 接口
public class UserService : IUserService
{
//模拟测试，默认都是人为验证有效
public bool IsValid(LoginRequestDTO req)
{
return true;
}
}
同样注册到容器中
services.AddScoped<IUserService, UserService>();
接下来，就要完善TokenAuthenticationService签发token的逻辑，首先要注入IUserService 和 TokenManagement，然后实现具体的业务逻辑，这个token的生成还是使用的Jwt的类库提供的api，具体不详细描述。
特别注意下TokenManagement的注入是已IOptions的接口类型注入的，还记得在Startpup中吗？我们是通过配置项的方式注册TokenManagement类型的。
public class TokenAuthenticationService : IAuthenticateService
{
private readonly IUserService _userService;
private readonly TokenManagement _tokenManagement;
public TokenAuthenticationService(IUserService userService, IOptions<TokenManagement> tokenManagement)
{
_userService = userService;
_tokenManagement = tokenManagement.Value;
}
public bool IsAuthenticated(LoginRequestDTO request, out string token)
{
token = string.Empty;
if (!_userService.IsValid(request))
return false;
var claims = new[]
{
new Claim(ClaimTypes.Name,request.Username)
};
var key = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes(_tokenManagement.Secret));
var credentials = new SigningCredentials(key, SecurityAlgorithms.HmacSha256);
var jwtToken = new JwtSecurityToken(_tokenManagement.Issuer, _tokenManagement.Audience, claims, expires: DateTime.Now.AddMinutes(_tokenManagement.AccessExpiration), signingCredentials: credentials);
token = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwtToken);
return true;
}
}
准备好测试试用的APi，打上Authorize特性，表明需要授权！
[ApiController]
[Route("[controller]")]
[Authorize]
public class WeatherForecastController : ControllerBase
{
private static readonly string[] Summaries = new[]
{
"Freezing", "Bracing", "Chilly", "Cool", "Mild", "Warm", "Balmy", "Hot", "Sweltering", "Scorching"
};
private readonly ILogger<WeatherForecastController> _logger;
public WeatherForecastController(ILogger<WeatherForecastController> logger)
{
_logger = logger;
}
[HttpGet]
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();
}
}
支持我们可以测试验证了，我们可以使用postman来进行http请求，先启动http服务，获取url，先测试一个访问需要授权的接口，但没有携带token信息，返回是401，表示未授权
下面我们先通过认证接口，获取token，居然报错，查询了下，发现HS256算法的秘钥长度最新为128位，转换成字符至少16字符，之前设置的秘钥是123456，所以导致异常。
System.ArgumentOutOfRangeException: IDX10603: Decryption failed. Keys tried: 'HS256'. Exceptions caught: '128'. token: '48' (Parameter 'KeySize') at
更新秘钥
"tokenManagement": {
"secret": "123456123456123456",
"issuer": "webapi.cn",
"audience": "WebApi",
"accessExpiration": 30,
"refreshExpiration": 60
}
重新发起请求，成功获取token
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJodHRwOi8vc2NoZW1hcy54bWxzb2FwLm9yZy93cy8yMDA1LzA1L2lkZW50aXR5L2NsYWltcy9uYW1lIjoiYWRtaW4iLCJleHAiOjE1Nzg2NDUyMDMsImlzcyI6IndlYmFwaS5jbiIsImF1ZCI6IldlYkFwaSJ9.AehD8WTAnEtklof2OJsvg0U4_o8_SjdxmwUjzAiuI-o
把token带到之前请求的api中，重新测试，成功获取数据
总结
基于token的认证方式，让我们构建分布式/松耦合的系统更加容易。任何地方生成的token，只有拥有相同秘钥，就可以再任何地方进行签名校验。
当然要用好jwt认证方式，还有其他安全细节需要处理，比如palyload中不能存放敏感信息，使用https的加密传输方式等等，可以根据业务实际需要再进一步安全加固！
同时我们也发现使用token，就可以摆脱cookie的限制，所以JWT是移动app开发的首选！
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