Identity（四）

本文摘自：ASP.NET MVC 随想录——探索ASP.NET Identity 身份验证和基于角色的授权，中级篇

探索身份验证与授权

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在这一小节中，我将阐述和证明ASP.NET 身份验证和授权的工作原理和运行机制，然后介绍怎样使用Katana Middleware 和 ASP.NET Identity 进行身份验证。

1. 理解ASP.NET 表单身份验证与授权机制

谈到身份验证，我们接触的最多的可能就是表单身份验证（Form-based Authentication）。为了更好的去理解ASP.NET 表单身份验证与授权机制，我搬出几年前的一张旧图，表示HttpApplication 19个事件，它们分别在HttpModule 中被注册，这又被称为ASP.NET 管道（Pipeline）事件。通俗的讲，当请求到达服务器时，ASP.NET 运行时会依次触发这些事件：

身份验证故名思义，验证的是用户提供的凭据（Credentials）。一旦验证通过，将产生唯一的Cookie标识并输出到浏览器。来自浏览器的下一次请求将包含此Cookie，对于ASP.NET 应用程序，我们熟知的FormsAuthenticationModule会对HttpApplication 的管道（Pipeline）事件AuthenticateRequest 进行注册，当请求经过ASP.NET Pipeline时，由ASP.NET Runtime 触发它，在该事件中，它会验证并解析该Cookie为对应的用户对象，它是一个实现了 IPrincipal接口的对象。PostAuthenticateRequest 事件在AuthenticateRequest 事件之后触发，表示用户身份已经检查完成 ，检查后的用户可以通过HttpContext的User属性获取并且HttpContext.User.Identity.IsAuthenticated属性为True。

如果将身份验证看作是"开门"的话，主人邀请你进屋，但这并不意味着你可以进入到卧室或者书房，可能你的活动场所仅限书房——这就是授权。在PostAuthenticateRequest事件触发过后，会触发AuthorizeRequest 事件，它在UrlAuthorizationModule 中被注册（题外插一句：UrlAuthorizationModule 以及上面提到的FormsAuthenticationModule你可以在IIS 级别的.config文件中找到，这也是ASP.NET 和 IIS紧耦合关系的体现）。在该事件中，请求的URL会依据web.config中的authorization 配置节点进行授权，如下所示授予Kim以及所有Role为Administrator的成员具有访问权限，并且拒绝John以及匿名用户访问。

<authorization>
   <allow users="Kim"/>
   <allow roles="Administrator"/>
   <deny users="John"/>
   <deny users="?"/> 
</authorization>

通过身份验证和授权，我们可以对应用程序敏感的区域进行受限访问，这确保了数据的安全性。

2.使用Katana进行身份验证

到目前为止，你可能已经对OWIN、Katana 、 Middleware 有了基本的了解，如果不清楚的话，请移步到此浏览。

使用Katana，你可以选择几种不同类型的身份验证方式，我们可以通过Nuget来安装如下类型的身份验证：

• 表单身份验证
• 社交身份验证（Twitter、Facebook、Google、Microsoft Account…）
• Windows Azure
• Active Directory
• OpenID

其中又以表单身份验证用的最为广泛，正如上面提到的那样，传统ASP.NET MVC 、Web Form 的表单身份验证实际由FormsAuthenticationModule 处理，而Katana重写了表单身份验证，所以有必要比较一下传统ASP.NET MVC & Web Form 下表单身份验证与OWIN下表单身份验证的区别：

Features	ASP.NET MVC & Web Form Form Authentication	OWIN Form Authentication
Cookie Authentication	√	√
Cookieless Authentication	√	×
Expiration	√	√
Sliding Expiration	√	√
Token Protection	√	√
Claims Support	×	√
Unauthorized Redirection	√	√

从上表对比可以看出，Katana几乎实现了传统表单身份验证所有的功能，那我们怎么去使用它呢？还是像传统那样在web.config中指定吗？

非也非也，Katana 完全抛弃了FormsAuthenticationModule，实际上是通过Middleware来实现身份验证。默认情况下，Middleware在HttpApplication的PreRequestHandlerExecute 事件触发时链式执行，当然我们也可以将它指定在特定的阶段执行，通过使用UseStageMarker方法，我们可以在AuthenticateRequest 阶段执行Middleware 进行身份验证。

那我们要怎样去实现呢？幸运的是，Katana已经帮助我们封装好了一个扩展方法，如下所示，

app.UseCookieAuthentication(new CookieAuthenticationOptions
 {
           AuthenticationType = DefaultAuthenticationTypes.ApplicationCookie,
           LoginPath = new PathString("/Account/Login")
  }); 

app.UseCookieAuthentication 是一个扩展方法，它的内部帮我们做了如下几件事：

• 使用app.Use(typeof(CookieAuthenticationMiddleware), app, options) 方法，将CookieAuthenticationMiddleware 中间件注册到OWIN Pipeline中
• 通过app.UseStageMarker(PipelineStage.Authenticate)方法，将前面添加的CookieAuthenticationMiddleware指定在 ASP.NET 集成管道（ASP.NET integrated pipeline）的AuthenticateRequest阶段执行

当调用（Invoke）此Middleware时，将调用CreateHandler方法返回CookieAuthenticationHandler对象，它包含 AuthenticateCoreAsync方法，在这个方法中，读取并且验证Cookie，然后通过AddUserIdentity方法创建ClaimsPrincipal对象并添加到Owin环境字典中，可以通过OwinContext对象Request.User可以获取当前用户。

这是一个典型Middleware中间件使用场景，说白了就是去处理Http请求并将数据存储到OWIN环境字典中进行传递。而CookieAuthenticationMiddleware所做的事其实和FormsAuthenticationModule做的事类似。

那我们怎么产生Cookie呢？使用ASP.NET Identity 进行身份验证，如果验证通过，产生Cookie并输出到客户端浏览器， 这样一个闭环就形成了，我将在下一小节实施这一步骤。

3.使用Authorize特性进行授权

ASP.NET Identity已经集成到了ASP.NET Framework中，在ASP.NET MVC 中，我们可以使用Authorize 特性进行授权，如下代码所示：

[Authorize]
public ActionResult Index()
{
    return View();
} 

上述代码中，Index Action 已被设置了受限访问，只有身份验证通过才能访问它，如果验证不通过，返回401.0 – Unauthorized，然后请求在EndRequest 阶段被 OWIN Authentication Middleware 处理，302 重定向到/Account/Login 登录。

使用ASP.NET Identity 身份验证

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有了对身份验证和授权机制基本了解后，那么现在就该使用ASP.NET Identity 进行身份验证了。

1. 实现身份验证所需的准备工作

当我们匿名访问授权资源时，会被Redirect 到 /Account/Login 时，此时的URL结构如下：

http://localhost:60533/Account/Login?ReturnUrl=%2Fhome%2Findex

因为需要登陆，所以可以将Login 设置为允许匿名登陆，只需要在Action的上面添加 [AllowAnonymous] 特性标签，如下所示：

[AllowAnonymous]
public ActionResult Login(string returnUrl)
{
    //如果登录用户已经Authenticated，提示请勿重复登录
    if (HttpContext.User.Identity.IsAuthenticated)
    {
        return View("Error", new string[] {"您已经登录！"});
    }
    ViewBag.returnUrl = returnUrl;
    return View();
} 

注意，在这儿我将ReturnUrl 存储了起来，ReturnUrl 顾名思义，当登录成功后，重定向到最初的地址，这样提高了用户体验。

由于篇幅的限制，Login View 我不将代码贴出来了，事实上它也非常简单，包含如下内容:

• 用户名文本框
• 密码框
• 存储ReturnUrl的隐藏域
• @Html.AntiForgeryToken()，用来防止CSRF跨站请求伪造

2.添加用户并实现身份验证

当输入了凭据之后，POST Form 表单到/Account/Login 下，具体代码如下：

[HttpPost]
[AllowAnonymous]
[ValidateAntiForgeryToken]
public async Task<ActionResult> Login(LoginModel model,string returnUrl)
{
    if (ModelState.IsValid)
    {
        AppUser user = await UserManager.FindAsync(model.Name, model.Password);
        if (user==null)
        {
            ModelState.AddModelError("","无效的用户名或密码");
        }
        else
        {
            var claimsIdentity =
                await UserManager.CreateIdentityAsync(user, DefaultAuthenticationTypes.ApplicationCookie);
            AuthManager.SignOut();
            AuthManager.SignIn(new AuthenticationProperties {IsPersistent = false}, claimsIdentity);
            return Redirect(returnUrl);
        }
    }
    ViewBag.returnUrl = returnUrl;
 
    return View(model);
} 

上述代码中，首先使用 ASP.NET Identity 来验证用户凭据，这是通过 AppUserManager 对象的FindAsync 方法来实现，如果你不了解ASP.NET Identity 基本API ，请参考这篇文章

AppUser user = await UserManager.FindAsync(model.Name, model.Password); 

FindAsync 方法接受两个参数，分别是用户名和密码，如果查找到，则返回AppUser 对象，否则返回NULL。

如果FindAsync 方法返回AppUser 对象，那么接下来就是创建Cookie 并输出到客户端浏览器，这样浏览器的下一次请求就会带着这个Cookie，当请求经过AuthenticateRequest 阶段时，读取并解析Cookie。也就是说Cookie 就是我们的令牌， Cookie如本人，我们不必再进行用户名和密码的验证了。

使用ASP.NET Identity 产生Cookie 其实很简单，就3行代码，如下所示：

var claimsIdentity =await UserManager.CreateIdentityAsync(user, DefaultAuthenticationTypes.ApplicationCookie);
AuthManager.SignOut();
AuthManager.SignIn(new AuthenticationProperties {IsPersistent = false}, claimsIdentity); 

对代码稍作分析，第一步创建了用来代表当前登录用户的ClaimsIdentity 对象，ClaimsIndentity 是 ASP.NET Identity 中的类，它实现了IIdentity 接口。

ClaimsIdentity 对象实际上由AppUserManager 对象的CreateIdentityAsync 方法创建，它需要接受一个AppUser 对象和身份验证类型，在这儿选择ApplicationCookie。

接下来，就是让已存在的Cookie 失效，并产生新Cookie。我预先定义了一个AuthManager 属性，它是IAuthenticationManager 类型的对象，用来做一些通用的身份验证操作。它 包含如下重要的操作：

• SignIn(options，identity) 故名思意登录，用来产生身份验证过后的Cookie
• SignOut() 故名思意登出，让已存在的Cookie 失效

SignIn 需要接受两个参数，AuthenticationProperties 对象和ClaimsIdentity 对象，AuthticationProperties 有众多属性，我在这儿只设置IsPersistent=true ，意味着Authentication Session 被持久化保存，当开启新Session 时，该用户不必重新验证了。

最后，重定向到ReturnUrl:

return Redirect(returnUrl); 

使用角色进行授权

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在前一小节中，使用了Authorize 特性对指定区域进行受限访问，只有被身份验证通过后才能继续访问。在这一小节将更细粒度进行授权操作，在ASP.NET MVC Framework 中，Authorize 往往结合User 或者 Role 属性进行更小粒度的授权操作，正如如下代码所示：

[Authorize(Roles = "Administrator")]
public class RoleController : Controller
{
} 

1.使用ASP.NET Identity 管理角色

对Authorize 有了基本的了解之后，将关注点转移到角色Role的管理上来。ASP.NET Identity 提供了一个名为RoleManager<T> 强类型基类用来访问和管理角色，其中T 实现了IRole 接口，IRole 接口包含了持久化Role 最基础的字段（Id和Name）。

Entity Framework 提供了名为IdentityRole 的类，它实现了IRole 接口，所以它不仅包含Id、Name属性，还增加了一个集合属性Users。IdentityRole重要的属性如下所示：

Id	定义了Role 唯一的Id
Name	定义了Role的名称
Users	返回隶属于Role的所有成员

我不想在应用程序中直接使用IdentityRole，因为我们还可能要去扩展其他字段，故定义一个名为AppRole的类，就像AppUser那样，它继承自IdentityRole：

public class AppRole:IdentityRole
{
    public AppRole() : base() { }
    public AppRole(string name) : base(name) { }
    // 在此添加额外属性
} 

同时，再定义一个AppRoleManager 类，如同AppUserManager 一样，它继承RoleManager<T>，提供了检索和持久化Role的基本方法:

public class AppRoleManager:RoleManager<AppRole>
{
    public AppRoleManager(RoleStore<AppRole> store):base(store)
    {
    }
 
    public static AppRoleManager Create(IdentityFactoryOptions<AppRoleManager> options, IOwinContext context)
    {
        return new AppRoleManager(new RoleStore<AppRole>(context.Get<AppIdentityDbContext>()));
    }
} 

最后，别忘了在OWIN Startup类中初始化该实例，它将存储在OWIN上下文环境字典中，贯穿了每一次HTTP请求:

app.CreatePerOwinContext(AppIdentityDbContext.Create);
app.CreatePerOwinContext<AppUserManager>(AppUserManager.Create);
app.CreatePerOwinContext<AppRoleManager>(AppRoleManager.Create); 

2.创建和删除角色

使用ASP.NET Identity 创建和删除角色很简单，通过从OWIN 上下文中获取到AppRoleManager，然后Create 或者 Delete，如下所示：

[HttpPost]
public async Task<ActionResult> Create(string name)
{
    if (ModelState.IsValid)
    {
        IdentityResult result = await RoleManager.CreateAsync(new AppRole(name));
        if (result.Succeeded)
        {
            return RedirectToAction("Index");
        }
        else
        {
            AddErrorsFromResult(result);
        }
    }
    return View(name);
}
 
[HttpPost]
public async Task<ActionResult> Delete(string id)
{
    AppRole role = await RoleManager.FindByIdAsync(id);
    if (role != null)
    {
        IdentityResult result = await RoleManager.DeleteAsync(role);
        if (result.Succeeded)
        {
            return RedirectToAction("Index");
        }
        else
        {
            return View("Error", result.Errors);
        }
    }
    else
    {
        return View("Error", new string[] { "无法找到该Role" });
    }
}

3.管理角色 MemberShip

要对用户授权，除了创建和删除角色之外，还需要对角色的MemberShip 进行管理，即通过Add /Remove 操作，可以向用户添加/删除角色。

为此，我添加了两个ViewModel，RoleEditModel和RoleModificationModel，分别代表编辑时展示字段和表单 Post时传递到后台的字段：

public class RoleEditModel
{
    public AppRole Role { get; set; }
    public IEnumerable<AppUser> Members { get; set; }
    public IEnumerable<AppUser> NonMembers { get; set; }
}
public class RoleModificationModel
{
    public string RoleName { get; set; }
    public string[] IDsToAdd { get; set; }
    public string[] IDsToDelete { get; set; }
} 

在对角色进行编辑时，获取所有隶属于Role的成员和非隶属于Role的成员：

/// <summary>
/// 编辑操作，获取所有隶属于此Role的成员和非隶属于此Role的成员
/// </summary>
/// <param name="id"></param>
/// <returns></returns>
public async Task<ActionResult> Edit(string id)
{
    AppRole role = await RoleManager.FindByIdAsync(id);
    string[] memberIDs = role.Users.Select(x => x.UserId).ToArray();
    IEnumerable<AppUser> members = UserManager.Users.Where(x => memberIDs.Any(y => y == x.Id));
    IEnumerable<AppUser> nonMembers = UserManager.Users.Except(members);
    return View(new RoleEditModel()
    {
        Role = role,
        Members = members,
        NonMembers = nonMembers
    });
} 

最终呈现的视图如下所示：

当点击保存，提交表单时，通过模型绑定，将数据Post 到Edit Action，实现了对角色的MemberShip 进行管理，即通过Add /Remove 操作，可以向用户添加/删除角色。

，如下所示：

[HttpPost]
public async Task<ActionResult> Edit(RoleModificationModel model)
{
    IdentityResult result;
    if (ModelState.IsValid)
    {
        foreach (string userId in model.IDsToAdd??new string[] {})
        {
            result = await UserManager.AddToRoleAsync(userId, model.RoleName);
            if (!result.Succeeded)
            {
                return View("Error", result.Errors);
            }
        }
        foreach (var userId in model.IDsToDelete??new string[] {})
        {
            result = await UserManager.RemoveFromRoleAsync(userId, model.RoleName);
            if (!result.Succeeded)
            {
                return View("Error", result.Errors);
            }
        }
        return RedirectToAction("Index");
    }
    return View("Error",new string[] {"无法找到此角色"});
} 

在上述代码中，你可能注意到了UserManager 类，它包含了若干与角色相关的操作方法：

AddToRoleAsync(string userId,string role)	添加用户到指定的角色中
GetRolesAsync(string userId)	获取User对应的角色列表
IsInRoleAsync(string userId,string role)	判断用户是否隶属于指定的角色
RemoveFromRoleAsync(string userId,string role)	将用户从指定角色中排除

初始化数据，Seeding 数据库

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在上一小节中，通过Authorize 标签将Role 控制器受限访问，只有Role=Administrator的用户才能访问和操作。

[Authorize(Roles = "Administrator")]
public class RoleController : Controller
{
} 

但当我们的应用程序部署到新环境时，是没有具体的用户数据的，这就导致我们无法访问Role Controller。这是一个典型的 "鸡生蛋还是蛋生鸡"问题。

要解决这个问题，我们一般是在数据库中内置一个管理员角色，这也是我们熟知的超级管理员角色。通过Entity Framework Seed，我们可以轻松实现数据的初始化：

public class IdentityDbInit
    : DropCreateDatabaseIfModelChanges<AppIdentityDbContext>
{
    protected override void Seed(AppIdentityDbContext context)
    {
        PerformInitialSetup(context);
        base.Seed(context);
    }
 
    public void PerformInitialSetup(AppIdentityDbContext context)
    {
        // 初始化
        AppUserManager userMgr = new AppUserManager(new UserStore<AppUser>(context));
        AppRoleManager roleMgr = new AppRoleManager(new RoleStore<AppRole>(context));
 
        string roleName = "Administrators";
        string userName = "Admin";
        string password = "Password2015";
        string email = "[e-mail]";
 
        if (!roleMgr.RoleExists(roleName))
        {
            roleMgr.Create(new AppRole(roleName));
        }
 
        AppUser user = userMgr.FindByName(userName);
        if (user == null)
        {
            userMgr.Create(new AppUser { UserName = userName, Email = email },
                password);
            user = userMgr.FindByName(userName);
        }
 
        if (!userMgr.IsInRole(user.Id, roleName))
        {
            userMgr.AddToRole(user.Id, roleName);
        }
    }
} 

在这儿实例化了AppUserManager和AppRoleManager实例，这是因为PerformInitialSetup 方法比OWIN 配置先执行。

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小结

在这篇文章中，探索了使用ASP.NET Identity 进行身份验证以及联合ASP.NET MVC 基于角色的授权。最后实现了对角色的管理。在下一篇文章中，继续ASP.NET Identity之旅，探索ASP.NET Identity 的高级应用——基于声明的授权。