浅谈ASP.NET Core 中jwt授权认证的流程原理

1，快速实现授权验证

什么是 JWT ？为什么要用 JWT ？JWT 的组成？

这些百度可以直接找到，这里不再赘述。

实际上，只需要知道 JWT 认证模式是使用一段 Token 作为认证依据的手段。

我们看一下 Postman 设置 Token 的位置。

那么，如何使用 C# 的 HttpClient 访问一个 JWT 认证的 WebAPI 呢？

下面来创建一个 ASP.NET Core 项目，尝试添加 JWT 验证功能。

1.1 添加 JWT 服务配置

在 Startup.cs 的 ConfigureServices 方法中，添加一个服务

// 设置验证方式为 Bearer Token
 // 你也可以添加 using Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer;
 // 使用 JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme 代替 字符串 "Brearer"
 services.AddAuthentication("Bearer")
  .AddJwtBearer(options =>
  {
   options.TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
   {
    ValidateIssuerSigningKey = true,
    IssuerSigningKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes("abcdABCD1234abcdABCD1234")), // 加密解密Token的密钥

    // 是否验证发布者
    ValidateIssuer = true,
    // 发布者名称
    ValidIssuer = "server",

    // 是否验证订阅者
    // 订阅者名称
    ValidateAudience = true,
    ValidAudience = "client007",

    // 是否验证令牌有效期
    ValidateLifetime = true,
    // 每次颁发令牌，令牌有效时间
    ClockSkew = TimeSpan.FromMinutes(120)
   };
  });

修改 Configure 中的中间件

app.UseHttpsRedirection();
app.UseRouting();
app.UseAuthentication();  // 注意这里
app.UseAuthorization();

就是这么简单，通过以上设置，要求验证请求是否有权限。

1.2 颁发 Token

颁发的 Token ，ASP.NET Core 不会保存。

ASP.NET Core 启用了 Token 认证，你随便将生成 Token 的代码放到不同程序的控制台，只要密钥和 Issuer 和 Audience 一致，生成的 Token 就可以登录这个 ASP.NET Core。

也就是说，可以随意创建控制台程序生成 Token，生成的 Token 完全可以登录 ASP.NET Core 程序。

至于原因，我们后面再说，

在 Program.cs 中，添加一个这样的方法

static void ConsoleToke()
{

 // 定义用户信息
 var claims = new Claim[]
 {
  new Claim(ClaimTypes.Name, "痴者工良"),
  new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Email, "[e-mail]"),
 };

 // 和 Startup 中的配置一致
 SymmetricSecurityKey key = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes("abcdABCD1234abcdABCD1234"));

 JwtSecurityToken token = new JwtSecurityToken(
  issuer: "server",
  audience: "client007",
  claims: claims,
  notBefore: DateTime.Now,
  expires: DateTime.Now.AddMinutes(30),
  signingCredentials: new SigningCredentials(key, SecurityAlgorithms.HmacSha256)
 );

 string jwtToken = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(token);
 Console.WriteLine(jwtToken);
}

Main() 中，调用此方法

public static void Main(string[] args)
 {
  ConsoleToke();
  CreateHostBuilder(args).Build().Run();
 }

1.3 添加 API访问

我们添加一个 API。

[Authorize] 特性用于标识此 Controller 或 Action 需要使用合规的 Token 才能登录。

[Authorize]
[Route("api/[controller]")]
[ApiController]
public class HomeController : ControllerBase
{
 public string Get()
 {
  Console.WriteLine(User.Claims.FirstOrDefault(x => x.Type == ClaimTypes.Name));
  return "访问成功";
 }
}

然后启动 ASP.NET Core，在 Postman 测试 访问 https://localhost/api/home。

发现报 401 (无权限)状态码，这是因为请求时不携带令牌，会导致不能访问 API。

从控制台终端复制生成的 Token 码，复制到 Postman 中，再次访问，发现响应状态码为 200，响应成功。

ASP.NET Core 自带 jwt 认证大概就是这样。

那么，ASP.NET Core 内部是如何实现的呢？又有哪些特性哪些坑呢？请往下看~

2，探究授权认证中间件

在上面的操作中，我们在管道配置了两个中间件。

app.UseAuthentication();
app.UseAuthorization();

app.UseAuthentication(); 的作用是通过 ASP.NET Core 中配置的授权认证，读取客户端中的身份标识(Cookie,Token等)并解析出来，存储到 context.User 中。

app.UseAuthorization(); 的作用是判断当前访问 Endpoint (Controller或Action)是否使用了 [Authorize]以及配置角色或策略，然后校验 Cookie 或 Token 是否有效。

使用特性设置相应通过认证才能访问，一般有以下情况。

// 不适用特性，可以直接访问
public class AController : ControllerBase
{
 public string Get() { return "666"; }
}

/// <summary>
/// 整个控制器都需要授权才能访问
/// </summary>
[Authorize]
public class BController : ControllerBase
{
 public string Get() { return "666"; }
}

public class CController : ControllerBase
{
 // 只有 Get 需要授权
 [Authorize]
 public string Get() { return "666"; }
 public string GetB() { return "666"; }
}

/// <summary>
/// 整个控制器都需要授权，但 Get 不需要
/// </summary>
[Authorize]
public class DController : ControllerBase
{
 [AllowAnonymous]
 public string Get() { return "666"; }
}

2.1 实现 Token 解析

至于 ASP.NET Core 中，app.UseAuthentication(); 和 app.UseAuthorization(); 的源代码各种使用了一个项目来写，代码比较多。要理解这两个中间件的作用，我们不妨来手动实现他们的功能。

解析出的 Token 是一个 ClaimsPrincipal 对象，将此对象给 context.User 赋值，然后在 API 中可以使用 User 实例来获取用户的信息。

在中间件中，使用下面的代码可以获取客户端请求的 Token 解析。

context.RequestServices.GetRequiredService<IAuthenticationService>().AuthenticateAsync(context, JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme);

那么，我们如何手工从原生的 Http 请求中，解析出来呢？且看我慢慢来分解步骤。

首先创建一个 TestMiddleware 文件，作为中间件使用。

public class TestMiddleware
{
 private readonly RequestDelegate _next;
 jwtSecurityTokenHandler = new JwtSecurityTokenHandler();
 public TestMiddleware(RequestDelegate next)
 {
  _next = next;
 }
 public async Task Invoke(HttpContext context)
 {
  if (context == null)
  {
   throw new ArgumentNullException(nameof(context));
  }

  // 我们写代码的区域


  // 我们写代码的区域
  await _next(context);
 }
}

2.1.1 从 Http 中获取 Token

下面代码可以中 http 请求中，取得头部的 Token 。

当然，客户端可能没有携带 Token，可能获取结果为 null ，自己加个判断。

贴到代码区域。

string tokenStr = context.Request.Headers["Authorization"].ToString();

Header 的 Authorization 键，是由 Breaer {Token}组成的字符串。

2.1.2 判断是否为有效令牌

拿到 Token 后，还需要判断这个 Token 是否有效。

因为 Authorization 是由 Breaer {Token}组成，所以我们需要去掉前面的 Brear 才能获取 Token。

/// <summary>
 /// Token是否是符合要求的标准 Json Web 令牌
 /// </summary>
 /// <param name="tokenStr"></param>
 /// <returns></returns>
 public bool IsCanReadToken(ref string tokenStr)
 {
  if (string.IsNullOrWhiteSpace(tokenStr) || tokenStr.Length < 7)
   return false;
  if (!tokenStr.Substring(0, 6).Equals(Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer.JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme))
   return false;
  tokenStr = tokenStr.Substring(7);
  bool isCan = jwtSecurityTokenHandler.CanReadToken(tokenStr);

  return isCan;
 }

获得 Token 后，通过 JwtSecurityTokenHandler.CanReadToken(tokenStr); 来判断 Token 是否符合协议规范。

将下面判断贴到代码区域。

if (!IsCanReadToken(ref tokenStr))
    return ;

2.1.3 解析 Token

下面代码可以将 Header 的 Authorization 内容转为 JwtSecurityToken 对象。

(截取字符串的方式很多种，喜欢哪个就哪个。。。)

/// <summary>
 /// 从Token解密出JwtSecurityToken,JwtSecurityToken : SecurityToken
 /// </summary>
 /// <param name="tokenStr"></param>
 /// <returns></returns>
 public JwtSecurityToken GetJwtSecurityToken(string tokenStr)
 {
  var jwt = jwtSecurityTokenHandler.ReadJwtToken(tokenStr);
  return jwt;
 }

不过这个 GetJwtSecurityToken 不是我们关注的内容，我们是要获取 Claim。

JwtSecurityToken.Claims

将下面代码贴到代码区域

JwtSecurityToken jst = GetJwtSecurityToken(tokenStr);
IEnumerable<Claim> claims = jst.Claims;

2.1.4 生成 context.User

context.User 是一个 ClaimsPrincipal 类型，我们通过解析出的 Claim，生成 ClaimsPrincipal。

JwtSecurityToken jst = GetJwtSecurityToken(tokenStr);
IEnumerable<Claim> claims = jst.Claims;

List<ClaimsIdentity> ci = new List<ClaimsIdentity>() { new ClaimsIdentity(claims) };
context.User = new ClaimsPrincipal(ci);

最终的代码块是这样的

// 我们写代码的区域
string tokenStr = context.Request.Headers["Authorization"].ToString();
string requestUrl = context.Request.Path.Value;
if (!IsCanReadToken(ref tokenStr))
 return;
JwtSecurityToken jst = GetJwtSecurityToken(tokenStr);
IEnumerable<Claim> claims = jst.Claims;
List<ClaimsIdentity> ci = new List<ClaimsIdentity>() { new ClaimsIdentity(claims) };

context.User = new ClaimsPrincipal(ci);
var x = new ClaimsPrincipal(ci);
// 我们写代码的区域

2.2 实现校验认证

app.UseAuthentication(); 的大概实现过程已经做出了说明，现在我们来继续实现 app.UseAuthorization(); 中的功能。

继续使用上面的中间件，在原代码块区域添加新的区域。

// 我们写代码的区域

// 我们写的代码块

 22.2.1 Endpoint

Endpoint 标识了一个 http 请求所访问的路由信息和 Controller 、Action 及其特性等信息。

[Authorize] 特性继承了 IAuthorizeData。[AllowAnonymous] 特性继承了 IAllowAnonymous。

以下代码可以获取所访问的节点信息。

var endpoint = context.GetEndpoint();

那么如何判断所访问的 Controller 和 Action 是否使用了认证相关的特性？

var authorizeData = endpoint?.Metadata.GetOrderedMetadata<IAuthorizeData>() ?? Array.Empty<IAuthorizeData>();

Metadata 是一个 ASP.NET Core 实现的集合对象，GetOrderedMetadata<T> 可以找出需要的特性信息。

这个集合不会区分是 Contrller 还是 Action 的 [Authorize] 特性。

那么判断 是否有 [AllowAnonymous] 特性，可以这样使用。

if (endpoint?.Metadata.GetMetadata<IAllowAnonymous>() != null)
   {
    await _next(context);
    return;
   }

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