JWT認證簡單介紹
關於Jwt的介紹網上很多，此處不在贅述，我們主要看看jwt的結構。
JWT主要由三部分組成，如下：
HEADER.PAYLOAD.SIGNATURE
HEADER包含token的元數據，主要是加密算法，和簽名的類型，如下面的信息，說明了
加密的對象類型是JWT，加密算法是HMAC SHA-256
{"alg":"HS256","typ":"JWT"}
然后需要通過BASE64編碼后存入token中
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
Payload主要包含一些聲明信息（claim），這些聲明是key-value對的數據結構。
通常如用戶名，角色等信息，過期日期等，因為是未加密的，所以不建議存放敏感信息。
{"http://schemas.xmlsoap.org/ws/2005/05/identity/claims/name":"admin","exp":1578645536,"iss":"webapi.cn","aud":"WebApi"}
也需要通過BASE64編碼后存入token中
eyJodHRwOi8vc2NoZW1hcy54bWxzb2FwLm9yZy93cy8yMDA1LzA1L2lkZW50aXR5L2NsYWltcy9uYW1lIjoiYWRtaW4iLCJleHAiOjE1Nzg2NDU1MzYsImlzcyI6IndlYmFwaS5jbiIsImF1ZCI6IldlYkFwaSJ9
Signaturejwt要符合jws(Json Web Signature)的標准生成一個最終的簽名。把編碼后的Header和Payload信息加在一起，然后使用一個強加密算法，如 HmacSHA256，進行加密。HS256(BASE64(Header).Base64(Payload)，secret)
2_akEH40LR2QWekgjm8Tt3lesSbKtDethmJMo_3jpF4
最后生成的token如下
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJodHRwOi8vc2NoZW1hcy54bWxzb2FwLm9yZy93cy8yMDA1LzA1L2lkZW50aXR5L2NsYWltcy9uYW1lIjoiYWRtaW4iLCJleHAiOjE1Nzg2NDU1MzYsImlzcyI6IndlYmFwaS5jbiIsImF1ZCI6IldlYkFwaSJ9.2_akEH40LR2QWekgjm8Tt3lesSbKtDethmJMo_3jpF4
開發環境
框架：asp.net 3.1
IDE：VS2019
ASP.NET 3.1 Webapi中使用JWT認證
命令行中執行執行以下命令，創建webapix項目：
dotnet new webapi -n Webapi -o WebApi
特別注意的時，3.x默認是沒有jwt的Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer庫的，所以需要手動添加NuGet Package，切換到項目所在目錄，執行 .net cli命令
dotnet add package Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer --version 3.1.0
創建一個簡單的POCO類，用來存儲簽發或者驗證jwt時用到的信息
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（如果是生成環境在appsettings.json添加即可）
"tokenManagement": {
"secret": "123456",
"issuer": "webapi.cn",
"audience": "WebApi",
"accessExpiration": 30,
"refreshExpiration": 60
}
然后再startup類的ConfigureServices方法中增加讀取配置信息
public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
services.AddControllers();
services.Configure<TokenManagement>(Configuration.GetSection("tokenManagement"));
var token = Configuration.GetSection("tokenManagement").Get<TokenManagement>();
}
到目前為止，我們完成了一些基礎工作，下面再webapi中注入jwt的驗證服務，並在中間件管道中啟用authentication中間件。
startup類中要引用jwt驗證服務的命名空間
using Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer;
using Microsoft.IdentityModel.Tokens;
然后在ConfigureServices方法中添加如下邏輯
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.UTF8.GetBytes(token.Secret)),
ValidIssuer = token.Issuer,
ValidAudience = token.Audience,
ValidateIssuer = false,
ValidateAudience = false
};
});
再Configure方法中啟用驗證
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驗證的功能，下面就需要增加簽發token的邏輯。我們需要增加一個專門用來用戶認證和簽發token的控制器，命名成AuthenticationController，同時增加一個請求的DTO類
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實現了基本的邏輯，下面我們要創建簽發token的服務，去完成具體的業務。第一步我們先創建對應的服務接口，命名為IAuthenticateService
public interface IAuthenticateService
{
bool IsAuthenticated(LoginRequestDTO request, out string token);
}
接下來，實現接口
public class TokenAuthenticationService : IAuthenticateService
{
public bool IsAuthenticated(LoginRequestDTO request, out string token)
{
throw new NotImplementedException();
}
}
在Startup的ConfigureServices方法中注冊服務
services.AddScoped<IAuthenticateService, TokenAuthenticationService>();
在Controller中注入IAuthenticateService服務，並完善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");
}
}
正常情況，我們都會根據請求的用戶和密碼去驗證用戶是否合法，需要連接到數據庫獲取數據進行校驗，我們這里為了方便，假設任何請求的用戶都是合法的。
這里單獨加個用戶管理的服務，不在IAuthenticateService這個服務里面添加相應邏輯，主要遵循了職責單一原則。首先和上面一樣，創建一個服務接口IUserService
public interface IUserService
{
bool IsValid(LoginRequestDTO req);
}
實現IUserService接口
public class UserService : IUserService
{
//模擬測試，默認都是人為驗證有效
public bool IsValid(LoginRequestDTO req)
{
return true;
}
}
同樣注冊到容器中
services.AddScoped<IUserService, UserService>();
接下來，就要完善TokenAuthenticationService簽發token的邏輯，首先要注入IUserService 和 TokenManagement，然后實現具體的業務邏輯，這個token的生成還是使用的Jwt的類庫提供的api，具體不詳細描述。
特別注意下TokenManagement的注入是已IOptions的接口類型注入的，還記得在Startpup中嗎？我們是通過配置項的方式注冊TokenManagement類型的。
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;
}
}
准備好測試試用的APi，打上Authorize特性，表明需要授權！
[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();
}
}
支持我們可以測試驗證了，我們可以使用postman來進行http請求，先啟動http服務，獲取url，先測試一個訪問需要授權的接口，但沒有攜帶token信息，返回是401，表示未授權
下面我們先通過認證接口，獲取token，居然報錯，查詢了下，發現HS256算法的秘鑰長度最新為128位，轉換成字符至少16字符，之前設置的秘鑰是123456，所以導致異常。
System.ArgumentOutOfRangeException: IDX10603: Decryption failed. Keys tried: 'HS256'. Exceptions caught: '128'. token: '48' (Parameter 'KeySize') at
更新秘鑰
"tokenManagement": {
"secret": "123456123456123456",
"issuer": "webapi.cn",
"audience": "WebApi",
"accessExpiration": 30,
"refreshExpiration": 60
}
重新發起請求，成功獲取token
eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJodHRwOi8vc2NoZW1hcy54bWxzb2FwLm9yZy93cy8yMDA1LzA1L2lkZW50aXR5L2NsYWltcy9uYW1lIjoiYWRtaW4iLCJleHAiOjE1Nzg2NDUyMDMsImlzcyI6IndlYmFwaS5jbiIsImF1ZCI6IldlYkFwaSJ9.AehD8WTAnEtklof2OJsvg0U4_o8_SjdxmwUjzAiuI-o
把token帶到之前請求的api中，重新測試，成功獲取數據
總結
基於token的認證方式，讓我們構建分布式/松耦合的系統更加容易。任何地方生成的token，只有擁有相同秘鑰，就可以再任何地方進行簽名校驗。
當然要用好jwt認證方式，還有其他安全細節需要處理，比如palyload中不能存放敏感信息，使用https的加密傳輸方式等等，可以根據業務實際需要再進一步安全加固！
同時我們也發現使用token，就可以擺脫cookie的限制，所以JWT是移動app開發的首選！