用JWT来保护我们的ASP.NET Core Web API

 　　在上一篇博客中，自己动手写了一个Middleware来处理API的授权验证，现在就采用另外一种方式来处理这个授权验证的问题，毕竟现在也

有不少开源的东西可以用，今天用的是JWT。

　　什么是JWT呢？JWT的全称是JSON WEB TOKENS，是一种自包含令牌格式。官方网址：https://jwt.io/，或多或少应该都有听过这个。

　　先来看看下面的两个图：

　　站点是通过RPC的方式来访问api取得资源的，当站点是直接访问api，没有拿到有访问权限的令牌，那么站点是拿不到相关的数据资源的。

就像左图展示的那样，发起了请求但是拿不到想要的结果；当站点先去授权服务器拿到了可以访问api的access_token(令牌)后，再通过这个

access_token去访问api，api才会返回受保护的数据资源。

　　这个就是基于令牌验证的大致流程了。可以看出授权服务器占着一个很重要的地位。

　　下面先来看看授权服务器做了些什么并如何来实现一个简单的授权。

　　做了什么？授权服务器在整个过程中的作用是：接收客户端发起申请access_token的请求，并校验其身份的合法性，最终返回一个包含

access_token的json字符串。

　　如何实现？我们还是离不开中间件这个东西。这次我们写了一个TokenProviderMiddleware，主要是看看invoke方法和生成access_token

的方法。

        /// <summary>
        /// invoke the middleware
        /// </summary>
        /// <param name="context"></param>
        /// <returns></returns>
        public async Task Invoke(HttpContext context)
        {           
            if (!context.Request.Path.Equals(_options.Path, StringComparison.Ordinal))
            {
                await _next(context);
            }

            // Request must be POST with Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
            if (!context.Request.Method.Equals("POST")
               || !context.Request.HasFormContentType)
            {
                await ReturnBadRequest(context);             
            }
            await GenerateAuthorizedResult(context);
        }

　　Invoke方法其实是不用多说的，不过我们这里是做了一个控制，只接收POST请求，并且是只接收以表单形式提交的数据，GET的请求和其

他contenttype类型是属于非法的请求，会返回bad request的状态。

　　下面说说授权中比较重要的东西，access_token的生成。

        /// <summary>
        /// get the jwt
        /// </summary>
        /// <param name="username"></param>
        /// <returns></returns>
        private string GetJwt(string username)
        {
            var now = DateTime.UtcNow;

            var claims = new Claim[]
            {
                new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Sub, username),
                new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Jti, Guid.NewGuid().ToString()),
                new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Iat, now.ToUniversalTime().ToString(),
                          ClaimValueTypes.Integer64)
            };

            var jwt = new JwtSecurityToken(
                issuer: _options.Issuer,
                audience: _options.Audience,
                claims: claims,
                notBefore: now,
                expires: now.Add(_options.Expiration),
                signingCredentials: _options.SigningCredentials);
            var encodedJwt = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwt);

            var response = new
            {
                access_token = encodedJwt,
                expires_in = (int)_options.Expiration.TotalSeconds,
                token_type = "Bearer"
            };   
            return JsonConvert.SerializeObject(response, new JsonSerializerSettings { Formatting = Formatting.Indented });
        }

　 

　　claims包含了多个claim，你想要那几个，可以根据自己的需要来添加，JwtRegisteredClaimNames是一个结构体，里面包含了所有的可选项。

    public struct JwtRegisteredClaimNames
    {
        public const string Acr = "acr";
        public const string Actort = "actort";
        public const string Amr = "amr";
        public const string AtHash = "at_hash";
        public const string Aud = "aud";
        public const string AuthTime = "auth_time";
        public const string Azp = "azp";
        public const string Birthdate = "birthdate";
        public const string CHash = "c_hash";
        public const string Email = "email";
        public const string Exp = "exp";
        public const string FamilyName = "family_name";
        public const string Gender = "gender";
        public const string GivenName = "given_name";
        public const string Iat = "iat";
        public const string Iss = "iss";
        public const string Jti = "jti";
        public const string NameId = "nameid";
        public const string Nbf = "nbf";
        public const string Nonce = "nonce";
        public const string Prn = "prn";
        public const string Sid = "sid";
        public const string Sub = "sub";
        public const string Typ = "typ";
        public const string UniqueName = "unique_name";
        public const string Website = "website";
    }

还需要一个JwtSecurityToken对象，这个对象是至关重要的。有了时间、Claims和JwtSecurityToken对象，只要调用JwtSecurityTokenHandler

的WriteToken就可以得到类似这样的一个加密之后的字符串，这个字符串由3部分组成用‘.’分隔。每部分代表什么可以去官网查找。

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ

　　最后我们要用json的形式返回这个access_token、access_token的有效时间和一些其他的信息。

　　还需要在Startup的Configure方法中去调用我们的中间件。

            var audienceConfig = Configuration.GetSection("Audience");
            var symmetricKeyAsBase64 = audienceConfig["Secret"];
            var keyByteArray = Encoding.ASCII.GetBytes(symmetricKeyAsBase64);
            var signingKey = new SymmetricSecurityKey(keyByteArray);

            app.UseTokenProvider(new TokenProviderOptions
            {
                Audience = "Catcher Wong",
                Issuer = "http://catcher1994.cnblogs.com/",
                SigningCredentials = new SigningCredentials(signingKey, SecurityAlgorithms.HmacSha256),
            });

　　到这里，我们的授权服务站点已经是做好了。下面就编写几个单元测试来验证一下这个授权。

　　测试一：授权服务站点能生成正确的jwt。

        [Fact]
        public async Task authorized_server_should_generate_token_success()
        {
            //arrange
            var data = new Dictionary<string, string>();
            data.Add("username", "Member");
            data.Add("password", "123");
            HttpContent ct = new FormUrlEncodedContent(data);

            //act
            System.Net.Http.HttpResponseMessage message_token = await _client.PostAsync("http://127.0.0.1:8000/auth/token", ct);
            string res = await message_token.Content.ReadAsStringAsync();
            var obj = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject<Token>(res);

            //assert
            Assert.NotNull(obj);
            Assert.Equal("600", obj.expires_in);
            Assert.Equal(3, obj.access_token.Split('.').Length);
            Assert.Equal("Bearer", obj.token_type);
        }

　　测试二：授权服务站点因为用户名或密码不正确导致不能生成正确的jwt。

        [Fact]
        public async Task authorized_server_should_generate_token_fault_by_invalid_app()
        {
            //arrange
            var data = new Dictionary<string, string>();
            data.Add("username", "Member");
            data.Add("password", "123456");
            HttpContent ct = new FormUrlEncodedContent(data);

            //act
            System.Net.Http.HttpResponseMessage message_token = await _client.PostAsync("http://127.0.0.1:8000/auth/token", ct);
            var res = await message_token.Content.ReadAsStringAsync();
            dynamic obj = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject(res);

            //assert
            Assert.Equal("invalid_grant", (string)obj.error);
            Assert.Equal(HttpStatusCode.BadRequest, message_token.StatusCode);
        }

　　测试三：授权服务站点因为不是发起post请求导致不能生成正确的jwt。

        [Fact]
        public async Task authorized_server_should_generate_token_fault_by_invalid_httpmethod()
        {
            //arrange
            Uri uri = new Uri("http://127.0.0.1:8000/auth/token?username=Member&password=123456");

            //act
            System.Net.Http.HttpResponseMessage message_token = await _client.GetAsync(uri);
            var res = await message_token.Content.ReadAsStringAsync();
            dynamic obj = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject(res);

            //assert
            Assert.Equal("invalid_grant", (string)obj.error);
            Assert.Equal(HttpStatusCode.BadRequest, message_token.StatusCode);
        }

　　再来看看测试的结果：

 　　

　　都通过了。

　　断点拿一个access_token去http://jwt.calebb.net/ 解密看看

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiJNZW1iZXIiLCJqdGkiOiI2MzI1MmE1My0yMjY5LTQ4YzEtYmQwNi1lOWRiMzdmMTRmYTQiLCJpYXQiOiIyMDE2LzExLzEyIDI6NDg6MTciLCJuYmYiOjE0Nzg5MTg4OTcsImV4cCI6MTQ3ODkxOTQ5NywiaXNzIjoiaHR0cDovL2NhdGNoZXIxOTk0LmNuYmxvZ3MuY29tLyIsImF1ZCI6IkNhdGNoZXIgV29uZyJ9.Cu2vTJ4JAHgbJGzwv2jCmvz17HcyOsRnTjkTIEA0EbQ

　　下面就是API的开发了。

　　这里是直接用了新建API项目生成的ValueController作为演示，毕竟跟ASP.NET Web API是大同小异的。这里的重点是配置

JwtBearerAuthentication，这里是不用我们再写一个中间件了，我们是定义好要用的Option然后直接用JwtBearerAuthentication就可以了。

        public void ConfigureJwtAuth(IApplicationBuilder app)
        {            
            var audienceConfig = Configuration.GetSection("Audience");
            var symmetricKeyAsBase64 = audienceConfig["Secret"];
            var keyByteArray = Encoding.ASCII.GetBytes(symmetricKeyAsBase64);
            var signingKey = new Microsoft.IdentityModel.Tokens.SymmetricSecurityKey(keyByteArray);            

            var tokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
            {
                // The signing key must match!
                ValidateIssuerSigningKey = true,
                IssuerSigningKey = signingKey,

                // Validate the JWT Issuer (iss) claim
                ValidateIssuer = true,
                ValidIssuer = "http://catcher1994.cnblogs.com/",

                // Validate the JWT Audience (aud) claim
                ValidateAudience = true,
                ValidAudience = "Catcher Wong",

                // Validate the token expiry
                ValidateLifetime = true,
         
                ClockSkew = TimeSpan.Zero
            };

            app.UseJwtBearerAuthentication(new JwtBearerOptions
            {
                AutomaticAuthenticate = true,
                AutomaticChallenge = true,
                TokenValidationParameters = tokenValidationParameters,
            });                        
        }

　　然后在Startup的Configure中调用上面的方法即可。

        public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env, ILoggerFactory loggerFactory)
        {
            loggerFactory.AddConsole(Configuration.GetSection("Logging"));
            loggerFactory.AddDebug();

            ConfigureJwtAuth(app);

            app.UseMvc();
        }

　　到这里之后，大部分的工作是已经完成了，还有最重要的一步，在想要保护的api上加上Authorize这个Attribute，这样Get这个方法就会要

求有access_token才会返回结果，不然就会返回401。这是在单个方法上的，也可以在整个控制器上面添加这个Attribute，这样控制器里面的方

法就都会受到保护。

        // GET api/values/5
        [HttpGet("{id}")]
        [Authorize]
        public string Get(int id)
        {
            return "value";
        }

　　OK，同样编写几个单元测试验证一下。

　　测试一：valueapi在没有授权的请求会返回401状态。

        [Fact]
        public void value_api_should_return_unauthorized_without_auth()
        {           
            //act         
            HttpResponseMessage message = _client.GetAsync("http://localhost:63324/api/values/1").Result;
            string result = message.Content.ReadAsStringAsync().Result;
         
            //assert
            Assert.False(message.IsSuccessStatusCode);
            Assert.Equal(HttpStatusCode.Unauthorized,message.StatusCode);
            Assert.Empty(result);
        }

　　

　　 测试二：valueapi请求没有[Authorize]标记的方法时能正常返回结果。

        [Fact]
        public void value_api_should_return_result_without_authorize_attribute()
        {
            //act         
            HttpResponseMessage message = _client.GetAsync("http://localhost:63324/api/values").Result;
            string result = message.Content.ReadAsStringAsync().Result;
            var res = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject<string[]>(result);

            //assert
            Assert.True(message.IsSuccessStatusCode);
            Assert.Equal(2, res.Length);
        }

　　

　　 测试三：valueapi在授权的请求中会返回正确的结果。

        [Fact]
        public void value_api_should_success_by_valid_auth()
        {
            //arrange
            var data = new Dictionary<string, string>();
            data.Add("username", "Member");
            data.Add("password", "123");
            HttpContent ct = new FormUrlEncodedContent(data);

            //act
            var obj = GetAccessToken(ct);                        
            _client.DefaultRequestHeaders.Add("Authorization", "Bearer " + obj.access_token);
            HttpResponseMessage message = _client.GetAsync("http://localhost:63324/api/values/1").Result;
            string result = message.Content.ReadAsStringAsync().Result;

            //assert
            Assert.True(message.IsSuccessStatusCode);
            Assert.Equal(3, obj.access_token.Split('.').Length);
            Assert.Equal("value",result);            
        }

 　　再来看看测试的结果：

　　

　　测试通过。

　　再通过浏览器直接访问那个受保护的方法。响应头就会提示www-authenticate:Bearer，这个是身份验证的质询，告诉客户端必须要提供相

应的身份验证才能访问这个资源(api)。

 　　

 　　这也是为什么在单元测试中会添加一个Header的原因，正常的使用也是要在请求的报文头中加上这个。

　　 _client.DefaultRequestHeaders.Add("Authorization", "Bearer " + obj.access_token); 

　　其实看一下源码，更快知道为什么。JwtBearerHandler.cs

　　下图是关于头部加Authorization的源码解释。

 

　　

　　JwtBearer的源码：Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer

 

　　本文的示例代码：JWTTokenDemo

 

 

　　Thanks for your reading!!!