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aspnet core 2.1中使用jwt从原理到精通一

原理；
根据原理使用C#语言，生成jwt；
自定义验证jwt；
使用aspnetcore 中自带的类生成jwt；

学有所得

了解jwt原理;
使用C#轻松实现jwt生成和验证

原理

jwt对所有语言都是通用的，只要知道秘钥，另一一种语言有可以对jwt的有效性进行判断;

jwt的组成；Header部分Base64转化.Payload部分Base64转化.使用HS256方式根据秘钥对前面两部分进行加密后再Base64转化，其中使用的hs256加密是header部分指定的，也可以通过官网的查看，如下图：

原理就这么简单，那究竟用怎样使用C#来实现呢，又怎么确定它的正确性呢？，请继续

使用C#实现

我们定义一个今天方法，其中需要使用到Microsoft.IdentityModel.Tokens.dll，asp.net core 2.1再带，如果其他版本，没有自带，需要nuget 一下这个类库

    /// <summary>
        /// 创建jwttoken,源码自定义
        /// </summary>
        /// <param name="payLoad"></param>
        /// <param name="header"></param>
        /// <returns></returns>
        public static string CreateToken(Dictionary<string, object> payLoad,int expiresMinute, Dictionary<string, object> header = null)
        {
            if (header == null)
            {
                header = new Dictionary<string, object>(new List<KeyValuePair<string, object>>() {
                    new KeyValuePair<string, object>("alg", "HS256"),
                    new KeyValuePair<string, object>("typ", "JWT")
                });
            }
            //添加jwt可用时间（应该必须要的）
            var now = DateTime.UtcNow;
            payLoad["nbf"] = ToUnixEpochDate( now);//可用时间起始
            payLoad["exp"] = ToUnixEpochDate(now.Add(TimeSpan.FromMinutes(expiresMinute)));//可用时间结束

            var encodedHeader = Base64UrlEncoder.Encode(JsonConvert.SerializeObject(header));
            var encodedPayload = Base64UrlEncoder.Encode(JsonConvert.SerializeObject(payLoad));

            var hs256 = new HMACSHA256(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey));
            var encodedSignature = Base64UrlEncoder.Encode(hs256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(string.Concat(encodedHeader, ".", encodedPayload))));

            var encodedJwt = string.Concat(encodedHeader, ".", encodedPayload, ".", encodedSignature);
            return encodedJwt;
        }

public static long ToUnixEpochDate(DateTime date) =>
(long)Math.Round((date.ToUniversalTime() - new DateTimeOffset(1970, 1, 1, 0, 0, 0, TimeSpan.Zero)).TotalSeconds);

该方法很简单，只需要传入header键值对和payLoad键值对，然后根据原理进行Base64转换和hs256加密，接下来我们来使用一个测试类对其进行测试，代码如下：

 [TestMethod]
        public void TokenValidateTest()
        {
            Dictionary<string, object> payLoad = new Dictionary<string, object>();
            payLoad.Add("sub", "rober");
            payLoad.Add("jti", "09e572c7-62d0-4198-9cce-0915d7493806");
            payLoad.Add("nbf", null);
            payLoad.Add("exp", null);
            payLoad.Add("iss", "roberIssuer");
            payLoad.Add("aud", "roberAudience");
            payLoad.Add("age", 30);

            var encodeJwt = TokenContext.CreateToken(payLoad, 30);

            var result = TokenContext.Validate(encodeJwt, (load) => { return true; });
            Assert.IsTrue(result);
        }

先不管后面的验证，我们先看看其中生成的encodeJwt的值：eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiJyb2JlciIsImp0aSI6IjY0OWMyYjUxLTE4ZGQtNDEzYy05Yzc5LTI4NWNhMDAxODU2NSIsIm5iZiI6MTU0MDYxMDY2NSwiZXhwIjoxNTQwNjEyNDY1LCJpc3MiOiJyb2Jlcklzc3VlciIsImF1ZCI6InJvYmVyQXVkaWVuY2UiLCJhZ2UiOjMwfQ.7Is2KYHAtSr5fW2gPU1jGeHPzz2ULCZJGcWb40LSYyw

第一部分和第二部分，并不是加密，只是Base64转换，我们可以通过其他语言轻松转换回来，如下使用javascript进行转，window.atob(base64加密) window.btoa(base64解密)

var header=JSON.parse(window.atob('eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9'))

如下图：

我再对payLoa进行转换回来， var payLoad=JSON.parse(window.atob('eyJzdWIiOiJyb2JlciIsImp0aSI6IjY0OWMyYjUxLTE4ZGQtNDEzYy05Yzc5LTI4NWNhMDAxODU2NSIsIm5iZiI6MTU0MDYxMDY2NSwiZXhwIjoxNTQwNjEyNDY1LCJpc3MiOiJyb2Jlcklzc3VlciIsImF1ZCI6InJvYmVyQXVkaWVuY2UiLCJhZ2UiOjMwfQ')) ，如下图：

所以，从这里可以看出来，Base64并不是属于加密，只是简单转换，因此，不能在payLoad中存放重要内容，比如密码等

使用aspnetcore 中自带的类生成jwt

aspnet core中自带了一个jwt帮助类，其实原理一样，对上面做了封装，丰富了一个内容,我们继续使用一个静态方法，如下

/// <summary>
        /// 创建jwtToken,采用微软内部方法，默认使用HS256加密，如果需要其他加密方式，请更改源码
        /// 返回的结果和CreateToken一样
        /// </summary>
        /// <param name="payLoad"></param>
        /// <param name="expiresMinute">有效分钟</param>
        /// <returns></returns>
        public static string CreateTokenByHandler(Dictionary<string, object> payLoad, int expiresMinute)
        {
           
            var now = DateTime.UtcNow;

            // Specifically add the jti (random nonce), iat (issued timestamp), and sub (subject/user) claims.
            // You can add other claims here, if you want:
            var claims = new List<Claim>();
            foreach (var key in payLoad.Keys)
            {
                var tempClaim = new Claim(key, payLoad[key]?.ToString());
                claims.Add(tempClaim);
            }
           

            // Create the JWT and write it to a string
            var jwt = new JwtSecurityToken(
                issuer: null,
                audience: null,
                claims: claims,
                notBefore: now,
                expires: now.Add(TimeSpan.FromMinutes(expiresMinute)),
                signingCredentials: new SigningCredentials(new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey)), SecurityAlgorithms.HmacSha256));
            var encodedJwt = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwt);
            return encodedJwt;
        }

View Code

它效果和上面一模一样，如果使用同样的header 、payload、秘钥，生成的jwt肯定一样，这里就不演示了，感兴趣的可以自行尝试;

aspnetcore中如何使用自定义jwt验证

上面讲了那么多，只是为了大家更好的理解如何使用jwt进行验证，那是jwt是如何进行验证的呢？，如果一个http请求过来，一般jwt携带在http请求头部的Authorization中；先不看如何获取，先看看他是如何验证的，我们再定义个静态方法，如下：

 /// <summary>
        /// 验证身份 验证签名的有效性,
        /// </summary>
        /// <param name="encodeJwt"></param>
        /// <param name="validatePayLoad">自定义各类验证； 是否包含那种申明，或者申明的值， </param>
        /// 例如：payLoad["aud"]?.ToString() == "roberAuddience";
        /// 例如：验证是否过期 等
        /// <returns></returns>
        public static bool Validate(string encodeJwt,Func<Dictionary<string,object>,bool> validatePayLoad)
        {
            var success = true;
            var jwtArr = encodeJwt.Split('.');
            var header = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[0]));
            var payLoad = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[1]));

            var hs256 = new HMACSHA256(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey));
            //首先验证签名是否正确（必须的）
            success = success && string.Equals(jwtArr[2], Base64UrlEncoder.Encode(hs256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(string.Concat(jwtArr[0], ".", jwtArr[1])))));
            if (!success)
            {
                return success;//签名不正确直接返回
            }
            //其次验证是否在有效期内（也应该必须）
            var now = ToUnixEpochDate(DateTime.UtcNow);
            success = success && (now >= long.Parse(payLoad["nbf"].ToString()) && now < long.Parse(payLoad["exp"].ToString()));

            //再其次 进行自定义的验证
            success = success && validatePayLoad(payLoad);

            return success;
        }

其中 validatePayLoad 参数是一个自定义的验证的Fun，执行该Fun方法时会把解密后的payload作为参数传入进去

我们验证通过分为两部分，

第一，必须的（自认为的）
1. 　jwt签名是否正确，请看以上代码实现
2. 　jwt是否在可以时间内，请看以上代码实现

　　该jwt是不是进入黑名单
aud==‘roberAudience’

我们来通过一个测试类验证

 [TestMethod]
        public void TokenCustomerValidateTest()
        {
            Dictionary<string, object> payLoad = new Dictionary<string, object>();
            payLoad.Add("sub", "rober");
            payLoad.Add("jti", Guid.NewGuid().ToString());
            payLoad.Add("nbf", null);
            payLoad.Add("exp", null);
            payLoad.Add("iss", "roberIssuer");
            payLoad.Add("aud", "roberAudience");
            payLoad.Add("age", 30);

            var encodeJwt = TokenContext.CreateToken(payLoad, 30);

            var result = TokenContext.Validate(encodeJwt, (load) => {
                var success = true;
                //验证是否包含aud 并等于 roberAudience
                success = success&& load["aud"]?.ToString() == "roberAudience";

                //验证age>20等
                int.TryParse(load["age"].ToString(), out int age);
                Assert.IsTrue(age > 30);
                //其他验证 jwt的标识 jti是否加入黑名单等

                return success;
            });
            Assert.IsTrue(result);
        }

如上面，我们可以把jwt中的payload解析出来，然后进行各种复杂的想要的验证；

其实，aspnet core中的基于角色，用户、策略，自定义策略的验证就相当这里的自定义验证，一下章将详细说明和对比，这里暂时不讲解

看完上面，是不是觉得jwt很简单就，主要就两部

创建jwt；
验证jwt；

完整代码如下：

 /// <summary>
    /// Token上下文，负责token的创建和验证
    /// </summary>
    public class TokenContext
    {
        /// <summary>
        /// 秘钥，可以从配置文件中获取
        /// </summary>
        public static string securityKey = "GQDstclechengroberbojPOXOYg5MbeJ1XT0uFiwDVvVBrk";

        /// <summary>
        /// 创建jwttoken,源码自定义
        /// </summary>
        /// <param name="payLoad"></param>
        /// <param name="header"></param>
        /// <returns></returns>
        public static string CreateToken(Dictionary<string, object> payLoad,int expiresMinute, Dictionary<string, object> header = null)
        {
            if (header == null)
            {
                header = new Dictionary<string, object>(new List<KeyValuePair<string, object>>() {
                    new KeyValuePair<string, object>("alg", "HS256"),
                    new KeyValuePair<string, object>("typ", "JWT")
                });
            }
            //添加jwt可用时间（应该必须要的）
            var now = DateTime.UtcNow;
            payLoad["nbf"] = ToUnixEpochDate( now);//可用时间起始
            payLoad["exp"] = ToUnixEpochDate(now.Add(TimeSpan.FromMinutes(expiresMinute)));//可用时间结束

            var encodedHeader = Base64UrlEncoder.Encode(JsonConvert.SerializeObject(header));
            var encodedPayload = Base64UrlEncoder.Encode(JsonConvert.SerializeObject(payLoad));

            var hs256 = new HMACSHA256(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey));
            var encodedSignature = Base64UrlEncoder.Encode(hs256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(string.Concat(encodedHeader, ".", encodedPayload))));

            var encodedJwt = string.Concat(encodedHeader, ".", encodedPayload, ".", encodedSignature);
            return encodedJwt;
        }

        /// <summary>
        /// 创建jwtToken,采用微软内部方法，默认使用HS256加密，如果需要其他加密方式，请更改源码
        /// 返回的结果和CreateToken一样
        /// </summary>
        /// <param name="payLoad"></param>
        /// <param name="expiresMinute">有效分钟</param>
        /// <returns></returns>
        public static string CreateTokenByHandler(Dictionary<string, object> payLoad, int expiresMinute)
        {
           
            var now = DateTime.UtcNow;

            // Specifically add the jti (random nonce), iat (issued timestamp), and sub (subject/user) claims.
            // You can add other claims here, if you want:
            var claims = new List<Claim>();
            foreach (var key in payLoad.Keys)
            {
                var tempClaim = new Claim(key, payLoad[key]?.ToString());
                claims.Add(tempClaim);
            }
           

            // Create the JWT and write it to a string
            var jwt = new JwtSecurityToken(
                issuer: null,
                audience: null,
                claims: claims,
                notBefore: now,
                expires: now.Add(TimeSpan.FromMinutes(expiresMinute)),
                signingCredentials: new SigningCredentials(new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey)), SecurityAlgorithms.HmacSha256));
            var encodedJwt = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwt);
            return encodedJwt;
        }

        /// <summary>
        /// 验证身份 验证签名的有效性,
        /// </summary>
        /// <param name="encodeJwt"></param>
        /// <param name="validatePayLoad">自定义各类验证； 是否包含那种申明，或者申明的值， </param>
        /// 例如：payLoad["aud"]?.ToString() == "roberAuddience";
        /// 例如：验证是否过期 等
        /// <returns></returns>
        public static bool Validate(string encodeJwt,Func<Dictionary<string,object>,bool> validatePayLoad)
        {
            var success = true;
            var jwtArr = encodeJwt.Split('.');
            var header = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[0]));
            var payLoad = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[1]));

            var hs256 = new HMACSHA256(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey));
            //首先验证签名是否正确（必须的）
            success = success && string.Equals(jwtArr[2], Base64UrlEncoder.Encode(hs256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(string.Concat(jwtArr[0], ".", jwtArr[1])))));
            if (!success)
            {
                return success;//签名不正确直接返回
            }
            //其次验证是否在有效期内（也应该必须）
            var now = ToUnixEpochDate(DateTime.UtcNow);
            success = success && (now >= long.Parse(payLoad["nbf"].ToString()) && now < long.Parse(payLoad["exp"].ToString()));

            //再其次 进行自定义的验证
            success = success && validatePayLoad(payLoad);

            return success;
        }
        /// <summary>
        /// 获取jwt中的payLoad
        /// </summary>
        /// <param name="encodeJwt"></param>
        /// <returns></returns>
        public static Dictionary<string ,object> GetPayLoad(string encodeJwt)
        {
            var jwtArr = encodeJwt.Split('.');
            var payLoad = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[1]));
            return payLoad;
        }
        public static long ToUnixEpochDate(DateTime date) => 
            (long)Math.Round((date.ToUniversalTime() - new DateTimeOffset(1970, 1, 1, 0, 0, 0, TimeSpan.Zero)).TotalSeconds);
    }

View Code

以上就是jwt的基本内容，它确实很简单，不要被aspnet core中的各种写法给搞晕了，只要是jwt相关的验证都是基于上面这些东西

下一章节将讲述：

在aspnet core中，自定义jwt管道验证；
在aspnet core中,自定义策略验证CommonAuthorizeHandler : AuthorizationHandler<CommonAuthorize>
自定义jwt逻辑验证和原生的角色，用户，策略，等进行对比

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