.Net Core3.0 WebApi 四:JWT权限验证

.Net Core3.0 WebApi 目录

什么是JWT

之前也写过一篇，介绍JWT和oAuthor2的随笔。可以参考这篇。

设计安全的API-JWT与OAuthor2     、    OAuth2、OpenID Connect简介

这里还是简单介绍一下吧。

根据维基百科定义，JWT（读作 [/dʒɒt/]），即JSON Web Tokens，是一种基于JSON的、用于在网络上声明某种主张的令牌（token）。JWT通常由三部分组成: 头信息（header）, 消息体（payload）和签名（signature）。它是一种用于双方之间传递安全信息的表述性声明规范。JWT作为一个开放的标准（RFC 7519），定义了一种简洁的、自包含的方法，从而使通信双方实现以JSON对象的形式安全的传递信息。

以上是JWT的官方解释，可以看出JWT并不是一种只能权限验证的工具，而是一种标准化的数据传输规范。所以，只要是在系统之间需要传输简短但却需要一定安全等级的数据时，都可以使用JWT规范来传输。规范是不因平台而受限制的，这也是JWT做为授权验证可以跨平台的原因。

如果理解还是有困难的话，我们可以拿JWT和JSON类比：

JSON是一种轻量级的数据交换格式，是一种数据层次结构规范。它并不是只用来给接口传递数据的工具，只要有层级结构的数据都可以使用JSON来存储和表示。当然，JSON也是跨平台的，不管是Win还是Linux，.NET还是Java，都可以使用它作为数据传输形式。

校验逻辑

1）客户端向授权服务系统发起请求，申请获取“令牌”。

2）授权服务根据用户身份，生成一张专属“令牌”，并将该“令牌”以JWT规范返回给客户端

3）客户端将获取到的“令牌”放到http请求的headers中后，向主服务系统发起请求。主服务系统收到请求后会从headers中获取“令牌”，并从“令牌”中解析出该用户的身份权限，然后做出相应的处理（同意或拒绝返回资源）

授权过程

首先我们需要一个具有一定规则的 Token 令牌，也就是 JWT 令牌（比如我们的公司门禁卡），//登录

然后呢，我们再定义哪些地方需要什么样的角色（比如领导办公室我们是没办法进去的），//授权机制

接下来，整个公司需要定一个规则，就是如何对这个 Token 进行验证，不能随便写个字条，这样容易被造假（比如我们公司门上的每一道刷卡机），//认证方案

最后，就是安全部门，开启认证中间件服务（那这个服务可以关闭的，比如我们电影里看到的黑客会把这个服务给关掉，这样整个公司安保就形同虚设了）。//开启中间件

生成Token令牌

我们需要在appsettings.json中配置jwt参数的值 【注意】 SecretKey必须大于16个,是大于，不是大于等于

{
  "Logging": {
    "LogLevel": {
      "Default": "Information",
      "Microsoft": "Warning",
      "Microsoft.Hosting.Lifetime": "Information"
    }
  },
  "AllowedHosts": "*",
  "ConnectionStrings": {
    "ConnectionString": "Data Source=127.0.0.1;Initial Catalog=db;User ID=uid;Password=123456;Pooling=True;Max Pool Size=512;Connect Timeout=500;",
    "JwtSetting": {
      "Issuer": "jwtIssuer", //颁发者
      "Audience": "jwtAudience", //可以给哪些客户端使用
      "SecretKey": "chuangqianmingyueguang" //加密的Key
    }
  }
}

在api层，Nuget添加包IdentityModel，Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer，Microsoft.AspNetCore.Authorization

 webapi.core.models类库新建TokenModel类

/// <summary>
/// 令牌
/// </summary>
public class TokenModel
{
    /// <summary>
    /// Id
    /// </summary>
    public string Uid { get; set; }
    /// <summary>
    /// 角色
    /// </summary>
    public string Role { get; set; }

}

WebApi.Core.Infrastructure项目Helper文件夹，新建JwtHelper.cs

public class JwtHelper
{
    /// <summary>
    /// 颁发JWT字符串
    /// </summary>
    /// <param name="tokenModel"></param>
    /// <returns></returns>
    public static string IssueJwt(TokenModel tokenModel)
    {
        string iss = ConfigHelper.GetSectionValue("ConnectionStrings:JwtSetting:Issuer");
        string aud = ConfigHelper.GetSectionValue("ConnectionStrings:JwtSetting:Audience");
        string secret = ConfigHelper.GetSectionValue("ConnectionStrings:JwtSetting:SecretKey");
        //var claims = new Claim[] //old
        var claims = new List<Claim>
            {
             /*
             * 特别重要：
               1、这里将用户的部分信息，比如 uid 存到了Claim 中，如果你想知道如何在其他地方将这个 uid从 Token 中取出来，请看下边的SerializeJwt() 方法
               2、你也可以研究下 HttpContext.User.Claims ，具体的你可以看看 Policys/PermissionHandler.cs 类中是如何使用的。
             */

            new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Jti, tokenModel.Uid.ToString()),
            new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Iat, $"{new DateTimeOffset(DateTime.Now).ToUnixTimeSeconds()}"),
            new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Nbf,$"{new DateTimeOffset(DateTime.Now).ToUnixTimeSeconds()}") ,
            //这个就是过期时间，目前是过期1000秒，可自定义，注意JWT有自己的缓冲过期时间
            new Claim (JwtRegisteredClaimNames.Exp,$"{new DateTimeOffset(DateTime.Now.AddSeconds(1000)).ToUnixTimeSeconds()}"),
            new Claim(ClaimTypes.Expiration, DateTime.Now.AddSeconds(1000).ToString()),
            new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Iss,iss),
            new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Aud,aud),


           };

        // 可以将一个用户的多个角色全部赋予；
        claims.AddRange(tokenModel.Role.Split(',').Select(s => new Claim(ClaimTypes.Role, s)));



        //秘钥 (SymmetricSecurityKey 对安全性的要求，密钥的长度太短会报出异常)
        var key = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes(secret));
        var creds = new SigningCredentials(key, SecurityAlgorithms.HmacSha256);

        var jwt = new JwtSecurityToken(
            issuer: iss,
            claims: claims,
            signingCredentials: creds);

        var jwtHandler = new JwtSecurityTokenHandler();
        var encodedJwt = jwtHandler.WriteToken(jwt);

        return encodedJwt;
    }

    /// <summary>
    /// 解析
    /// </summary>
    /// <param name="jwtStr"></param>
    /// <returns></returns>
    public static TokenModel SerializeJwt(string jwtStr)
    {
        var jwtHandler = new JwtSecurityTokenHandler();

　　　　　　if (!jwtHandler.CanReadToken(jwtStr))
　　　　　　{
　　　　　　　　return null;
　　　　　　}
　　　　　　string iss = ConfigHelper.GetSectionValue("Authentication:JwtSetting:Issuer");
　　　　　　JwtSecurityToken jwtToken = jwtHandler.ReadJwtToken(jwtStr);
　　　　　　if (jwtToken.Issuer != iss)
　　　　　　{
　　　　　　　　return null;//不正确
　　　　　　}
　　　　　　if (jwtToken.ValidTo < DateTime.Now)
　　　　　　{
　　　　　　　　return null;//过期
　　　　　　}

　　　　 object role;
        try
        {
            jwtToken.Payload.TryGetValue(ClaimTypes.Role, out role);
        }
        catch (Exception e)
        {
            Console.WriteLine(e);
            throw;
        }
        var tm = new TokenModel
        {
            Uid = jwtToken.Id.ToString(),
            Role = role != null ? role.ToString() : "",
        };
        return tm;
    }
}

获取Token

UserController新建Login接口，用来获取token

/// <summary>
/// 登录
/// </summary>
/// <param name="role">用户</param>
/// <returns></returns>  
[HttpGet]
public IActionResult Login(string role)
{
    string jwtStr = string.Empty;
    bool suc = false;

    if (role != null)
    {
        // 将用户id和角色名，作为单独的自定义变量封装进 token 字符串中。
        TokenModel tokenModel = new TokenModel { Uid = "abcde", Role = role };
        jwtStr = JwtHelper.IssueJwt(tokenModel);//登录，获取到一定规则的 Token 令牌
        suc = true;
    }
    else
    {
        jwtStr = "login fail!!!";
    }

    return Ok(new
    {
        success = suc,
        token = jwtStr
    });
}

运行项目，使用swagger 调试login接口

 可以看到成功的获取了Token

Swagger中开启JWT服务

我们要测试 JWT 授权认证，就必定要输入 Token令牌，那怎么输入呢，平时的话，我们可以使用 Postman 来控制输入，就是在请求的时候，在 Header 中，添加Authorization属性，

但是我们现在使用了 Swagger 作为接口文档，那怎么输入呢，别着急， Swagger 已经帮我们实现了这个录入 Token令牌的功能。

在SwaggerSetUp.cs的AddSwaggerSetup方法的AddSwaggerGen服务中，增加以下代码：

 public static class SwaggerSetUp
 {
     public static void AddSwaggerSetup(this IServiceCollection services)
     {

         if (services == null) throw new ArgumentNullException(nameof(services));

         var ApiName = "Webapi.Core";

         services.AddSwaggerGen(c =>
         {
             c.SwaggerDoc("V1", new OpenApiInfo
             {
                 // {ApiName} 定义成全局变量，方便修改
                 Version = "V1",
                 Title = $"{ApiName} 接口文档——Netcore 3.0",
                 Description = $"{ApiName} HTTP API V1",

             });
             c.OrderActionsBy(o => o.RelativePath);

             // 获取xml注释文件的目录
             var xmlPath = Path.Combine(AppContext.BaseDirectory, "Webapi.Core.xml");
             c.IncludeXmlComments(xmlPath, true);//默认的第二个参数是false，这个是controller的注释，记得修改

             var xmlModelPath = Path.Combine(AppContext.BaseDirectory, "Webapi.Core.Model.xml");//这个就是Model层的xml文件名
             c.IncludeXmlComments(xmlModelPath);

             // 在header中添加token，传递到后台
             c.OperationFilter<SecurityRequirementsOperationFilter>();

             #region Token绑定到ConfigureServices
             c.AddSecurityDefinition("oauth2", new OpenApiSecurityScheme
             {
                 Description = "JWT授权(数据将在请求头中进行传输) 直接在下框中输入Bearer {token}（注意两者之间是一个空格）"",
                 Name = "Authorization",//jwt默认的参数名称
                 In = ParameterLocation.Header,//jwt默认存放Authorization信息的位置(请求头中)
                 Type = SecuritySchemeType.ApiKey
             });
             #endregion

         });

     }
 }

运行项目，就可以看到这个Token的入口了：

 

JWT授权认证

Setup文件夹新建AuthorizationSetup.cs,新建注册服务方法

namespace WebApi.Core.Api.SetUp
{
    public static class AuthorizationSetup
    {
        public static void AddAuthorizationSetup(this IServiceCollection services)
        {
            if (services == null) throw new ArgumentNullException(nameof(services));

            // 1【授权】、这个和上边的异曲同工，好处就是不用在controller中，写多个 roles 。
            // 然后这么写 [Authorize(Policy = "Admin")]
            services.AddAuthorization(options =>
            {
                options.AddPolicy("User", policy => policy.RequireRole("User").Build());
                options.AddPolicy("SystemOrAdmin", policy => policy.RequireRole("Admin", "System"));

            });

            //读取配置文件
            var symmetricKeyAsBase64 = ConfigHelper.GetSectionValue("ConnectionStrings:JwtSetting:SecretKey");
            var keyByteArray = Encoding.ASCII.GetBytes(symmetricKeyAsBase64);
            var signingKey = new SymmetricSecurityKey(keyByteArray);
            var Issuer = ConfigHelper.GetSectionValue("ConnectionStrings:JwtSetting:Issuer");
            var Audience = ConfigHelper.GetSectionValue("ConnectionStrings:JwtSetting:Audience");



            // 令牌验证参数
            var tokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
            {
                ValidateIssuerSigningKey = true,
                IssuerSigningKey = signingKey,
                ValidateIssuer = true,
                ValidIssuer = Issuer,//发行人
                ValidateAudience = true,
                ValidAudience = Audience,//订阅人
                ValidateLifetime = true,
                ClockSkew = TimeSpan.FromSeconds(30),
                RequireExpirationTime = true,
            };

            //2.1【认证】、core自带官方JWT认证
            // 开启Bearer认证
            services.AddAuthentication(o =>
            {
                o.DefaultAuthenticateScheme = JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme;
                o.DefaultChallengeScheme = JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme;

            })
             // 添加JwtBearer服务
             .AddJwtBearer(o =>
             {
                 o.TokenValidationParameters = tokenValidationParameters;
                 o.Events = new JwtBearerEvents
                 {
                     OnAuthenticationFailed = context =>
                     {
                         // 如果过期，则把<是否过期>添加到，返回头信息中
                         if (context.Exception.GetType() == typeof(SecurityTokenExpiredException))
                         {
                             context.Response.Headers.Add("Token-Expired", "true");
                         }
                         return Task.CompletedTask;
                     }
                 };
             });
        }
    }
}

startup.cs的ConfigureServices方法添加验证服务

//jwt授权验证
services.AddAuthorizationSetup();

Configure方法添加如下代码:

public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
{
    if (env.IsDevelopment())
    {
        app.UseDeveloperExceptionPage();
    }

    app.UseSwagger();
    app.UseSwaggerUI(c =>
    {
        c.SwaggerEndpoint($"/swagger/V1/swagger.json", "WebApi.Core V1");

        //路径配置，设置为空，表示直接在根域名（localhost:8001）访问该文件,注意localhost:8001/swagger是访问不到的，去launchSettings.json把launchUrl去掉，如果你想换一个路径，直接写名字即可，比如直接写c.RoutePrefix = "doc";
        c.RoutePrefix = "";
    });

    app.UseRouting();

    app.UseAuthentication();

    app.UseAuthorization();

    app.UseEndpoints(endpoints =>
    {
        endpoints.MapControllers();
        //endpoints.MapControllerRoute(
        //    name: "default",
        //    pattern: "{controller=Home}/{action=Index}/{id?}"
        //    );
    });
}

API接口授权策略

这里可以直接在api接口上，直接设置该接口所对应的角色权限信息：

 /// <summary>
 /// 需要Admin权限
 /// </summary>
 /// <returns></returns>
 [HttpGet]
 [Authorize(Roles = "Admin")]
 public IActionResult Admin()
 {
     return Ok("hello admin");
 }


 /// <summary>
 /// 需要System权限
 /// </summary>
 /// <returns></returns>
 [HttpGet]
 [Authorize(Roles = "System")]
 public IActionResult System()
 {
     return Ok("hello System");
 }

运行项目，获取一个Admin权限的token,并放到swagger 的权限验证按钮里面

 

 请求admin方法，可以访问

 请求system方法，访问失败，权限不足

 但是如果我们的接口需要对应多个角色的时候，我们就可以直接写多个：

/// <summary>
/// 需要System和Admin权限
/// </summary>
/// <returns></returns>
[HttpGet]
[Authorize(Policy = "SystemOrAdmin")]

public IActionResult SystemAndAdmin()
{
    return Ok("hello SystemOrAdmin");
}

 这里有一个情况，如果角色多的话，不仅不利于我们阅读，还可能在配置的时候少一两个role，比如这个 api接口1 少了一个 system 的角色，再比如那个 api接口2 把 Admin 角色写成了 Adnin 这种不必要的错误，那怎么办呢，欸！这个时候就出现了基于策略的授权机制：

我们在 AuthorizationSetup 中可以这么设置：

 这样的话，我们只需要在 controller 或者 action 上，直接写策略名就可以了：

/// <summary>
/// 需要System和Admin权限
/// </summary>
/// <returns></returns>
[HttpGet]
[Authorize(Policy = "SystemOrAdmin")]

public IActionResult SystemAndAdmin()
{
    return Ok("hello SystemOrAdmin");
}

运行项目，分别请求system和admin的token，发现都可以访问这个请求

解析Token

添加一个接口用来解析token：

/// <summary>
/// 解析Token
/// </summary>
/// <returns></returns>
[HttpGet]
[Authorize]
public IActionResult ParseToken()
{
    //需要截取Bearer 
    var tokenHeader = HttpContext.Request.Headers["Authorization"].ToString().Replace("Bearer ", "");
    var user = JwtHelper.SerializeJwt(tokenHeader);
    return Ok(user);

}

运行项目，生成一个Token，然后调用解析方法，可以看到程序解析了我们的Token

常见疑惑解析

1、JWT里会存在一些用户的信息，比如用户id、角色role 等等，这样会不会不安全，信息被泄露？

答：JWT 本来就是一种无状态的登录授权认证，用来替代每次请求都需要输入用户名+密码的尴尬情况，存在一些不重要的明文很正常，只要不把隐私放出去就行，就算是被动机不良的人得到，也做不了什么事情。

2、生成 JWT 的时候需要 secret ，但是 解密的时候 为啥没有用到 secret ？

答：secret的作用，主要是用来防止 token 被伪造和篡改的，想想上边的那个第一个问题，用户得到了你的令牌，获取到了你的个人信息，这个是没事儿的，他什么也干不了，但是如果用户自己随便的生成一个 token ，带上你的uid，岂不是随便就可以访问资源服务器了，所以这个时候就需要一个 secret 来生成 token，这样的话，就能保证数字签名的正确性。