【什么是JWT】
JSON Web Token（JWT）是目前最流行的跨域身份验证解决方案。
JWT的官网地址：https://jwt.io/
通俗地来讲，JWT是能代表用户身份的令牌，可以使用JWT令牌在api接口中校验用户的身份以确认用户是否有访问api的权限。
JWT中包含了身份认证必须的参数以及用户自定义的参数，JWT可以使用秘密（使用HMAC算法）或使用RSA或ECDSA的公钥/私钥对进行签名。
【什么时候应该使用JSON Web令牌？】
-
授权：这是使用JWT的最常见方案。一旦用户登录，每个后续请求将包括JWT，允许用户访问该令牌允许的路由，服务和资源。Single Sign On是一种现在广泛使用JWT的功能，因为它的开销很小，并且能够在不同的域中轻松使用。
-
信息交换：JSON Web令牌是在各方之间安全传输信息的好方法。因为JWT可以签名 - 例如，使用公钥/私钥对 - 您可以确定发件人是他们所说的人。此外，由于使用标头和有效负载计算签名，您还可以验证内容是否未被篡改。
【JWT有什么优势？】
我们先看我们传统的身份校验方式
- 用户向服务器发送用户名和密码。
- 服务器验证通过后，在当前对话（session）里面保存相关数据，比如用户角色、登录时间等等。
- 服务器向用户返回一个 session_id，写入用户的 Cookie。
- 用户随后的每一次请求，都会通过 Cookie，将 session_id 传回服务器。
- 服务器收到 session_id，找到前期保存的数据，由此得知用户的身份。
这种模式的问题在于，扩展性（scaling）不好。单机当然没有问题，如果是服务器集群，或者是跨域的服务导向架构，就要求 session 数据共享，每台服务器都能够读取 session。如果session存储的节点挂了，那么整个服务都会瘫痪，体验相当不好，风险也很高。
相比之下，JWT的实现方式是将用户信息存储在客户端，服务端不进行保存。每次请求都把令牌带上以校验用户登录状态，这样服务就变成了无状态的，服务器集群也很好扩展。
【JWT令牌结构】
在紧凑的形式中，JSON Web Tokens由dot（.）分隔的三个部分组成，它们是：
- Header 头
- Payload 有效载荷
- Signature 签名
因此，JWT通常如下所示：
xxxxx.yyyyy.zzzzz
1.Header 头
标头通常由两部分组成：令牌的类型，即JWT，以及正在使用的签名算法，例如HMAC SHA256或RSA。
例如：
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
然后，这个JSON被编码为Base64Url，形成JWT的第一部分。
2.Payload 有效载荷
Payload 部分也是一个 JSON 对象，用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段，供选用。
-
iss (issuer)：签发人
-
exp (expiration time)：过期时间
-
sub (subject)：主题
-
aud (audience)：受众
-
nbf (Not Before)：生效时间
-
iat (Issued At)：签发时间
-
jti (JWT ID)：编号
除了官方字段，你还可以在这个部分定义私有字段，下面就是一个例子。例如：
{
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"admin": true
}
注意，JWT 默认是不加密的，任何人都可以读到，所以不要把秘密信息放在这个部分。这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。
3.Signature 签名
Signature 部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。
首先，需要指定一个密钥（secret）。这个密钥只有服务器才知道，不能泄露给用户。然后，使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256），按照下面的公式产生签名。
HMACSHA256( base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)
签名用于验证消息在此过程中未被更改，并且，在使用私钥签名的令牌的情况下，它还可以验证JWT的发件人是否是它所声称的人。
把他们三个全部放在一起
输出是三个由点分隔的Base64-URL字符串，可以在HTML和HTTP环境中轻松传递，而与基于XML的标准（如SAML）相比更加紧凑。
下面显示了一个JWT，它具有先前的头和有效负载编码，并使用机密签名。
如果您想使用JWT并将这些概念付诸实践，您可以使用jwt.io Debugger来解码，验证和生成JWT。
【JSON Web令牌如何工作？】
在身份验证中，当用户使用其凭据成功登录时，将返回JSON Web令牌。由于令牌是凭证，因此必须非常小心以防止出现安全问题。一般情况下，您不应该将令牌保留的时间超过要求。
每当用户想要访问受保护的路由或资源时，用户代理应该使用承载模式发送JWT，通常在Authorization标头中。标题的内容应如下所示：
Authorization: Bearer <token>
在某些情况下，这可以是无状态授权机制。服务器的受保护路由将检查Authorization标头中的有效JWT ，如果存在，则允许用户访问受保护资源。如果JWT包含必要的数据，则可以减少查询数据库以进行某些操作的需要，尽管可能并非总是如此。
如果在标Authorization头中发送令牌，则跨域资源共享（CORS）将不会成为问题，因为它不使用cookie。
下图显示了如何获取JWT并用于访问API或资源：
- 应用程序向授权服务器请求授权
- 校验用户身份，校验成功，返回token
- 应用程序使用访问令牌访问受保护的资源
【ASP.Net Core 集成JWT】
前面我们介绍了JWT的原理，下面我们在asp.net core实际项目中集成JWT。
首先我们新建一个Demo asp.net core 空web项目
添加数据访问模拟api，ValuesController
其中api/value1是可以直接访问的，api/value2添加了权限校验特性标签 [Authorize]
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Authorization;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
namespace Demo.Jwt.Controllers
{
[ApiController]
public class ValuesController : ControllerBase
{
[HttpGet]
[Route("api/value1")]
public ActionResult<IEnumerable<string>> Get()
{
return new string[] { "value1", "value1" };
}
[HttpGet]
[Route("api/value2")]
[Authorize]
public ActionResult<IEnumerable<string>> Get2()
{
return new string[] { "value2", "value2" };
}
}
}
添加模拟登陆，生成Token的api，AuthController
这里模拟一下登陆校验，只验证了用户密码不为空即通过校验，真实环境完善校验用户和密码的逻辑。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IdentityModel.Tokens.Jwt;
using System.Linq;
using System.Security.Claims;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Authorization;
using Microsoft.AspNetCore.Http;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using Microsoft.IdentityModel.Tokens;
namespace Demo.Jwt.Controllers
{
[Route("api/[controller]")]
[ApiController]
public class AuthController : ControllerBase
{
[AllowAnonymous]
[HttpGet]
public IActionResult Get(string userName, string pwd)
{
if (!string.IsNullOrEmpty(userName) && !string.IsNullOrEmpty(pwd))
{
var claims = new[]
{
new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Nbf,$"{new DateTimeOffset(DateTime.Now).ToUnixTimeSeconds()}") ,
new Claim (JwtRegisteredClaimNames.Exp,$"{new DateTimeOffset(DateTime.Now.AddMinutes(30)).ToUnixTimeSeconds()}"),
new Claim(ClaimTypes.Name, userName)
};
var key = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes(Const.SecurityKey));
var creds = new SigningCredentials(key, SecurityAlgorithms.HmacSha256);
var token = new JwtSecurityToken(
issuer: Const.Domain,
audience: Const.Domain,
claims: claims,
expires: DateTime.Now.AddMinutes(30),
signingCredentials: creds);
return Ok(new
{
token = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(token)
});
}
else
{
return BadRequest(new { message = "username or password is incorrect." });
}
}
}
}
Startup添加JWT验证的相关配置
using Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer;
using Microsoft.AspNetCore.Builder;
using Microsoft.AspNetCore.Hosting;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using Microsoft.Extensions.Configuration;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using Microsoft.IdentityModel.Tokens;
using System;
using System.Text;
namespace Demo.Jwt
{
public class Startup
{
public Startup(IConfiguration configuration)
{
Configuration = configuration;
}
public IConfiguration Configuration { get; }
// This method gets called by the runtime. Use this method to add services to the container.
public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
//添加jwt验证：
services.AddAuthentication(JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme)
.AddJwtBearer(options => {
options.TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
{
ValidateIssuer = true,//是否验证Issuer
ValidateAudience = true,//是否验证Audience
ValidateLifetime = true,//是否验证失效时间
ClockSkew = TimeSpan.FromSeconds(30),
ValidateIssuerSigningKey = true,//是否验证SecurityKey
ValidAudience = Const.Domain,//Audience
ValidIssuer = Const.Domain,//Issuer，这两项和前面签发jwt的设置一致
IssuerSigningKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes(Const.SecurityKey))//拿到SecurityKey
};
});
services.AddMvc().SetCompatibilityVersion(CompatibilityVersion.Version_2_2);
}
// This method gets called by the runtime. Use this method to configure the HTTP request pipeline.
public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env)
{
///添加jwt验证
app.UseAuthentication();
if (env.IsDevelopment())
{
app.UseDeveloperExceptionPage();
}
app.UseMvc(routes =>
{
routes.MapRoute(
name: "default",
template: "{controller=Home}/{action=Index}/{id?}");
});
}
}
}
最后把代码里面用到的一些相关常量也粘贴过来，Const.cs
namespace Demo.Jwt
{
public class Const
{
/// <summary>
/// 这里为了演示，写死一个密钥。实际生产环境可以从配置文件读取,这个是用网上工具随便生成的一个密钥
/// </summary>
public const string SecurityKey = "MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDI2a2EJ7m872v0afyoSDJT2o1+SitIeJSWtLJU8/Wz2m7gStexajkeD+Lka6DSTy8gt9UwfgVQo6uKjVLG5Ex7PiGOODVqAEghBuS7JzIYU5RvI543nNDAPfnJsas96mSA7L/mD7RTE2drj6hf3oZjJpMPZUQI/B1Qjb5H3K3PNwIDAQAB";
public const string Domain = "http://localhost:5000";
}
}
到这里，已经是我们项目的所有代码了。
如果需要完整的项目代码，Github地址：https://github.com/sevenTiny/Demo.Jwt
【JWT测试】
我们找一个趁手的工具，比如fiddler，然后把我们的web站点运行起来
首先调用无权限的接口：http://localhost:5000/api/value1
正确地返回了数据，那么接下来我们测试JWT的流程
1. 无权限
首先我们什么都不加调用接口：http://localhost:5000/api/value2
返回了状态码401，也就是未经授权:访问由于凭据无效被拒绝。 说明JWT校验生效了，我们的接口收到了保护。
2.获取Token
调用模拟登陆授权接口：http://localhost:5000/api/Auth?userName=zhangsan&pwd=123
这里的用户密码是随便写的，因为我们模拟登陆只是校验了下非空，因此写什么都能通过
成功得到了响应
然后我们得到了一个xxx.yyy.zzz 格式的 token 值。我们把token复制出来
3.在刚才401的接口请求HEADER中添加JWT的参数，把我们的token加上去
再次调用我们的模拟数据接口，但是这次我们加了一个HEADER：http://localhost:5000/api/value2
把内容粘出来
User-Agent: Fiddler Host: localhost:5000 Authorization: Bearer eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJuYmYiOiIxNTYwMzQ1MDIxIiwiZXhwIjoxNTYwMzQ2ODIxLCJodHRwOi8vc2NoZW1hcy54bWxzb2FwLm9yZy93cy8yMDA1LzA1L2lkZW50aXR5L2NsYWltcy9uYW1lIjoiemhhbmdzYW4iLCJpc3MiOiJodHRwOi8vbG9jYWxob3N0OjUwMDAiLCJhdWQiOiJodHRwOi8vbG9jYWxob3N0OjUwMDAifQ.x7Slk4ho1hZc8sR8_McVTB6VEYLz_v-5eaHvXtIDS-o
这里需要注意 Bearer 后面是有一个空格的，然后就是我们上一步获取到的token
嗯，没有401了，成功返回了数据
4.JWT的Token过期
我们且倒一杯开水，坐等30分钟（我们代码中设置的过期时间），然后再次调用数据接口：http://localhost:5000/api/value2
又变成了401，我们看下详细的返回数据
这里有标注，错误描述 token过期，说明我们设置的token过期时间生效了
5.JWT添加自定义的参数（比如带上用户信息)
假如我们想在认证通过的时候，直接从jwt的token中获取到登陆的用户名，该怎么操作呢？
首先在我们的获取token 的api接口里面添加一个Claim节点，key可以随便给，也可以使用已经提供好的一些预置Key，value是我们登陆的userName（仅作为演示）
然后在我们的模拟数据接口获取自定义参数
这里使用HttpContext的授权扩展方法，拿到认证的信息，我们来看下结果
请求成功返回，并且也拿到了我们一开始写入的userName
【评论区的一些问题】
1.token过期了怎么办?
token过期了说明登陆信息已经过期，需要重新登陆，跳转到登录页重新登陆获取新的token。（当然自动刷新token除外）
2.如何交换新的token
如果要保证token长期有效，可以前端在过期前调用登陆接口刷新token。或者使用SignalR轮询，定期刷新token。
3.如何强制token失效？
我们有个ValidAudience（接收人），可以利用这个标准参数，登陆时候生成一个GUID，在数据库/Redis/xxx存一份，然后验证接口的时候再把这个值拿出来去一起校验。如果值变了校验就失败了，当然，重新登陆就会刷新这个值，所以只要重新登陆，旧的token也就失效了。
4.如何应用到集群模式
当前Demo里面，我们验证jwt的所有参数都是Const常量写死的，但是在真实生产环境都是可以走统一的配置中心，所以集群场景下，一个token可以在多个服务上被验证通过，因为校验token正确的密钥和相关参数都是从配置中心获取的。
【结束】
到这里，我们JWT的简介以及asp.net core 集成JWT已经完美完成，当然了这只是一个demo，在实际的应用中需要补充和完善的地方还有很多。
这一篇文章中评论区的一些疑问我放在了下一篇文章逐一解决，有兴趣的朋友请移步下文：asp.net core 集成JWT（二）token的强制失效，基于策略模式细化api权限
如果想要完整项目源码的，可以参考地址：https://github.com/sevenTiny/Demo.Jwt