一.前言
权限验证在开发中是经常遇到的，通常也是封装好的模块，如果我们是使用者，通常指需要一个标记特性或者配置一下就可以完成，但实际里面还是有许多东西值得我们去探究。有时候我们也会用一些开源的权限验证框架，不过能自己实现一遍就更好，自己开发的东西成就感（逼格）会更高一些。进入主题，本篇主要是介绍接口端的权限验证，这个部分每个项目都会用到，所以最好就是也把它插件化，放在Common中，新的项目就可以直接使用了。基于web的验证之前也写过这篇，有兴趣的看一下ASP.NET MVC Form验证。
二.简介
对于我们系统来说，提供给外部访问的方式有多种，例如通过网页访问，通过接口访问等。对于不同的操作，访问的权限也不同，如：
1. 可直接访问。对于一些获取数据操作不影响系统正常运行的和数据的，多余的验证是没有必要的，这个时候可以直接访问，例如获取当天的天气预报信息，获取网站的统计信息等。
2. 基于表单的web验证。对于网站来说，有些网页需要我们登录才可以操作，http请求是无状态，用户每次操作都登录一遍也是不可能的，这个时候就需要将用户的登录状态记录在某个地方。基于表单的验证通常是把登录信息记录在Cookie中，Cookie每次会随请求发送到服务端，以此来进行验证。例如博客园，会把登录信息记录在一个名称为.CNBlogsCookie的Cookie中(F12可去掉cookie观察效果)，这是一个经过加密的字符串，服务端会进行解密来获取相关信息。当然虽然进行加密了，但请求在网络上传输，依据可能被窃取，应对这一点，通常是使用https，它会对请求进行非对称加密，就算被窃取，也无法直接获得我们的请求信息，大大提高了安全性。可以看到博客园也是基于https的。
3. 基于签名的api验证。对于接口来说，访问源可能有很多，网站、移动端和桌面程序都有可能，这个时候就不能通过cookie来实现了。基于签名的验证方式理论很简单，它有几个重要的参数：appkey, random,timestamp,secretkey。secretkey不随请求传输，服务端会维护一个 appkey-secretkey 的集合。例如要查询用户余额时，请求会是类似：/api/user/querybalance?userid=1&appkey=a86790776dbe45ca9032fc59bbc351cb&random=191×tamp=14826791236569260&sign=09d72f207ba8ca9c0fd0e5f8523340f5
参数解析：
1.appkey用于给服务端找到对应的secretkey。有时候我们会分配多对appkey-secretkey，例如安卓分一对，ios分一对。
2.random、timestamp是为了防止重放攻击的（Repaly Attacks），这是为了避免请求被窃取后，攻击者通过分析后破解后，再次发起恶意请求。参数timestamp时间戳是必须的，所谓时间戳是指从1970-1-1至当前的总秒数。我们规定一个时间，例如20分钟，超过20分钟就算过期，如果当前时间与这个时间戳的间隔超过20分钟，就拒绝。random不是必须的，但有了它也可以更好防止重放攻击，理论上来说，timestamp+random应该是唯一的，这个时候我们可以将其作为key缓存在redis，如果通过请求的timestamp+random能在规定时间获取到，就拒绝。这里还有个问题，客户端与服务端时间不同步怎么办？这个可以要求客户端校正时间，或者把过期时间调大，例如30分钟才算过期，再或者可以使用网络时间。防止重放攻击也是很常见的，例如你可以把手机时间调到较早前一个时间，再使用手机银行，这个时候就会收到error了。
3.sign签名是通过一定规则生成，在这里我用sign=md5(httpmethod+url+timestamp+参数字符串+secretkey)生成。服务端接收到请求后，先通过appkey找到secretkey，进行同样拼接后进行hash，再与请求的sign进行比较，不一致则拒绝。这里需要注意的是，虽然我们做了很多工作，但依然不能阻止请求被窃取；我把timestamp参与到sign的生成，因为timestamp在请求中是可见的，请求被窃取后它完全可以被修改并再次提交，如果我们把它参与到sign的生成，一旦修改，sign也就不一样了，提高了安全性。参数字符串是通过请求参数拼接生成的字符串，目的也是类似的，防止参数被篡改。例如有三个参数a=1,b=3,c=2，那么参数字符串=a1b3c2，也可以通过将参数按值进行排序再拼接生成参数字符串。
使用例子，最近刚好在使用友盟的消息推送服务，可以看到它的签名生成规则如下，与我们介绍是类似的。
三.编码实现
这里还是通过Action Filter来实现的，具体可以看通过源码了解ASP.NET MVC 几种Filter的执行过程介绍。通过上面的简介，这里的代码虽多，但很容易理解了。ApiAuthorizeAttribute 是标记在Action或者Controller上的，定义如下
[AttributeUsage(AttributeTargets.Class | AttributeTargets.Method)]
public class ApiAuthorizeAttribute : ApiBaseAuthorizeAttribute
{
private static string[] _keys = new string[] { "appkey", "timestamp", "random", "sign" };
public override void OnAuthorization(AuthorizationContext context)
{
//是否允许匿名访问
if (context.ActionDescriptor.IsDefined(typeof(AllowAnonymousAttribute), false))
{
return;
}
HttpRequestBase request = context.HttpContext.Request;
string appkey = request[_keys[0]];
string timestamp = request[_keys[1]];
string random = request[_keys[2]];
string sign = request[_keys[3]];
ApiStanderConfig config = ApiStanderConfigProvider.Config;
if(string.IsNullOrEmpty(appkey))
{
SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.MissAppKey);
return;
}
if (string.IsNullOrEmpty(timestamp))
{
SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.MissTimeStamp);
return;
}
if (string.IsNullOrEmpty(random))
{
SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.MissRamdon);
return;
}
if(string.IsNullOrEmpty(sign))
{
SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.MissSign);
return;
}
//验证key
string secretKey = string.Empty;
if(!SecretKeyContainer.Container.TryGetValue(appkey, out secretKey))
{
SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.KeyNotFound);
return;
}
//验证时间戳(时间戳是指1970-1-1到现在的总秒数)
long lt = 0;
if (!long.TryParse(timestamp, out lt))
{
SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.TimeStampTypeError);
return;
}
long now = DateTime.Now.Subtract(new DateTime(1970, 1, 1)).Ticks;
if (now - lt > new TimeSpan(0, config.Minutes, 0).Ticks)
{
SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.PastRequet);
return;
}
//验证签名
//httpmethod + url + 参数字符串 + timestamp + secreptkey
MD5Hasher md5 = new MD5Hasher();
string parameterStr = GenerateParameterString(request);
string url = request.Url.ToString();
url = url.Substring(0, url.IndexOf('?'));
string serverSign = md5.Hash(request.HttpMethod + url + parameterStr + timestamp + secretKey);
if(sign != serverSign)
{
SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.ErrorSign);
return;
}
}
private string GenerateParameterString(HttpRequestBase request)
{
string parameterStr = string.Empty;
var collection = request.HttpMethod == "GET" ? request.QueryString : request.Form;
foreach(var key in collection.AllKeys.Except(_keys))
{
parameterStr += key + collection[key] ?? string.Empty;
}
return parameterStr;
}
}
下面会对这段核心代码进行解析。ApiStanderConfig包装了一些配置信息，例如上面我们说到的过期时间是20分钟，但我们希望可以在模块外部进行自定义。所以通过一个ApiStanderConfig来包装，通过ApiStanderConfigProvider来注册和获取。ApiStanderConfig和ApiStanderConfigProvider的定义如下
public class ApiStanderConfig
{
public int Minutes { get; set; }
}
public class ApiStanderConfigProvider
{
public static ApiStanderConfig Config { get; private set; }
static ApiStanderConfigProvider()
{
Config = new ApiStanderConfig()
{
Minutes = 20
};
}
public static void Register(ApiStanderConfig config)
{
Config = config;
}
}
前面介绍到服务端会维护一个appkey-secretkey的集合，这里通过一个SecretKeyContainer实现，它的Container就是一个字典集合，定义如下
public class SecretKeyContainer
{
public static Dictionary<string, string> Container { get; private set; }
static SecretKeyContainer()
{
Container = new Dictionary<string, string>();
}
public static void Register(string appkey, string secretKey)
{
Container.Add(appkey, secretKey);
}
public static void Register(Dictionary<string, string> set)
{
foreach(var key in set)
{
Container.Add(key.Key, key.Value);
}
}
}
可以看到，上面有很多的条件判断，并且错误会有不同的描述。所以我定义了一个ApiUnAuthorizeType错误类型枚举和DescriptionAttribute标记，如下：
public enum ApiUnAuthorizeType
{
[Description("时间戳类型错误")]
TimeStampTypeError = 1000,
[Description("appkey缺失")]
MissAppKey = 1001,
[Description("时间戳缺失")]
MissTimeStamp = 1002,
[Description("随机数缺失")]
MissRamdon = 1003,
[Description("签名缺失")]
MissSign = 1004,
[Description("appkey不存在")]
KeyNotFound = 1005,
[Description("过期请求")]
PastRequet = 1006,
[Description("错误的签名")]
ErrorSign = 1007
}
public class DescriptionAttribute : Attribute
{
public string Description { get; set; }
public DescriptionAttribute(string description)
{
Description = description;
}
}
当验证不通过时，会调用SetUnAuthorizedResult，并且请求不需再进行下去了。这个方法是在基类中实现的，如下
public class ApiBaseAuthorizeAttribute : AuthorizeAttribute
{
protected virtual void SetUnAuthorizedResult(AuthorizationContext context, ApiUnAuthorizeType type)
{
UnAuthorizeHandlerProvider.ApiHandler(context, type);
HandleUnauthorizedRequest(context);
}
protected override void HandleUnauthorizedRequest(AuthorizationContext filterContext)
{
if (filterContext.Result != null)
{
return;
}
base.HandleUnauthorizedRequest(filterContext);
}
}
可以看到，它通过一个委托根据错误类型处理结果，UnAuthorizeHandlerProvider定义如下
public class UnAuthorizeHandlerProvider
{
public static Action<AuthorizationContext, ApiUnAuthorizeType> ApiHandler { get; private set; }
static UnAuthorizeHandlerProvider()
{
ApiHandler = ApiUnAuthorizeHandler.Handler;
}
public static void Register(Action<AuthorizationContext, ApiUnAuthorizeType> action)
{
ApiHandler = action;
}
}
它默认通过ApiUnAuthorizeHandler.Handler来处理结果，但也可以在模块外部进行注册。默认的处理为ApiUnAuthorizeHandler.Handler，如下
public class ApiUnAuthorizeHandler
{
public readonly static Action<AuthorizationContext, ApiUnAuthorizeType> Handler = (context, type) =>
{
context.Result = new StanderJsonResult()
{
Result = FastStatnderResult.Fail(type.GetDescription(), (int)type)
};
};
}
它的操作就是返回一个json结果。type.GetDescription是一个扩展方法，目的就是获取DescriptionAttribute的描述信息，如下
public static class EnumExt
{
public static string GetDescription(this Enum e)
{
Type type = e.GetType();
var attributes = type.GetField(e.ToString()).GetCustomAttributes(typeof(DescriptionAttribute), false) as DescriptionAttribute[];
if(attributes.IsNullOrEmpty())
{
return null;
}
return attributes[0].Description;
}
}
这里还涉及到几个json相关对象，但它们应该不影响阅读。StanderResult, FastStanderResult, StanderJsonResult，有兴趣也可以看一下，在实际项目中有很多地方都可以用到它们，可以标准和简化许多操作。如下
public class StanderResult
{
public bool IsSuccess { get; set; }
public object Data { get; set; }
public string Description { get; set; }
public int Code { get; set; }
}
public static class FastStatnderResult
{
private static StanderResult _success = new StanderResult() { IsSuccess = true };
public static StanderResult Success()
{
return _success;
}
public static StanderResult Success(object data, int code = 0)
{
return new StanderResult() { IsSuccess = true, Data = data, Code = code };
}
public static StanderResult Fail()
{
return new StanderResult() { IsSuccess = false };
}
public static StanderResult Fail(string description, int code = 0)
{
return new StanderResult() { IsSuccess = false, Description = description, Code = code };
}
}
public class StanderJsonResult : ActionResult
{
public StanderResult Result { get; set; }
public string ContentType { get; set; }
public Encoding Encoding { get; set; }
public override void ExecuteResult(ControllerContext context)
{
HttpResponseBase response = context.HttpContext.Response;
response.ContentType = string.IsNullOrEmpty(ContentType) ?
"application/json" : ContentType;
if (Encoding != null)
{
response.ContentEncoding = Encoding;
}
string json = JsonConvert.SerializeObject(Result);
response.Write(json);
}
}
四.例子
我们在程序初始化时注册appkey-secretkey，如
//注册appkey-secretkey
string[] appkey1 = ConfigurationReader.GetStringValue("appkey1").Split(',');
SecretKeyContainer.Container.Add(appkey1[0], appkey1[1]);
下面的使用就很简单了，标记需要验证的接口。如
[ApiAuthorize]
public ActionResult QueryBalance(int userId)
{
return Json("查询成功");
}
我们在网页输入链接测试：如
1.输入过期时间会提示{"IsSuccess":false,"Data":null,"Description":"过期请求","Code":1006}
2.输入错误签名会提示{"IsSuccess":false,"Data":null,"Description":"错误的签名","Code":1007}
只有所有验证都成功时才可以访问。
当然实际项目的验证可能会更复杂一些，条件也会更多一些，不过都可以在此基础上进行扩展。如上面所说，这种算法可以保证请求是合法的，而且参数不被篡改，但还是无法保证请求不被窃取，要实现更高的安全性还是需要使用https。