第 8 章 认证和安全
8.3 HTTPS
HTTP 协议能够在客户端和服务器之间传递信息，特点是以明文的方式发送内容，并不提供任何方式的数据加密
为了解决 HTTP 协议这一缺陷，需要使用另一种协议：HTTPS，它在 HTTP 的基础上加入了安全套接层 SSL 协议
SSL 层依靠证书来验证服务器的身份，并在传输层为浏览器和服务器之间的通信加密
自 ASP.NET Core 2.1 起，在默认情况下，所创建的 ASP.NET Core 应用程序都启用了 HTTPS
public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
{
if (env.IsDevelopment())
{
app.UseDeveloperExceptionPage();
}
else
{
app.UseHsts();
}
app.UseHttpsRedirection();
。。。
}
在 launchSettings.json 配置文件中也包含了 HTTPS 端口配置
"sslPort": 44304
"applicationUrl": "https://localhost:5001;http://localhost:5000",
HTTPS 重定向中间件会将所有的非安全请求重定向到安全的 HTTPS 协议上，它使用 HttpsRedirectionOptions 对象中的配置来进行重定向
namespace Microsoft.AspNetCore.HttpsPolicy
{
public class HttpsRedirectionOptions
{
public int RedirectStatusCode { get; set; } = 307;// 用于设置重定向时的状态码，默认值307 Temporary Redirect
public int? HttpsPort { get; set; }// 重定向URL中要用到的端口号
}
}
若要修改重定向选项，则可以在 ConfigureServices 方法中添加如下代码
services.AddHttpsRedirection(option =>
{
option.RedirectStatusCode = StatusCodes.Status307TemporaryRedirect;
option.HttpsPort = 5001;
}
);
HSTS 中间件使用 HSTS 来进一步保证客户端和服务器之间数据传输的安全，作用是强制客户端使用 HTTPS 与服务器建立链接，实现方式是在响应消息中添加 Strict-Transport-Security 消息头，该消息头可以使浏览器在接下来指定的时间内，强制当前域名只能通过 HTTPS 进行访问
services.AddHsts(options =>
{
options.IncludeSubDomains = true;// 表明该网站所有子域名也必须通过HTTPS协议来访问
options.Preload = true;// 可选参数，只有在申请将当前网站的域名加入浏览器内置列表时，才需要使用它
options.MaxAge = TimeSpan.FromDays(120);// 指定时间内，这个网站必须通过HTTPS协议来访问
options.ExcludedHosts.Clear();// 由于本地服务器不会使用HTTPS，为了查看效果，需要清除所有被排除的主机列表
});
之所以应该在正式环境中使用 HSTS，是因为 HSTS 配置会被浏览器缓存，因此不建议在开发环境中使用 HSTS
8.4 数据保护
Web 应用程序通常需要存储安全敏感数据，ASP.NET Core 提供了数据保护 API，用于加密和解密数据功能
数据保护 API 主要包含两个接口：IDataProtectionProvider 与 IDataProtector
IDataProtectionProvider 接口主要用于创建 IDataProtector 类型对象
namespace Microsoft.AspNetCore.DataProtection
{
public interface IDataProtectionProvider
{
IDataProtector CreateProtector(string purpose);
}
}
IDataProtector 接口用于执行实际的数据保护操作
namespace Microsoft.AspNetCore.DataProtection
{
public interface IDataProtector : IDataProtectionProvider
{
byte[] Protect(byte[] plaintext);
byte[] Unprotect(byte[] protectedData);
}
}
为了方便使用上述两个接口，在相同的命名空间中还包含了为它们定义的扩展方法
namespace Microsoft.AspNetCore.DataProtection
{
public static class DataProtectionCommonExtensions
{
public static IDataProtector CreateProtector(
this IDataProtectionProvider provider,
IEnumerable<string> purposes)
{
if (provider == null)
throw new ArgumentNullException(nameof (provider));
if (purposes == null)
throw new ArgumentNullException(nameof (purposes));
bool flag = true;
IDataProtectionProvider protectionProvider = provider;
foreach (string purpose in purposes)
{
if (purpose == null)
throw new ArgumentException(Resources.DataProtectionExtensions_NullPurposesCollection, nameof (purposes));
protectionProvider = (IDataProtectionProvider) (protectionProvider.CreateProtector(purpose) ?? CryptoUtil.Fail<IDataProtector>("CreateProtector returned null."));
flag = false;
}
if (flag)
throw new ArgumentException(Resources.DataProtectionExtensions_NullPurposesCollection, nameof (purposes));
return (IDataProtector) protectionProvider;
}
public static IDataProtector CreateProtector(
this IDataProtectionProvider provider,
string purpose,
params string[] subPurposes)
{
if (provider == null)
throw new ArgumentNullException(nameof (provider));
if (purpose == null)
throw new ArgumentNullException(nameof (purpose));
IDataProtector provider1 = provider.CreateProtector(purpose);
if (subPurposes != null && subPurposes.Length != 0)
provider1 = provider1 != null ? provider1.CreateProtector((IEnumerable<string>) subPurposes) : (IDataProtector) null;
return provider1 ?? CryptoUtil.Fail<IDataProtector>("CreateProtector returned null.");
}
public static IDataProtectionProvider GetDataProtectionProvider(
this IServiceProvider services)
{
if (services == null)
throw new ArgumentNullException(nameof (services));
IDataProtectionProvider service = (IDataProtectionProvider) services.GetService(typeof (IDataProtectionProvider));
if (service != null)
return service;
throw new InvalidOperationException(Resources.FormatDataProtectionExtensions_NoService((object) typeof (IDataProtectionProvider).FullName));
}
public static IDataProtector GetDataProtector(
this IServiceProvider services,
IEnumerable<string> purposes)
{
if (services == null)
throw new ArgumentNullException(nameof (services));
if (purposes == null)
throw new ArgumentNullException(nameof (purposes));
return services.GetDataProtectionProvider().CreateProtector(purposes);
}
public static IDataProtector GetDataProtector(
this IServiceProvider services,
string purpose,
params string[] subPurposes)
{
if (services == null)
throw new ArgumentNullException(nameof (services));
if (purpose == null)
throw new ArgumentNullException(nameof (purpose));
return services.GetDataProtectionProvider().CreateProtector(purpose, subPurposes);
}
public static string Protect(this IDataProtector protector, string plaintext)
{
if (protector == null)
throw new ArgumentNullException(nameof (protector));
if (plaintext == null)
throw new ArgumentNullException(nameof (plaintext));
try
{
byte[] bytes = EncodingUtil.SecureUtf8Encoding.GetBytes(plaintext);
return WebEncoders.Base64UrlEncode(protector.Protect(bytes));
}
catch (Exception ex) when (ex.RequiresHomogenization())
{
throw Error.CryptCommon_GenericError(ex);
}
}
public static string Unprotect(this IDataProtector protector, string protectedData)
{
if (protector == null)
throw new ArgumentNullException(nameof (protector));
if (protectedData == null)
throw new ArgumentNullException(nameof (protectedData));
try
{
byte[] protectedData1 = WebEncoders.Base64UrlDecode(protectedData);
byte[] bytes = protector.Unprotect(protectedData1);
return EncodingUtil.SecureUtf8Encoding.GetString(bytes);
}
catch (Exception ex) when (ex.RequiresHomogenization())
{
throw Error.CryptCommon_GenericError(ex);
}
}
}
}
前两个方法用于根据多个目的的字符串来创建 IDataProtector，后两个方法使用 IDataProtector 的 Protect 和 Unprotect 方法能够接受并返回字符串
要在程序中使用数据保护 API，需要先添加服务
services.AddDataProtection();
之后，在需要的位置，将 IDataProtectionProvider 接口注入即可
namespace WebApplication1.Controllers
{
[Route("api/[controller]")]
[ApiController]
public class ValueController : Controller
{
private List<Student> students = new List<Student>();
public IDataProtectionProvider DataProtectionProvider { get; set; }
public ValueController(IDataProtectionProvider dataProtectionProvider)
{
DataProtectionProvider = dataProtectionProvider;
students.Add(new Student
{
Id = "1",
Name = "Jim"
});
}
[HttpGet]
public ActionResult<IEnumerable<Student>> Get()
{
var protector = DataProtectionProvider.CreateProtector("ProtectResourceId");
var result = students.Select(s => new Student
{
Id = protector.Protect(s.Id),// 加密
Name = s.Name
});
return result.ToList();
}
[HttpGet]
public ActionResult<Student> Get(string id)
{
var protector = DataProtectionProvider.CreateProtector("ProtectResourceId");
var rawId = protector.Unprotect(id);// 解密
var targetItem = students.FirstOrDefault(s => s.Id == rawId);
return new Student {Id = id, Name = targetItem.Name};
}
}
public class Student
{
public string Id { get; set; }
public string Name { get; set; }
}
}
由于 IDataProtector 接口同样可同于创建 IDataProtector 对象，因此可以创建具有层次的 IDataProtector 对象
var protectorA = DataProtectionProvider.CreateProtector("A");
var protectorB = protectorA.CreateProtector("B");
var protectorC = protectorB.CreateProtector("C");
需要注意的是，在对数据解密时，必须使用与加密时相同的方式创建的 IDataProtector 对象
为了更方便地创建具有层次的 IDataProtector 对象，可以使用如下 IDataProtectionProvider 接口的扩展方法
DataProtectionProvider.CreateProtector("Parent", "Child");
如果使用上述 protectorC 对象加密信息，则可以使用如下方式进行解密
var content = protectorC.Protect("Hello");
var protector = DataProtectionProvider.CreateProtector("A", "B", "C");
var rawContent = protector.Unprotect(content);
使用 protectorC 加密的内容，可以使用 CreateProtector("A", "B", "C") 创建的 IDataProtector 进行解密。这种具有层次的 IDataProtector 在根据不同版本或不同用户保护数据时非常方便
var protectV1 = DataProtectionProvider.CreateProtector("DemoApp.ValueController", "v1");
var protectV2 = DataProtectionProvider.CreateProtector("DemoApp.ValueController", "v2");
为数据加密设置有效时间，在 Microsoft.AspNetCore.DataProtection 包中为 IDataProtector 接口定义了一个扩展方法
public static ITimeLimitedDataProtector ToTimeLimitedDataProtector(
this IDataProtector protector)
{
if (protector == null)
throw new ArgumentNullException(nameof (protector));
return protector is ITimeLimitedDataProtector limitedDataProtector ? limitedDataProtector : (ITimeLimitedDataProtector) new TimeLimitedDataProtector(protector);
}
该方法能够将 IDataProtector 对象转换为 ITimeLimitedDataProtector 类型的对象，为密文增加有效时间
ITimeLimitedDataProtector 接口定义如下
namespace Microsoft.AspNetCore.DataProtection
{
public interface ITimeLimitedDataProtector : IDataProtector, IDataProtectionProvider
{
ITimeLimitedDataProtector CreateProtector(string purpose);
byte[] Protect(byte[] plaintext, DateTimeOffset expiration);
byte[] Unprotect(byte[] protectedData, out DateTimeOffset expiration);
}
}
DateTimeOffset 类型参数表示有效期
以下示例展示了 ITimeLimitedDataProtector 的使用方法
var protector = DataProtectionProvider.CreateProtector("testing").ToTimeLimitedDataProtector();
var content = protector.Protect("Hello", DateTimeOffset.Now.AddMinutes(10));
// 等待一段时间
try
{
var rawContent = protector.Unprotect(content, out DateTimeOffset expiration);
}
catch (CryptographicException ex)
{
Logger.logError(ex.Message, ex);
}
Microsoft.AspNetCore.DataProtection 包中还提供了 EphemeralDataProtectionProvider 类，作为 IDataProtectionProvider 接口的一个实现，它的加密和解密功能具有“一次性”的特点，当密文不需要持久化时，可以使用这种方式
private void EphemeralDataProtectionTest()
{
const string Purpose = "DemoPurpose";
EphemeralDataProtectionProvider provider = new EphemeralDataProtectionProvider();
var protector = provider.CreateProtector(Purpose);
var content = protector.Protect("Hello");
var rawContent = protector.Unprotect(content);
EphemeralDataProtectionProvider provider2 = new EphemeralDataProtectionProvider();
var protector2 = provider2.CreateProtector(Purpose);
rawContent = protector2.Unprotect(content);// 这里会出现异常
}
对于第二个 EphemeralDataProtectionProvider 尽管创建了 IDataProtector 时，使用了相同的字符串，但由于是不同的实例，因此尝试解密第一个对象加密的内容时，将会出错，抛出 CryptographicException 异常
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