asp.net core系列 60 Ocelot 构建服务认证示例

一.概述

　　在Ocelot中，为了保护下游api资源，用户访问时需要进行认证鉴权，这需要在Ocelot 网关中添加认证服务。添加认证后，ReRoutes路由会进行身份验证,并使用Ocelot的基于声明的功能。在Startup.cs中注册认证服务，为每个注册提供一个方案 (authenticationProviderKey身份验证提供者密钥)。

//下面是在网关项目中，添加认证服务
public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    var authenticationProviderKey = "TestKey";

    services.AddAuthentication()
        .AddJwtBearer(authenticationProviderKey, x =>
        {
            //..
        });
}

　　其中TestKey是此提供程序已注册的方案，将映射到ReRoute的配置中

      "AuthenticationOptions": {
            "AuthenticationProviderKey": "TestKey",
            "AllowedScopes": []
        }

　　当Ocelot运行时，会查看此configuration.json中的AuthenticationProviderKey节点，并检查是否使用给定密钥，该密钥是否已注册身份验证提供程序。如果没有，那么Ocelot将无法启动。如果有，则ReRoute将在执行时使用该提供程序。

　　本次示例有四个项目：

　　　　APIGateway网关项目　　http://localhost:9000

　　　　AuthServer项目生成jwt令牌服务　　http://localhost:9009

　　　　CustomerAPIServices 是web api项目　　http://localhost:9001

　　　　ClientApp项目 模拟客户端HttpClient 

　　当客户想要访问web api服务时，首先访问API网关的身份验证模块。我们需要首先访问AuthServer以获取访问令牌，以便我们可以使用access_token访问受保护的api服务。开源Github地址，  架构如下图所示:

　　

二. AuthServer项目

　　此服务主要用于，为用户请求受保护的api，需要的jwt令牌。生成jwt关键代码如下：

        /// <summary>
        ///用户使用 用户名密码 来请求服务器
        ///服务器进行验证用户的信息
        ///服务器通过验证发送给用户一个token
        ///客户端存储token，并在每次请求时附送上这个token值, headers: {'Authorization': 'Bearer ' + token}
        ///服务端验证token值，并返回数据
        /// </summary>
        /// <param name="name"></param>
        /// <param name="pwd"></param>
        /// <returns></returns>
        [HttpGet]
        public IActionResult Get(string name, string pwd)
        {
            //验证用户，通过后发送一个token
            if (name == "catcher" && pwd == "123")
            {

                var now = DateTime.UtcNow;

                //添加用户的信息，转成一组声明，还可以写入更多用户信息声明
                var claims = new Claim[]
                {
                    
                    //声明主题
                    new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Sub, name),
                    //JWT ID 唯一标识符
                    new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Jti, Guid.NewGuid().ToString()),
                    //发布时间戳 issued timestamp
                    new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Iat, now.ToUniversalTime().ToString(), ClaimValueTypes.Integer64)
                };

                //下面使用 Microsoft.IdentityModel.Tokens帮助库下的类来创建JwtToken

                //安全秘钥
                var signingKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(_settings.Value.Secret));

                //生成jwt令牌(json web token)
                var jwt = new JwtSecurityToken(
                    //jwt发行方
                    issuer: _settings.Value.Iss,
                    //jwt订阅者
                    audience: _settings.Value.Aud,
                    //jwt一组声明
                    claims: claims,
                    notBefore: now,
                    //jwt令牌过期时间
                    expires: now.Add(TimeSpan.FromMinutes(2)),
                    //签名凭证: 安全密钥、签名算法
                    signingCredentials: new SigningCredentials(signingKey, SecurityAlgorithms.HmacSha256)
                );
                //序列化jwt对象，写入一个字符串encodedJwt
                var encodedJwt = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwt);

                var responseJson = new
                {
                    access_token = encodedJwt,
                    expires_in = (int)TimeSpan.FromMinutes(2).TotalSeconds
                };
                //以json形式返回
                return Json(responseJson);
            }
            else
            {
                return Json("");
            }
        }
    }

　　

　　在之前讲IS4的第55篇中，讲ResourceOwnerPasswords项目，获取token也是要发送用户名和密码，那是由is4来完成，包括自动：验证用户，生成jwtToken。这里由System.IdentityModel.Tokens类库来生成jwtToken。最后返回jwt令牌token给用户。

　　当catcher用户请求：http://localhost:9009/api/auth?name=catcher&pwd=123服务时，产生jwt令牌token，下面是换了行的Token, 如下所示：

{"access_token":"eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
.eyJzdWIiOiJjYXRjaGVyIiwianRpIjoiZWJmNWIyZGItNDg5YS00OTBjLTk0NjUtODZmOTE5YWEzMDRjIiwiaWF0IjoiMjAxOS80LzI1IDE6NTc6MjAiLCJuYmYiOjE1NTYxNTc0NDAsImV4cC
　　I6MTU1NjE1NzU2MCwiaXNzIjoiaHR0cDovL3d3dy5jLXNoYXJwY29ybmVyLmNvbS9tZW1iZXJzL2NhdGNoZXItd29uZyIsImF1ZCI6IkNhdGNoZXIgV29uZyJ9
.O2jI7NSnothl9Agbr0VhmdoBsXhDEoxkYNOuGaSEkkg","expires_in":120}

 　　简单了解下JWT(JSON Web Token)，它是在Web上以JSON格式传输的Token。该Token被设计为紧凑声明表示格式，意味着字节少，它可以在GET URL中，Header中，Post Parameter中进行传输。

　　JWT一般由三段构成(Header.Payload.Signature)，用"."号分隔开，是base64编码的，可以把该字符串放到https://jwt.io/中进行查看，如下所示：

　　在Header中：alg:声明加密的算法，这里为HS256。typ:声明类型,这里为JWT。

　　在Payload中：　　

　　　　sub: 主题， jwt发布者名称。

　　　　jti: jwt的唯一身份标识，主要用来作为一次性token,从而回避重放攻击。也就是请求生成的token不一样。

　　　　iat: 签发时间

　　　　nbf: 在什么时间之前，该jwt都是不可用的,是时间戳格式。

　　　　exp：jwt的过期时间，这个过期时间必须要大于签发时间。

　　　　adu: 订阅者,接收jwt的一方。

　　　　iss:  jwt的发行方。

　　Signature(数字签名，防止信息被篡改)：

　　　　包含了：base64后的Header，Payload ，Secret，secret就是用来进行jwt的签发和jwt的验证。相当于服务端的私钥。该secret在示例中，用在AuthServer和CustomerAPIServices项目中。

三. CustomerAPIServices项目

　　在该web api 项目中启用身份验证来保护api服务，使用JwtBearer，将默认的身份验证方案设置为TestKey。添加身份验证代码如下：

 　　public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            //获取当前用户(订阅者)信息
            var audienceConfig = Configuration.GetSection("Audience");

            //获取安全秘钥
            var signingKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(audienceConfig["Secret"]));
            
            //token要验证的参数集合
            var tokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
            {
                //必须验证安全秘钥
                ValidateIssuerSigningKey = true,
                IssuerSigningKey = signingKey,

                //必须验证发行方
                ValidateIssuer = true,
                ValidIssuer = audienceConfig["Iss"],

                //必须验证订阅者
                ValidateAudience = true,
                ValidAudience = audienceConfig["Aud"],

                //是否验证Token有效期，使用当前时间与Token的Claims中的NotBefore和Expires对比
                ValidateLifetime = true,
                // 允许的服务器时间偏移量
                ClockSkew = TimeSpan.Zero,
                //是否要求Token的Claims中必须包含Expires
                RequireExpirationTime = true,
            };
            //添加服务验证，方案为TestKey
            services.AddAuthentication(o =>
            {
                o.DefaultAuthenticateScheme = "TestKey";
            })
            .AddJwtBearer("TestKey", x =>
             {
                 x.RequireHttpsMetadata = false;
                 ////在JwtBearerOptions配置中，IssuerSigningKey(签名秘钥)、ValidIssuer(Token颁发机构)、ValidAudience(颁发给谁)三个参数是必须的。
                 x.TokenValidationParameters = tokenValidationParameters;
             });

            services.AddMvc();
        }

　　

　　新建一个CustomersController类，在api方法中使用Authorize属性。

   [Route("api/[controller]")]
    public class CustomersController : Controller
    {
        //Authorize]:加了该标记，当用户请求时，需要发送有效的jwt
        [Authorize]
        [HttpGet]
        public IEnumerable<string> Get()
        {
            return new string[] { "Catcher Wong", "James Li" };
        }

        //未加授权标记，不受保护，任何用户都可以获取
        [HttpGet("{id}")]
        public string Get(int id)
        {
            return $"Catcher Wong - {id}";
        }
    }

 　　下面运行，在浏览器中直接访问http://localhost:9001/api/customers 报http 500错误，而访问http://localhost:9001/api/customers/1 则成功http 200，显示“Catcher Wong - 1”

四. APIGateway网关

　　添加认证服务，基本与CustomerAPIServices项目中的认证服务一样。代码如下：

　　public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            //获取当前用户(订阅者)信息
            var audienceConfig = Configuration.GetSection("Audience");
            //获取安全秘钥
            var signingKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(audienceConfig["Secret"]));
            
            //token要验证的参数集合
            var tokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
            {
                //必须验证安全秘钥
                ValidateIssuerSigningKey = true,
                IssuerSigningKey = signingKey,

                //必须验证发行方
                ValidateIssuer = true,
                ValidIssuer = audienceConfig["Iss"],

                //必须验证订阅者
                ValidateAudience = true,
                ValidAudience = audienceConfig["Aud"],

                //是否验证Token有效期，使用当前时间与Token的Claims中的NotBefore和Expires对比
                ValidateLifetime = true,

                // 允许的服务器时间偏移量
                ClockSkew = TimeSpan.Zero,

                //是否要求Token的Claims中必须包含Expires
                RequireExpirationTime = true,
            };
            //添加服务验证，方案为TestKey
            services.AddAuthentication(o =>
            {
                o.DefaultAuthenticateScheme = "TestKey";
            })
            .AddJwtBearer("TestKey", x =>
             {
                 x.RequireHttpsMetadata = false;
                 //在JwtBearerOptions配置中，IssuerSigningKey(签名秘钥)、ValidIssuer(Token颁发机构)、ValidAudience(颁发给谁)三个参数是必须的。
                 x.TokenValidationParameters = tokenValidationParameters;
             });
            //这里也可以使用IS4承载令牌
            /*
             var authenticationProviderKey = "TestKey";
             Action<IdentityServerAuthenticationOptions> options = o =>
            {
                 o.Authority = "https://whereyouridentityserverlives.com";
                 o.ApiName = "api";
                 o.SupportedTokens = SupportedTokens.Both;
                 o.ApiSecret = "secret";
             };
            services.AddAuthentication()
                .AddIdentityServerAuthentication(authenticationProviderKey, options);
            */


            //添加Ocelot网关服务时,包括Secret秘钥、Iss发布者、Aud订阅者
            services.AddOcelot(Configuration);
        }

　　在IS4中是由Authority参数指定OIDC服务地址，OIDC可以自动发现Issuer, IssuerSigningKey等配置，而o.Audience与x.TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters { ValidAudience = "api" }是等效的。

 　　下面应该修改configuration.json文件。添加一个名为AuthenticationOptions的新节点，并使AuthenticationProviderKey与我们在Startup类中定义的相同。

        "ReRoutes": [
      {
        "DownstreamPathTemplate": "/api/customers",
        "DownstreamScheme": "http",
        "DownstreamHostAndPorts": [
          {
            "Host": "localhost",
            "Port": 9001
          }
        ],
        "UpstreamPathTemplate": "/customers",
        "UpstreamHttpMethod": [ "Get" ],
        "AuthenticationOptions": {
          "AuthenticationProviderKey": "TestKey",
          "AllowedScopes": []
        }
      }

　　APIGateway网关项目和CustomerAPIServices项目的appsettings.json文件，都配置了订阅者信息如下：

{
    "Audience": {
        "Secret": "Y2F0Y2hlciUyMHdvbmclMjBsb3ZlJTIwLm5ldA==",
        "Iss": "http://www.c-sharpcorner.com/members/catcher-wong",
        "Aud": "Catcher Wong"
    }
}

五. ClientApp项目

　　最后使用的客户端应用程序，来模拟API网关的一些请求。首先，我们需要添加一个方法来获取access_token。

        /// <summary>
        /// 获取jwtToken
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private static string GetJwt()
        {
            HttpClient client = new HttpClient();

            //9000是网关，会自动转发到下游服务器，
            client.BaseAddress = new Uri( "http://localhost:9000");
            client.DefaultRequestHeaders.Clear();

            //转发到AuthServer的9009
            var res2 = client.GetAsync("/api/auth?name=catcher&pwd=123").Result;

            dynamic jwt = JsonConvert.DeserializeObject(res2.Content.ReadAsStringAsync().Result);

            return jwt.access_token;
        }

　　接着，编写了三段代码 ， 通过API Gateway网关， 来访问CustomerAPIServices项目中的api服务：

    static void Main(string[] args)
        {
            HttpClient client = new HttpClient();

            client.DefaultRequestHeaders.Clear();
            client.BaseAddress = new Uri("http://localhost:9000");

            // 1. 需要授权的api访问，没有token时,返回http状态401
            var resWithoutToken = client.GetAsync("/customers").Result;

            Console.WriteLine($"Sending Request to /customers , without token.");
            Console.WriteLine($"Result : {resWithoutToken.StatusCode}");

            //2. 需要授权的api访问，获取令牌请求api，返回http状态200正常
            client.DefaultRequestHeaders.Clear();
            Console.WriteLine("
Begin Auth....");
            var jwt = GetJwt();
            Console.WriteLine("End Auth....");
            Console.WriteLine($"
Token={jwt}");

            client.DefaultRequestHeaders.Add("Authorization", $"Bearer {jwt}");
            var resWithToken = client.GetAsync("/customers").Result;

            Console.WriteLine($"
Send Request to /customers , with token.");
            Console.WriteLine($"Result : {resWithToken.StatusCode}");
            Console.WriteLine(resWithToken.Content.ReadAsStringAsync().Result);

            //3.不需要授权的api访问，返回http状态200正常
            Console.WriteLine("
No Auth Service Here ");
            client.DefaultRequestHeaders.Clear();
            var res = client.GetAsync("/customers/1").Result;

            Console.WriteLine($"Send Request to /customers/1");
            Console.WriteLine($"Result : {res.StatusCode}");
            Console.WriteLine(res.Content.ReadAsStringAsync().Result);

            Console.Read();
        }

 　

　　参考文献

　　　　在ASP.NET核心中使用Ocelot构建API网关 - 身份验证

 　　　  官方文档