Nancy基于JwtBearer认证的使用与实现

Nancy基于JwtBearer认证的使用与实现
前言

最近在看JSON Web Token(Jwt)相关的东西，但是发现在Nancy中直接使用Jwt的组件比较缺乏，所以就在空闲时间写了一个。

这个组件是开源的，不过目前只支持.NET Core，后续有时间再考虑兼容，欢迎Start和提Issue。组件也已经上传到NuGet了，可以直接安装使用。

项目地址：https://github.com/hwqdt/Nancy.Authentication.JwtBearer

NuGet地址：https://www.nuget.org/packages/Nancy.Authentication.JwtBearer/

前面也写过在ASP.NET Core中使用的Jwt的博文，只是因为当时为了练习Middleware ，所以是用Middleware来处理的，实际使用是不需要那么麻烦的！

毕竟是一个Action就可以搞定的事，希望没有误导大家。

下面简单介绍一下如何使用这个组件以及这个组件是怎么实现的。

简单使用

第一步，用VS创建一个空的ASP.NET Core Web Application

第二步，安装相关的NuGet包

通过命令在Package Manager Console执行安装下面的包，也可以用图形界面来完成这一步操作。
```
Install-Package Microsoft.AspNetCore.Owin -Version 1.1.2 
Install-Package Nancy -Pre
Install-Package Nancy.Authentication.JwtBearer 
```
其中，Microsoft.AspNetCore.Owin和Nancy是基础包，Nancy.Authentication.JwtBearer是等下要用到的组件包。

第三步，修改Startup，添加对Nancy的支持。
```
public class Startup
{        
    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {            
        app.UseOwin(x=>x.UseNancy());
    }
}
```
第四步，添加一个Module来验证Nancy是否可以正常使用
```
public class MainModule : NancyModule
{
    public MainModule()
    {
        Get("/",_=> 
        {
            return "test";
        });
    }
}
```
正常情况下，这个时候运行项目是OK的，大致效果如下：

下面一步就是添加一个Bootstrapper用于启用JwtBearer验证。
```
public class DemoBootstrapper :  DefaultNancyBootstrapper
{
    protected override void ApplicationStartup(TinyIoCContainer container, IPipelines pipelines)
    {
        base.ApplicationStartup(container, pipelines);

        var keyByteArray = Encoding.ASCII.GetBytes("Y2F0Y2hlciUyMHdvbmclMjBsb3ZlJTIwLm5ldA==");
        var signingKey = new SymmetricSecurityKey(keyByteArray);

        var tokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
        {
            // The signing key must match!
            ValidateIssuerSigningKey = true,
            IssuerSigningKey = signingKey,
            // Validate the JWT Issuer (iss) claim
            ValidateIssuer = true,
            ValidIssuer = "http://www.cnblogs.com/catcher1994",
            // Validate the JWT Audience (aud) claim
            ValidateAudience = true,
            ValidAudience = "Catcher Wong",
            // Validate the token expiry
            ValidateLifetime = true,
            ClockSkew = TimeSpan.Zero
        };

        var configuration = new JwtBearerAuthenticationConfiguration
        {
            TokenValidationParameters = tokenValidationParameters
        };
        
        //enable the JwtBearer authentication
        pipelines.EnableJwtBearerAuthentication(configuration);
    }
}
```
如果使用过Nancy项目自带的其他认证方式(Basic,Forms和Stateless)，就会发现下面的才是关键，其他的只是用于JwtBearer认证的配置参数。
```
pipelines.EnableJwtBearerAuthentication(configuration);
```
下面简单介绍一下配置参数。

配置参数主要有两个，一个是TokenValidationParameters ，一个是Challenge 。

其中最主要的参数TokenValidationParameters，这是用来验证客户端传过来的token是否合法的！

它位于Microsoft.IdentityModel.Tokens这个命名空间下面。

Challenge参数则是用于指定在Unauthorized时Http响应头中WWW-Authenticate的值。它的默认值是Bearer

注：Challenge参数是从Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer项目借鉴过来的。

到这里，我们已经完成了对JwtBearer认证的配置和启用，下面还要验证这个配置是否已经生效了！

创建一个新的Module，并在这个Module中使用RequiresAuthentication。
```
public class SecurityModule : NancyModule
{
    public SecurityModule() : base("/demo")
    {
        //important
        this.RequiresAuthentication();

        Get("/",_=> 
        {
            return "JwtBearer authentication";
        });
    }    
}
```
注：这里需要引用Nancy.Security这个命名空间

到这里，验证的代码也已经写好了，当我们访问 http://yourdomain.com/demo 的时候

浏览器会提示我们The requested resource requires user authentication ，并且在响应头中我们可以看到WWW-Authenticate对应的值是Bearer。

我们创建一个合法的token值，然后通过Fiddler再发起一次请求，看看能否正常返回我们要的结果。

下面的代码是生成一个测试token用的，其中的JwtSecurityToken对象应当与前面的配置一样，才能确保token是有效的。
```
private string GetJwt()
{
    var now = DateTime.UtcNow;

    var claims = new Claim[]
    {
        new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Sub, "demo"),
        new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Jti, Guid.NewGuid().ToString()),
        new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Iat, now.ToUniversalTime().ToString(), ClaimValueTypes.Integer64)
    };
    
    //must the same as your setting in your boostrapper class
    var symmetricKeyAsBase64 = "Y2F0Y2hlciUyMHdvbmclMjBsb3ZlJTIwLm5ldA==";
    var keyByteArray = Encoding.ASCII.GetBytes(symmetricKeyAsBase64);
    var signingKey = new SymmetricSecurityKey(keyByteArray);

    var jwt = new JwtSecurityToken(
        issuer: "http://www.cnblogs.com/catcher1994",
        audience: "Catcher Wong",
        claims: claims,
        notBefore: now,
        expires: now.Add(TimeSpan.FromMinutes(10)),
        signingCredentials: new SigningCredentials(signingKey, SecurityAlgorithms.HmacSha256));
    var encodedJwt = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwt);

    var response = new
    {
        access_token = encodedJwt,
        expires_in = (int)TimeSpan.FromMinutes(10).TotalSeconds
    };

    return JsonConvert.SerializeObject(response, new JsonSerializerSettings { Formatting = Formatting.Indented });
}
```
通过Fiddler执行这个带上了token的请求，大致结果如下：

可以看到成功取到了相应的内容！

然后是本次测试用的token值相关的信息：

注：用Fiddler发起请求的时候，记得要在请求头部加上Authorization，它的值是Bearer+空格+token值

到这里，已经展示了如何使用这个JwtBearer认证的组件。

下面就介绍一下是怎么实现的这个组件！

如何实现

在继续下面的内容之前，我假设大家对Nancy的Pipelines有所了解，如果不了解的可以参考我以前的下面的链接
- Nancy之Pipelines三兄弟(Before After OnError)
- Nancy官方的Wike页面。
因为其中的BeforePipeliine和AfterPipeline是实现这个认证组件的重要切入点。

另外，实现上还用了Nancy项目的代码风格去编写的代码，所以你可能会发现与其自带的Basic认证等写法差不多。

从我们上面的例子使用来说明内部实现。

在上面例子的启动器(Bootstrapper)中，我们有一行启用JwtBearer认证的入口。这个入口是IPipelines的一个扩展方法。
```
/// <summary>
/// Module requires JwtBearer authentication
/// </summary>
/// <param name="pipeline">Bootstrapper to enable</param>
/// <param name="configuration">JwtBearer authentication configuration</param>
public static void EnableJwtBearerAuthentication(this IPipelines pipeline, JwtBearerAuthenticationConfiguration configuration)
{
    JwtBearerAuthentication.Enable(pipeline, configuration);
}
```
在这个扩展方法中，调用了JwtBearerAuthentication这个静态类的Enable方法，同时传递了当前的pipeline和JwtBearer认证的参数给这个方法。

下面是Enable方法的具体实现。
```
/// <summary>
/// Enables JwtBearer authentication for the application
/// </summary>
/// <param name="pipelines">Pipelines to add handlers to (usually "this")</param>
/// <param name="configuration">JwtBearer authentication configuration</param>
public static void Enable(IPipelines pipelines, JwtBearerAuthenticationConfiguration configuration)
{
    if (pipelines == null)
    {
        throw new ArgumentNullException("pipelines");
    }

    if (configuration == null)
    {
        throw new ArgumentNullException("configuration");
    }

    pipelines.BeforeRequest.AddItemToStartOfPipeline(GetLoadAuthenticationHook(configuration));
    pipelines.AfterRequest.AddItemToEndOfPipeline(GetAuthenticationPromptHook(configuration));
}
```
以BeforeRequest为例，我们把一个委托对象加入到了请求之前要处理的一个集合中去。这样在每次请求之前都会去处理这个委托。

所以这里有两个部分。
- 请求处理之前的token认证
- 请求处理之后的响应
先来看看请求处理之前的token认证如何处理
```
private static Func<NancyContext, Response> GetLoadAuthenticationHook(JwtBearerAuthenticationConfiguration configuration)
{
    return context => 
    {
        Validate(context,configuration);
        return null;
    };
}
```
这里也是一个空壳，用于返回AddItemToStartOfPipeline方法需要的委托对象。

真正处理token的还是Validate这个方法。认证的处理还借助了System.IdentityModel.Tokens.Jwt命名空间下面的JwtSecurityTokenHandler类。
```
private static void Validate(NancyContext context, JwtBearerAuthenticationConfiguration configuration)
{            
    //get the token from request header
    var jwtToken = context.Request.Headers["Authorization"].FirstOrDefault() ?? string.Empty;
   
    //whether the token value start with Bearer
    if (jwtToken.StartsWith("Bearer ", StringComparison.OrdinalIgnoreCase))
    {
        jwtToken = jwtToken.Substring("Bearer ".Length);
    }
    else
    {                                
        return;
    }
    
    //verify the token
    if (!string.IsNullOrWhiteSpace(jwtToken))
    {
        try
        {
            SecurityToken validatedToken;
            var tokenHandler = new JwtSecurityTokenHandler();
            var validatedClaims = tokenHandler.ValidateToken(jwtToken, configuration.TokenValidationParameters, out validatedToken);
            //var jwtSecurityToken = validatedToken as JwtSecurityToken;
            context.CurrentUser = validatedClaims;
        }
        catch (Exception)
        {                                  
        }                               
    }
}
```
要对token进行验证，首先要知道token是从那里来的。常规情况下，都是将这个token放到请求头的Authorization中。

所以第一步是要从请求头中取出Authorization的值。这个值是必须以Bearer 开头的一个字符串。注意是Bearer加一个空格！

而我们要验证的部分是去掉开头这部分之后的内容。只需要构造一个JwtSecurityTokenHandler实例并调用这个实例的ValidateToken方法，并把要验证的token值和我们的配置传进去即可。

验证成功后，最为主要的一步是将ValidateToken方法的返回值赋给当前Nancy上下文的CurrentUser！！

当验证失败的时候，ValidateToken方法会抛出一个异常，这里只catch了这个异常，并没有进行其他额外的处理。要处理无非也就是记录日记，可以在这里trace一下，配合Diagnostics的使用。但是目前并没有这样做。

到这里，Before已经OK了，现在要处理After了。

当然对于After，也是只处理401(Unauthorized)的情况。主要是告诉客户端 “当前请求的资源需要用户认证”，并告诉客户端当前请求的资源需要那种认证类型。
```
private static Action<NancyContext> GetAuthenticationPromptHook(JwtBearerAuthenticationConfiguration configuration)
{
    return context =>
    {
        if (context.Response.StatusCode == HttpStatusCode.Unauthorized)
        {
            //add a response header 
            context.Response.WithHeader(JwtBearerDefaults.WWWAuthenticate, configuration.Challenge);
        }
    };
}
```
一个简单的判断加上响应头部的处理。

到这里，这个JwtBearer认证的组件已经ok了。

当然这里只介绍了Pipeline的实现，还有一个是基于NancyModule的实现，本质还是pipeline的处理，所以这里就不累赘了。

写在最后

虽然简单介绍了如何全使用和实现Nancy.Authentication.JwtBearer这个组件，相信大家对token(access_token)的使用是没有太大疑问的。可能大家有疑问的是refresh_token的使用。

但是，对于refresh_token的使用，可以说因场景而异，也因人而异。只需要记住一点即可：refresh_token是用来换取一个新的并且可用的access_token。

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 因为代理原因导致的NotSerializableException
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Nancy基于JwtBearer认证的使用与实现

前言

简单使用

如何实现

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