用ASP.NET Core 2.1 建立规范的 REST API -- 保护API和其它

本文介绍如何保护API，无需看前边文章也能明白吧。

预备知识: 

http://www.cnblogs.com/cgzl/p/9010978.html

http://www.cnblogs.com/cgzl/p/9019314.html

建立成熟度2级的 API请看这里：

https://www.cnblogs.com/cgzl/p/9047626.html 

https://www.cnblogs.com/cgzl/p/9080960.html 

https://www.cnblogs.com/cgzl/p/9117448.html

HATEOAS：https://www.cnblogs.com/cgzl/p/9153749.html

缓存和并发: https://www.cnblogs.com/cgzl/p/9165388.html

保护API和其它: https://www.cnblogs.com/cgzl/p/9172603.html

本文所需项目代码(右键另存, 后缀改为zip): https://images2018.cnblogs.com/blog/986268/201806/986268-20180612151833673-1851218969.jpg

认证和授权

认证/身份验证 Authentication, 是验证想要访问特定资源的人/系统的身份的过程.

授权 Authorization, 是确认已认证的用户拥有足够的权限去做某些事的过程.

打个比喻: 认证是一个人可以进入到房间的权限, 而授权则表明这个人可以在房间内做哪些事.

认证的过程可以和应用程序分开并且还可以被其它的服务使用, 但是授权的过程通常是针对某个应用程序, 不同的角色会拥有不同的权限.

HTTP协议提供了一个协商访问被保护资源的机制, 下图就是HTTP认证:

标准的认证流程开始于一个访问服务器被保护资源的匿名请求, HTTP服务器随后处理了该请求并决定拒绝让它访问被保护的资源, 因为该请求没有凭据; 随后HTTP Server发送了一个WWW-Authenticate Header回去, 这表示它需要这套认证方案. 然后客户端再次发送请求的时候包含了一个Authorization Header, 它的值符合HTTP Server的认证方案. 当服务器收到这次请求时, 它验证了Authorization Header里的凭据, 并让请求通过了管道.

服务器可以提供多种认证方案, 客户端只需选择其中一种即可, 上图中使用的是Basic 认证方案. 还有其它的认证方案:

• 匿名 Anonymous 也可以当作是一种方案吧, 就当作是授权给所有人好了
• Basic 认证方案, 它是一种比较老的方案, n年前经常被使用. 它太简单了, 它的值是含有用户名和密码组成的字符串, 并用冒号(:)连接, 并且编码为Base64字符串. 例如username为dave, 密码为1234, 那么Authorization Header的值就是: Authorization: Basic ZGF2ZToxMjM0.
• Digest 认证方案, 它作为Basic的代替者出现的. 服务器会给客户端发送一个随机字符串作为一个challenge(盘问, 质疑, 挑战), 这个随机字符串叫做nonce(可以理解为临时生成的字符串). 而客户端通过发送一个带有用户名, 密码, nonce和其它信息的hash来进行认证.
• Bear 认证方案, 它是最流行也是更安全的认证方案. 它使用Bearer Tokens (承载令牌) 来访问由OAuth 2.0协议保护的资源. 任何拥有bearer token的人都可以访问相关的资源. bearer token的生命周期通常很短, 会过期. 例子: Authorization: Bearer: eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c.
• NTLM认证方案, 它是NTLAN Manager的缩写, 它是一种挑战--响应的方案, 要比Digest更安全. 这种方案使用Windows凭据来转化盘问的数据, 而不是使用编码的凭据.
• Negotiate 认证方案, 它会自动选择NTLM方案和Kerberos协议中的一个, Kerboros协议比NTLM快.

后两种方案都仅限于Windows系统.

这几种方案里Basic提供的保护程度/级别最低, 而Negotiate最高/强.

ASP.NET Core可选择的认证提供商就很多了, 例如ASP.NET Core Identity. 但是它主要用于包含页面的web应用, 例如MVC或Razor Page, 并不适用于REST/Web API, 所以不介绍它了.

如果应用部署在云上, 可以使用Azure Active Directory(AAD) 和 Azure Active Directory B2C (Azure AD B2C). 我没用过, 就不介绍了.

第三方的认证提供商有很多: AspNet.Security.OpenIdConnect.Server(ASOS), IdentityServer4, OpenIddict, Pwdless.....

我一直在用Identity Server 4, 但是这里不会深入介绍, 这里主要介绍如何实现REST API, 如果有需要的话, 可以写一系列关于Identity Server 4的文章.

选项很多, 但是要实现的话还需要了解JSON Web Tokens (JWT), 它是一个基于JSON的开放工业标准, 它用于为双方表示一些声明. 它提供了一种紧凑的, 自包含的方式在双方之间用JSON对象来传输信息.

JWT使用 HMAC secret 或 RAS公有和私有键对(key pair) 这两种方式来进行签名.

JWT由三部分组成: header, payload, signature. 形式如下面的伪代码: [X=base64(header)].[Y=base64(payload)].[signature([X].[Y])] .

去这个网址可以更直观的理解这三部分: jwt.io

JWT token最终是一个字符串, 它的三个部分用点(.)分开, 前两部分(header payload)是Base64编码的字符串; 最后一部分是前两个Base64字符串的组合, 也是用点(.)分开并进行了签名, 如下图:

 使用Bearer方案和JWT的流程如下:

配置项目, 在Startup的ConfigureServices里:

如果使用Identity Server 4的话, 这里就可以不这样写了.

首先我们配置使用Bearer认证方案, 然后通过AddJwtBearer设定一些参数. Configuration里面的值可以放在appSettings.json里面或者其它地方:

然后在Configure方法里调用app.UseAuthentication()方法, 要在app.UseMvc()之前调用:

最后使用[Authorize]属性标签把CountryController保护起来, 也可以应用于Action级:

发送不带Authorization Header的请求来测试:

返回 401 Unauthorized 未授权.

返回的Header里面告诉我们应该使用Bearer认证方案.

下面我们需要一个可以生成JWT token的节点, 针对本文我就在本项目里建立这个节点吧:

请求token的地址是 /api/authentication, 请求token用的是Basic方案, Post方法里就是先解码, 验证用户名和密码, 成功后调用GenerateToken生成token.

那就按要求再次发送请求:

注意这里usename:password的base64编码是: dXNlcm5hbWU6cGFzc3dvcmQ=

现在我获得了token, 然后我用token再次请求Country资源:

资源就可以正常的访问了.

想要解析这个token, 需要到jwt.io:

箭头处需要填上secret.

这个例子比较简单, 实际应用中还是使用Identity Server 4之类的东西吧.

使用HTTPS

根据官方文档(https://docs.microsoft.com/en-us/aspnet/core/security/enforcing-ssl?view=aspnetcore-2.1&tabs=visual-studio#require-https), 它建议ASP.NET Core web应用都应该调用HTTPS重定向中间件, 这样就可以把所有的HTTP请求转换为HTTPS.

只需要在Startup的Configure方法里调用UseHttpsRedirection()方法即可:

而在ConfigureServices方法里可以配置这个中间件:

HSTS (HTTP 严格的传输安全协议)

web应用通过使用特殊的响应header可以选择使用加强的安全协议OWASP(Open Web Application Security Project), HSTS(HTTP Strict Transport Security). 当所支持的浏览器接收到这个header的时候, 浏览器就会阻止任何通过HTTP到指定域名的通信, 会使用HTTPS代替. 同时它也会阻止从浏览提的提示框点击的HTTPS.

为实现这个只需要在Startup的Configure里使用:

 一般不建议在开发环境使用Hsts, 因为浏览器极有可能会缓存HSTS 的header. 默认情况下, UseHsts会排除本地回路的地址.

UseHsts会排除下列回路宿主:

• localhost : IPv4 回路地址.
• 127.0.0.1 : IPv4 回路地址.
• [::1] : IPv6 回路地址.

可以在ConfigureServices方法里对它进行配置:

这部分具体请查看文档: https://docs.microsoft.com/en-us/aspnet/core/security/enforcing-ssl?view=aspnetcore-2.1&tabs=visual-studio#http-strict-transport-security-protocol-hsts

CORS 跨域请求

配置注册CORS需要在Startup的ConfigureServices方法完成:

针对整个应用启用CORS需要在Configure方法里调用下面的方法:

应该尽早的调用该方法, 以便在它后边注册的节点都可以被跨域访问.

这是第一种方法, 使用的是lambda表达式.

注意URL地址结尾不要有/, 它会引起错误.

这种方法使用的是CorsPolicyBuilder 类, 它拥有Fluent API, 可以串接方法调用:

第二种方法是使用策略.

在ConfigureServices里配置好命名的策略:

在Configure方法里使用该策略:

另外也可以不适用UseCors(), 而是在下面这几种级别指定使用该策略:

Action级别:

Controller级别:

全局Controller级别:

这么用的话, 需要禁用CORS策略就:

关于CORS的具体配置, 还是请参考官方文档: https://docs.microsoft.com/en-us/aspnet/core/security/cors?view=aspnetcore-2.1

Rate Limiting 速率限制

速率限制是指限制被允许的请求到API（或某个特定的资源）。这样就可以保护API，避免一些非正常使用的场景，例如网络爬虫或请求太多而导致API的性能严重下降，Dos和DDos。针对这点我们采取的节流策略是控制允许访问API的请求的频率/速率，它可以决定特定的请求是否被允许。

例如客户端只允许每小时有100个请求到达API，也可以按天计算，还可以带着IP地址一起限制。

响应的Header可以用来表示速率限制，但是这些Header并不是HTTP标准。这些header都以X-Rate-Limit开头。

• X-Rate-Limit-Limit, 这个表示添加了限制并包含了限制的有效期。
• X-Rate-Limit-Remaining，表示该客户还剩下多少个被允许的请求。
• X-Rate-Limit-Reset，提供关于何时限制会被重置的时间信息。

如果达到限制了，这些响应会返回429 Too many requests 状态码。有可能会包含一个Retry-After 响应Header，而响应的body应该包含解释当前状态的细节信息。当然这都是理论上要求的。

下面去实现，首先安装这个库 AspNetCoreRateLimit (https://github.com/stefanprodan/AspNetCoreRateLimit)：

首先在Startup的ConfigureServices里面注册，用到了MemoryCache：

这里配置的是IP限制，它允许有很多规则，这里我只用了一个：针对所有的资源，每5分钟最多3次请求。

现在，我需要注册一个策略存储和速率限制计数器的存储，这两个是被中间件使用。所以还需要注册这两个服务：

这里都使用的是Singleton单例，因为我们需要的是针对全局的请求来做操作。

接下来要在管道里添加中间件，它应该放在靠前的位置，在日志和异常之后：

测试，发送一个请求看结果：

可以看到5分钟内还剩下两次请求的配额。限制重置的时间大约在5分钟之后。

发送请求超限之后，就会返回429：

Retry-After提示了再过294秒后可以再试试。。。

而响应的body是这样提示的：

我们再组合几个其它的规则：

现在允许5分钟10次请求，但是每10秒钟最多只能有两次请求。

第一次请求后：

5分钟内还剩9次，然后我10秒内连续发送两次请求，然后再发送一次请求：

这时超出了限制，Header里：

提示6秒后可以重试, 6秒后再次发送请求：

这个库还是挺灵活强大的，更多功能还需要看官方文档。

API 文档

业界通常会使用Swagger OpenAPI来对RESTful API进行格式化描述，而Swagger OpenAPI的当前版本是v3.

ASP.NET Core有一个第三方库Swashbuckle，它支持Swagger，但是只支持版本2，版本2有个重要的缺陷就是不支持Action重载，之前HATEOAS的文章里提到过我们需要使用这种重载。所以Swashbuckle暂时并不是完全合适，所以我就不装它了。

就暂时不弄自动文档了。。。

单元测试

需要使用到xUnit和Moq，这里不介绍了。

关于xUnit，我写过几篇文章，有兴趣可以参考下：

http://www.cnblogs.com/cgzl/p/8283610.html

http://www.cnblogs.com/cgzl/p/8287588.html

http://www.cnblogs.com/cgzl/p/8438019.html

http://www.cnblogs.com/cgzl/p/8444423.html

 

Moq的文章博客园应该有，如果需要的话，我可以写一下。

 

其它

其它可能需要了解的包括：POSTMAN/Newman自动化测试，CI，CD，GraphQL等等。我就不介绍了

这个系列文章就到这了。

源码（我还需要整理一下源码，现在有点乱）：https://github.com/solenovex/ASP.NET-Core-2.0-RESTful-API-Tutorial