ASP.NET Core Token认证

翻译：Token Authentication in ASP.NET Core

令牌认证（Token Authentication）已经成为单页应用（SPA）和移动应用事实上的标准。即使是传统的B/S应用也能利用其优点。优点很明白：极少的服务端数据管理、可扩展性、可以使用单独的认证服务器和应用服务器分离。

如果你对令牌（token）不是太了解，可以看这篇文章（ overview of token authentication and JWTs）

令牌认证在asp.net core中集成。其中包括保护Bearer Jwt的路由功能，但是移除了生成token和验证token的部分，这些可以自定义或者使用第三方库来实现，得益于此，MVC和Web api项目可以使用令牌认证，而且很简单。下面将一步一步实现，代码可以在（ 源码）下载。

ASP.NET Core令牌验证

首先，背景知识：认证令牌，例如JWTs，是通过http 认证头传递的，例如：

GET /foo
Authorization: Bearer [token]

令牌可以通过浏览器cookies。传递方式是header或者cookies取决于应用和实际情况，对于移动app，使用headers，对于web，推荐在html5 storage中使用cookies，来防止xss攻击。

asp.net core对jwts令牌的验证很简单，特别是你通过header传递。

1、生成 SecurityKey，这个例子，我生成对称密钥验证jwts通过HMAC-SHA256加密方式，在startup.cs中：

// secretKey contains a secret passphrase only your server knows
var secretKey = "mysupersecret_secretkey!123";
var signingKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(secretKey));

验证 header中传递的JWTs

在 Startup.cs中，使用Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer中的UseJwtBearerAuthentication 方法获取受保护的api或者mvc路由有效的jwt。

var tokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
{
    // The signing key must match!
    ValidateIssuerSigningKey = true,
    IssuerSigningKey = signingKey,

    // Validate the JWT Issuer (iss) claim
    ValidateIssuer = true,
    ValidIssuer = "ExampleIssuer",

    // Validate the JWT Audience (aud) claim
    ValidateAudience = true,
    ValidAudience = "ExampleAudience",

    // Validate the token expiry
    ValidateLifetime = true,

    // If you want to allow a certain amount of clock drift, set that here:
    ClockSkew = TimeSpan.Zero
};

app.UseJwtBearerAuthentication(new JwtBearerOptions
{
    AutomaticAuthenticate = true,
    AutomaticChallenge = true,
    TokenValidationParameters = tokenValidationParameters
});

通过这个中间件，任何[Authorize]的请求都需要有效的jwt：

签名有效；

过期时间；

有效时间；

Issuer 声明等于“ExampleIssuer”

订阅者声明等于 “ExampleAudience”

如果不是合法的JWT，请求终止，issuer声明和订阅者声明不是必须的，它们用来标识应用和客户端。

在cookies中验证JWTs

ASP.NET Core中的cookies 认证不支持传递jwt。需要自定义实现 ISecureDataFormat接口的类。现在，你只是验证token，不是生成它们，只需要实现Unprotect方法，其他的交给System.IdentityModel.Tokens.Jwt.JwtSecurityTokenHandler这个类处理。

using System;
using System.IdentityModel.Tokens.Jwt;
using System.Security.Claims;
using Microsoft.AspNetCore.Authentication;
using Microsoft.AspNetCore.Http.Authentication;
using Microsoft.IdentityModel.Tokens;
 
namespace SimpleTokenProvider
{
    public class CustomJwtDataFormat : ISecureDataFormat<AuthenticationTicket>
    {
        private readonly string algorithm;
        private readonly TokenValidationParameters validationParameters;
 
        public CustomJwtDataFormat(string algorithm, TokenValidationParameters validationParameters)
        {
            this.algorithm = algorithm;
            this.validationParameters = validationParameters;
        }
 
        public AuthenticationTicket Unprotect(string protectedText)
            => Unprotect(protectedText, null);
 
        public AuthenticationTicket Unprotect(string protectedText, string purpose)
        {
            var handler = new JwtSecurityTokenHandler();
            ClaimsPrincipal principal = null;
            SecurityToken validToken = null;
 
            try
            {
                principal = handler.ValidateToken(protectedText, this.validationParameters, out validToken);
 
                var validJwt = validToken as JwtSecurityToken;
 
                if (validJwt == null)
                {
                    throw new ArgumentException("Invalid JWT");
                }
 
                if (!validJwt.Header.Alg.Equals(algorithm, StringComparison.Ordinal))
                {
                    throw new ArgumentException($"Algorithm must be '{algorithm}'");
                }
 
                // Additional custom validation of JWT claims here (if any)
            }
            catch (SecurityTokenValidationException)
            {
                return null;
            }
            catch (ArgumentException)
            {
                return null;
            }
 
            // Validation passed. Return a valid AuthenticationTicket:
            return new AuthenticationTicket(principal, new AuthenticationProperties(), "Cookie");
        }
 
        // This ISecureDataFormat implementation is decode-only
        public string Protect(AuthenticationTicket data)
        {
            throw new NotImplementedException();
        }
 
        public string Protect(AuthenticationTicket data, string purpose)
        {
            throw new NotImplementedException();
        }
    }
}

在startup.cs中调用

var tokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
{
    // The signing key must match!
    ValidateIssuerSigningKey = true,
    IssuerSigningKey = signingKey,
 
    // Validate the JWT Issuer (iss) claim
    ValidateIssuer = true,
    ValidIssuer = "ExampleIssuer",
 
    // Validate the JWT Audience (aud) claim
    ValidateAudience = true,
    ValidAudience = "ExampleAudience",
 
    // Validate the token expiry
    ValidateLifetime = true,
 
    // If you want to allow a certain amount of clock drift, set that here:
    ClockSkew = TimeSpan.Zero
};
 
app.UseCookieAuthentication(new CookieAuthenticationOptions
{
    AutomaticAuthenticate = true,
    AutomaticChallenge = true,
    AuthenticationScheme = "Cookie",
    CookieName = "access_token",
    TicketDataFormat = new CustomJwtDataFormat(
        SecurityAlgorithms.HmacSha256,
        tokenValidationParameters)
});

如果请求中包含名为access_token的cookie验证为合法的JWT，这个请求就能返回正确的结果，如果需要，你可以加上额外的jwt chaims,或者复制jwt chaims到ClaimsPrincipal在CustomJwtDataFormat.Unprotect方法中，上面是验证token，下面将在asp.net core中生成token。

ASP.NET Core生成Tokens 

在asp.net 4.5中，这个UseOAuthAuthorizationServer中间件可以轻松的生成tokens，但是在asp.net core取消了，下面写一个简单的token生成中间件，最后，有几个现成解决方案的链接，供你选择。

简单的token生成节点

首先，生成 POCO保存中间件的选项. 生成类：TokenProviderOptions.cs

using System;
using Microsoft.IdentityModel.Tokens;
 
namespace SimpleTokenProvider
{
    public class TokenProviderOptions
    {
        public string Path { get; set; } = "/token";
 
        public string Issuer { get; set; }
 
        public string Audience { get; set; }
 
        public TimeSpan Expiration { get; set; } = TimeSpan.FromMinutes(5);
 
        public SigningCredentials SigningCredentials { get; set; }
    }
}

现在自己添加一个中间件，asp.net core 的中间件类一般是这样的：

using System.IdentityModel.Tokens.Jwt;
using System.Security.Claims;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Http;
using Microsoft.Extensions.Options;
using Newtonsoft.Json;

namespace SimpleTokenProvider
{
    public class TokenProviderMiddleware
    {
        private readonly RequestDelegate _next;
        private readonly TokenProviderOptions _options;

        public TokenProviderMiddleware(
            RequestDelegate next,
            IOptions<TokenProviderOptions> options)
        {
            _next = next;
            _options = options.Value;
        }

        public Task Invoke(HttpContext context)
        {
            // If the request path doesn't match, skip
            if (!context.Request.Path.Equals(_options.Path, StringComparison.Ordinal))
            {
                return _next(context);
            }

            // Request must be POST with Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
            if (!context.Request.Method.Equals("POST")
               || !context.Request.HasFormContentType)
            {
                context.Response.StatusCode = 400;
                return context.Response.WriteAsync("Bad request.");
            }

            return GenerateToken(context);
        }
    }
}

这个中间件类接受TokenProviderOptions作为参数，当有请求且请求路径是设置的路径（token或者api/token），Invoke方法执行，token节点只对 POST请求而且包括form-urlencoded内容类型（Content-Type: application/x-www-form-urlencoded），因此调用之前需要检查下内容类型。

最重要的是GenerateToken，这个方法需要验证用户的身份，生成jwt，传回jwt：

private async Task GenerateToken(HttpContext context)
{
    var username = context.Request.Form["username"];
    var password = context.Request.Form["password"];
 
    var identity = await GetIdentity(username, password);
    if (identity == null)
    {
        context.Response.StatusCode = 400;
        await context.Response.WriteAsync("Invalid username or password.");
        return;
    }
 
    var now = DateTime.UtcNow;
 
    // Specifically add the jti (random nonce), iat (issued timestamp), and sub (subject/user) claims.
    // You can add other claims here, if you want:
    var claims = new Claim[]
    {
        new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Sub, username),
        new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Jti, Guid.NewGuid().ToString()),
        new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Iat, ToUnixEpochDate(now).ToString(), ClaimValueTypes.Integer64)
    };
 
    // Create the JWT and write it to a string
    var jwt = new JwtSecurityToken(
        issuer: _options.Issuer,
        audience: _options.Audience,
        claims: claims,
        notBefore: now,
        expires: now.Add(_options.Expiration),
        signingCredentials: _options.SigningCredentials);
    var encodedJwt = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwt);
 
    var response = new
    {
        access_token = encodedJwt,
        expires_in = (int)_options.Expiration.TotalSeconds
    };
 
    // Serialize and return the response
    context.Response.ContentType = "application/json";
    await context.Response.WriteAsync(JsonConvert.SerializeObject(response, new JsonSerializerSettings { Formatting = Formatting.Indented }));
}

大部分代码都很官方，JwtSecurityToken 类生成jwt，JwtSecurityTokenHandler将jwt编码，你可以在claims中添加任何chaims。验证用户身份只是简单的验证，实际情况肯定不是这样的，你可以集成 identity framework或者其他的，对于这个实例只是简单的硬编码：

private Task<ClaimsIdentity> GetIdentity(string username, string password)
{
    // DON'T do this in production, obviously!
    if (username == "TEST" && password == "TEST123")
    {
        return Task.FromResult(new ClaimsIdentity(new System.Security.Principal.GenericIdentity(username, "Token"), new Claim[] { }));
    }
 
    // Credentials are invalid, or account doesn't exist
    return Task.FromResult<ClaimsIdentity>(null);
}

添加一个将DateTime生成timestamp的方法：

public static long ToUnixEpochDate(DateTime date)
    => (long)Math.Round((date.ToUniversalTime() - new DateTimeOffset(1970, 1, 1, 0, 0, 0, TimeSpan.Zero)).TotalSeconds);

现在，你可以将这个中间件添加到startup.cs中了：

using System.Text;
using Microsoft.AspNetCore.Builder;
using Microsoft.AspNetCore.Hosting;
using Microsoft.Extensions.Configuration;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using Microsoft.Extensions.Logging;
using Microsoft.Extensions.Options;
using Microsoft.IdentityModel.Tokens;
 
namespace SimpleTokenProvider
{
    public partial class Startup
    {
        public Startup(IHostingEnvironment env)
        {
            var builder = new ConfigurationBuilder()
                .AddJsonFile("appsettings.json", optional: true);
            Configuration = builder.Build();
        }
 
        public IConfigurationRoot Configuration { get; set; }
 
        public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            services.AddMvc();
        }
 
        // The secret key every token will be signed with.
        // In production, you should store this securely in environment variables
        // or a key management tool. Don't hardcode this into your application!
        private static readonly string secretKey = "mysupersecret_secretkey!123";
 
        public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env, ILoggerFactory loggerFactory)
        {
            loggerFactory.AddConsole(LogLevel.Debug);
            loggerFactory.AddDebug();
 
            app.UseStaticFiles();
 
            // Add JWT generation endpoint:
            var signingKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(secretKey));
            var options = new TokenProviderOptions
            {
                Audience = "ExampleAudience",
                Issuer = "ExampleIssuer",
                SigningCredentials = new SigningCredentials(signingKey, SecurityAlgorithms.HmacSha256),
            };
 
            app.UseMiddleware<TokenProviderMiddleware>(Options.Create(options));
 
            app.UseMvc();
        }
    }
}

测试一下，推荐使用chrome 的postman：

POST /token
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
 
username=TEST&password=TEST123

结果：

200 OK
Content-Type: application/json
 
{
  "access_token": "eyJhb...",
  "expires_in": 300
}

你可以使用jwt工具查看生成的jwt内容。如果开发的是移动应用或者单页应用，你可以在后续请求的header中存储jwt，如果你需要在cookies中存储的话，你需要对代码修改一下，需要将返回的jwt字符串添加到cookie中。

测试下：

其他方案

下面是比较成熟的项目，可以在实际项目中使用：

• AspNet.Security.OpenIdConnect.Server – ASP.NET 4.x的验证中间件。
• OpenIddict – 在identity上添加OpenId验证。
• IdentityServer4 – .NET Core认证中间件（现在测试版本）。

下面的文章可以让你更加的了解认证：

• Overview of Token Authentication Features
• How Token Authentication Works in Stormpath
• Use JWTs the Right Way!

谢谢阅读，第一次翻译。。。。。。。。

请多多指正。。。