JWT(JSON Web Token) 【转载】

JWT(JSON Web Token)

• 什么叫JWT
  JSON Web Token（JWT）是目前最流行的跨域身份验证解决方案。

  一般来说，互联网用户认证是这样子的。

  1、用户向服务器发送用户名和密码。
  2、服务器验证通过后，在当前对话（session）里面保存相关数据，比如用户角色、登录时间等等。
  3、服务器向用户返回一个 session_id，写入用户的 Cookie。
  4、用户随后的每一次请求，都会通过 Cookie，将 session_id 传回服务器。
  5、服务器收到 session_id，找到前期保存的数据，由此得知用户的身份。

  服务器需要保存session，做持久化，这种模式没有分布式架构，无法支持横向扩展，如果真的要的话就必须采用分布式缓存来进行管理Seesion。那JWT相反，它保存的是在客户端，每次请求都将JWT代入服务器，进行签名，权限验证。JWT由客户端请求，服务端生成，客户端保存，服务端验证。

• JWT的原理与格式

  1. 原理
     在上面，我们也讲过了，简单的来说，我们将服务器需要验证我们的条件(账户，密码等等)，发给服务器，服务器认证通过，生成一个JSON对象返回给我们，例如下面。当然，为了防止被篡改，所以我们会将对象加密，再次请求服务器，需要将jwt放在请求头部，传递给服务器，来判断权限等等。

     1. { 
     2. "姓名": "张三", 
     3. "角色": "管理员", 
     4. "到期时间": "2018年7月1日0点0分" 
     5. } 

  2. 格式

     • 实际格式
     1. eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9. 
     2. eyJBIjoiQUFBQSIsIkIiOiJCQkJCIiwiQyI6IkNDQ0MiLCJ1ZXIiOiJ4dWh1YWxlIiwib3BlbmlkIjoiNTE1NjEzMTM1MTYzMjEiLCJmZiI6ImRmc2RzZGZzZGZzZHMiLCJuYmYiOjE1NTIyMTE4NjAsImV4cCI6MTU1MjIxMzY2MH0. 
     3. 16m57YnnIcgIth25dwphQKPYuIq42BVmZV6LIBO7KDg 

     它是一个很长的字符串，中间用点（.）分隔成三个部分。注意，JWT内部是没有换行的，这里只是为了便于展示，将它写成了几行。JWT 的三个部分依次如下。

     • Header（头部）
     • Payload（负载）
     • Signature（签名）

     简单讲下，Header描述加密算法与token类型，Payload描述的是实际需要传递的数据，如失效时间，签发人等等，Signature描述的是一段对于前面两部部分的签名，当然秘钥只有服务器才知道。

简单的介绍下JWT，更多的话，可以这边文章看看。我们着重讲下实现。

ASP.NET Core 的Middleware实现

1. 创建JWT
   首先我们要先创建token，毕竟这个是最重要的。Core自带JWT帮助类，所以我们按照帮助类的意思来写个方法创建token。

   1. public string CreateJsonWebToken(Dictionary<string, string> payLoad) 
   2. { 
   3. if (string.IsNullOrWhiteSpace(setting.SecurityKey)) 
   4. { 
   5. throw new ArgumentNullException("JsonWebTokenSetting.securityKey", 
   6. "securityKey为NULL或空字符串。请在"appsettings.json"配置"JsonWebToken"节点及其子节点"securityKey""); 
   7. } 
   8. var now = DateTime.UtcNow; 
   9.  
   10. // Specifically add the jti (random nonce), iat (issued timestamp), and sub (subject/user) claims. 
   11. // You can add other claims here, if you want: 
   12. var claims = new List<Claim>(); 
   13. foreach (var key in payLoad.Keys) 
   14. { 
   15. var tempClaim = new Claim(key, payLoad[key]?.ToString()); 
   16. claims.Add(tempClaim); 
   17. } 
   18.  
   19. // Create the JWT and write it to a string 
   20. var jwt = new JwtSecurityToken( 
   21. issuer: null, 
   22. audience: null, 
   23. claims: claims, 
   24. notBefore: now, 
   25. expires: now.Add(TimeSpan.FromMinutes(setting.ExpiresMinute)), 
   26. signingCredentials: new SigningCredentials(new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(setting.SecurityKey)), SecurityAlgorithms.HmacSha256)); 
   27. var encodedJwt = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwt); 
   28. return encodedJwt; 
   29. } 

   从方法我们看到，我们传入的是负载这个片段，而失效时间与秘钥我们是放在了appsettings.json来进行配置的。使用DI来获取配置文件中的节点值。

2. 编写中间件
   我们都知道，中间件是Core的管道模型组成部分，所以我们在中间件做验证，来判断每次请求用户是有有权限是有该WebApi或者其他API。

   1. 中间件
      1. public JwtCustomerAuthorizeMiddleware(RequestDelegate next, IOptions<JsonWebTokenSetting> options, IJsonWebTokenValidate jsonWebTokenValidate, Func<Dictionary<string, string>, JsonWebTokenSetting, bool> validatePayLoad, List<string> anonymousPathList) 
      2. { 
      3. this._next = next; 
      4. this._setting = options.Value; 
      5. this._jsonWebTokenValidate = jsonWebTokenValidate; 
      6. this._validatePayLoad = validatePayLoad; 
      7. this._anonymousPathList = anonymousPathList; 
      8. } 
      9.  
      10. public async Task Invoke(HttpContext context) 
      11. { 
      12. //JsonWebTokenValidate 
      13. //若是路径可以匿名访问，直接跳过 
      14. if (_anonymousPathList.Contains(context.Request.Path.Value)) 
      15. { 
      16. //还未验证 
      17. await _next(context); 
      18. return; 
      19. } 
      20. var result = context.Request.Headers.TryGetValue("Authorization", out StringValues authStr); 
      21. if (!result || string.IsNullOrEmpty(authStr.ToString())) 
      22. { 
      23. throw new UnauthorizedAccessException("未授权，请传递Header头的Authorization参数。"); 
      24. } 
      25.  
      26. //进行验证与自定义验证 
      27. result = _jsonWebTokenValidate.Validate(authStr.ToString().Substring("Bearer ".Length).Trim() 
      28. , _setting, _validatePayLoad); 
      29. if (!result) 
      30. { 
      31. throw new UnauthorizedAccessException("验证失败，请查看传递的参数是否正确或是否有权限访问该地址。"); 
      32. } 
      33.  
      34. await _next(context); 
      35. } 

   从代码来看，anonymousPathList是URL路径，若是在这个List内的URL，便可直接跳过验证，
   接着将authStrtoken代入验证函数，validatePayLoad却是我们自代入的委托函数，用于服务器自定义验证。

   2. 验证
      验证方法，我只是做了签名验证与时间验证。并没有定得死死的，让用户自由度的去进行验证。
      1. public bool Validate(string encodeJwt, JsonWebTokenSetting setting, Func<Dictionary<string, string>, JsonWebTokenSetting, bool> validatePayLoad) 
      2. { 
      3. if (string.IsNullOrWhiteSpace(setting.SecurityKey)) 
      4. { 
      5. throw new ArgumentNullException("JsonWebTokenSetting.securityKey", 
      6. "securityKey为NULL或空字符串。请在"appsettings.json"配置"JsonWebToken"节点及其子节点"securityKey""); 
      7. } 
      8.  
      9. var success = true; 
      10. var jwtArr = encodeJwt.Split('.'); 
      11. var header = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, string>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[0])); 
      12. var payLoad = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, string>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[1])); 
      13.  
      14. var hs256 = new HMACSHA256(Encoding.ASCII.GetBytes(setting.SecurityKey)); 
      15. //首先验证签名是否正确（必须的） 
      16. success = success && string.Equals(jwtArr[2], Base64UrlEncoder.Encode(hs256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(string.Concat(jwtArr[0], ".", jwtArr[1]))))); 
      17. if (!success) 
      18. { 
      19. return success;//签名不正确直接返回 
      20. } 
      21. //其次验证是否在有效期内（也应该必须） 
      22. var now = ToUnixEpochDate(DateTime.UtcNow); 
      23. success = success && (now >= long.Parse(payLoad["nbf"].ToString()) && now < long.Parse(payLoad["exp"].ToString())); 
      24.  
      25. //再其次 进行自定义的验证 
      26. success = success && validatePayLoad(payLoad, setting); 
      27.  
      28. return success; 
      29. } 

3. 加载中间件

   1. 使用扩展方法，来封装中间件
   1. public static IApplicationBuilder UseJwtCustomerAuthorize(this IApplicationBuilder app, Action<IJwtCustomerAuthorezeOption> action) 
   2. { 
   3. var _JwtCustomerAuthorezeOption = app.ApplicationServices.GetService<IJwtCustomerAuthorezeOption>() as JwtCustomerAuthorezeOption; //new JwtCustomerAuthorezeOption(); 
   4. action(_JwtCustomerAuthorezeOption); 
   5. return app.UseMiddleware<JwtCustomerAuthorizeMiddleware>(_JwtCustomerAuthorezeOption.validatePayLoad, _JwtCustomerAuthorezeOption.anonymousPath); 
   6. } 
   2. 在Startup.cs使用
   • 注册服务
     1. public void ConfigureServices(IServiceCollection services) { 
     2. services.AddJwt(Configuration);} 
   • 使用中间件
     1. public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env) 
     2. { 
     3. app.UseJwtCustomerAuthorize(option => 
     4. { 
     5. //设置不会被验证的url，可以使用链式调用一直添加 
     6. option.SetAnonymousPaths(new System.Collections.Generic.List<string>() 
     7. { 
     8. // "/", 
     9. "/Home/Privacy", 
     10. "/Home/CreateJsonToken" 
     11. }); 
     12. // 自定义验证函数，playLoad为带过来的参数字典，setting为失效时间与秘钥 
     13. option.SetValidateFunc((playLoad, sertting) => 
     14. { 
     15. return true; 
     16. }); 
     17. }); 
     18. }  

总结下，通过上面，就完成了JWT在ASP.NET Core使用中间件的方式的实现。简单来说就是用自带方法创建token，验证则使用中间件的形式，每次请求都需要进行验证当然你可以设置特殊URL。在下篇文章我们来讲讲使用策略模式的JWT实现。