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Dotnet core使用JWT认证授权最佳实践(一)

最近，团队的小伙伴们在做项目时，需要用到JWT认证。遂根据自己的经验，整理成了这篇文章，用来帮助理清JWT认证的原理和代码编写操作。

一、JWT

JSON Web Token (JWT)是一个开放标准(RFC 7519)，它定义了一种紧凑的、自包含的方式，用于作为JSON对象在各方之间安全地传输信息。该信息可以被验证和信任，因为它是数字签名的。

JWT是什么，看上面这段网上抄来的话。

关于JWT以及优缺点，网上有很多详细的说法，我这儿就不重复了。

我们只需要知道以下的事实：

在一般的系统中，我们有时候会做个用户登录。用户登录完成进到系统后，需要根据用户的权限，来控制一些功能可用，而另一些功能不可用。

在SOA/AOP架构中，做为最重要的API端，其实也需要有类似登录或认证的内容，用来区分哪些用户可以使用某个API，哪些用户不行。

同时，我们希望这个登录或类似登录的过程，只发生在一个固定位置。这样，在我们写代码时，建立好这样一个过程后，在我们后边写代码时，简单引用即可，而不需要每个API程序都开发一次认证。这个需求，其实就是OAuth的由来。

最重要的是，这样的代码写出来，显得 高大上 。

下面进入正题。

认证这个操作，就像我们最近的日子。

首先，我们要有一个出入证，或者绿码。这个证，我们称作令牌（Token）。我们去领这个证，这个操作称为发行（Issue）。

我们拿着这个证，去到一个地方。有专人会检查这个证，这称为用户身份验证（Authentication）。验证通过放行，称为授权（Authorization），验证不通过，叫作未授权错误（Unauthorized）。

如果这个证过期了，你就需要去重新办一个证。这个过程叫做刷新（RefreshToken）。

简言之，这就是认证的全部流程。

下面，我用一个Demo项目，来逐步完成这个过程。

二、开发环境&基础项目

这个Demo的开发环境是：Mac + VS Code + Dotnet Core 3.1.2。

$ dotnet --info
.NET Core SDK (reflecting any global.json):
 Version:   3.1.201
 Commit:    b1768b4ae7

Runtime Environment:
 OS Name:     Mac OS X
 OS Version:  10.15
 OS Platform: Darwin
 RID:         osx.10.15-x64
 Base Path:   /usr/local/share/dotnet/sdk/3.1.201/

Host (useful for support):
  Version: 3.1.3
  Commit:  4a9f85e9f8

.NET Core SDKs installed:
  3.1.201 [/usr/local/share/dotnet/sdk]

.NET Core runtimes installed:
  Microsoft.AspNetCore.App 3.1.3 [/usr/local/share/dotnet/shared/Microsoft.AspNetCore.App]
  Microsoft.NETCore.App 3.1.3 [/usr/local/share/dotnet/shared/Microsoft.NETCore.App]

首先，在这个环境下建立工程：

创建Solution

% dotnet new sln -o demo
The template "Solution File" was created successfully.

用Webapi模板创建项目

% cd demo
% dotnet new webapi -o demo
The template "ASP.NET Core Web API" was created successfully.

Processing post-creation actions...
Running 'dotnet restore' on demo/demo.csproj...
  Restore completed in 179.13 ms for demo/demo.csproj.

Restore succeeded.

把Demo项目加到Solution中

% dotnet sln add demo/demo.csproj
Project `demo/demo.csproj` added to the solution.

安装Swagger（这步非必须，我习惯用Swagger，不习惯用Postman）

% dotnet add package Swashbuckle.AspNetCore
log  : Restore completed in 2.75 sec for demo/demo.csproj.

安装JWT认证支持库（必须引入）

% dotnet add package Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer
log  : Restore completed in 3.09 sec for demo/demo.csproj.

五步做完，基础项目就建完了。

看一下整个的目录结构：

% tree .
.
├── demo
│   ├── Controllers
│   │   └── WeatherForecastController.cs
│   ├── Program.cs
│   ├── Properties
│   │   └── launchSettings.json
│   ├── Startup.cs
│   ├── WeatherForecast.cs
│   ├── appsettings.Development.json
│   ├── appsettings.json
│   ├── demo.csproj
│   └── obj
│       ├── demo.csproj.nuget.dgspec.json
│       ├── demo.csproj.nuget.g.props
│       ├── demo.csproj.nuget.g.targets
│       ├── project.assets.json
│       └── project.nuget.cache
└── demo.sln

在Startup.cs中补充代码，以启用Swagger

在ConfigureServices方法中加入以下代码：

services.AddSwaggerGen(c =>
{
        c.SwaggerDoc("v1", new OpenApiInfo { Title = "Demo", Version = "V1" });

        c.AddSecurityDefinition("Bearer", new OpenApiSecurityScheme
        {
                Name = "Authorization",
                Type = SecuritySchemeType.ApiKey,
                Scheme = "Bearer",
                BearerFormat = "JWT",
                In = ParameterLocation.Header,
                Description = "",
        });

        c.AddSecurityRequirement(new OpenApiSecurityRequirement
        {
                {
                        new OpenApiSecurityScheme
                        {
                                Reference = new OpenApiReference
                                {
                                        Type = ReferenceType.SecurityScheme,
                                        Id = "Bearer"
                                }
                        },
                        new string[] {}
                }
        });
});

在Configure方法中加入以下代码

app.UseSwagger();
app.UseSwaggerUI(c =>
{
        c.SwaggerEndpoint("/swagger/v1/swagger.json", "Demo V1");
});

关于Swagger的详细配置，这里不做说明，留着以后写。

三、签发Token

签发Token是认证的第一步。

用户进到系统，在验证用户帐号密码后，需要根据用户的数据，把Token返回给用户。

这个过程其实跟认证没什么关系，只是一个普通的API功能。

工程下加一个目录DTOModels，创建一个LoginRequestDTO的类，用于定义API的输入参数。

using System;

namespace demo.DTOModels
{
    public class LoginRequestDTO
    {
        public string username { get; set; }
        public string password { get; set; }
    }
}

创建一个控制器AuthenticationController，并在控制器里创建一个API方法RequestToken。

using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using demo.DTOModels;

namespace demo.Controllers
{
    public class AuthenticationController : ControllerBase
    {
        [HttpPost, Route("requesttoken")]
        public ActionResult RequestToken([FromBody] LoginRequestDTO request)
        {
              //这儿待完善
            return Ok();
        }
    }
}

生成JWT Token需要预设一些参数。我们在appsetting.json里先设置好。

{
  "Logging": {
    "LogLevel": {
      "Default": "Information",
      "Microsoft": "Warning",
      "Microsoft.Hosting.Lifetime": "Information"
    }
  },
  "AllowedHosts": "*",
  "tokenParameter": {
    "secret": "123456123456123456",
    "issuer": "WangPlus",
    "accessExpiration": 120,
    "refreshExpiration": 1440
  }
}

这里，tokenParameter节是我们设置的参数。一般来说，是这几个：

secret: JWT加密的密钥。现在主流用SHA256加密，需要256位以上的密钥，unicode是16个字符以上，尽量复杂一些。密钥泄露，Token就会被破解，所以，你懂的。

issuer: 签发人的名称，如果没人注意，你可以把大名写在上面。

accessExpiration: Token的有效分钟数。过了这个时间，这个Token会过期。

refreshExpiration: refreshToken的有效分钟数。过了这个时间，用户需要重新登录。

Token过期后，可以让用户重新登录认证拿Token。但这个方式会比较Low。高大上的方式是签发Token的时候，同时也签发一个refreshToken给用户。用户Token过期后，可以拿refreshToken去申请新的Token，同时刷新refreshToken。如果用户长时间未使用系统，refreshToken也过期了，才让用户重新登录认证。

refreshToken可以用JWT生成，也可以自己生成，不影响认证。

建一个Models目录，创建一个映射tokenParameter的类。这个类不是必须，只是为了写着方便。不想这样写，也可以直接读配置，再转成数据。

using System;

namespace demo.Models
{
    public class tokenParameter
    {
        public string Secret { get; set; }
        public string Issuer { get; set; }
        public int AccessExpiration { get; set; }
        public int RefreshExpiration { get; set; }
    }
}

在前边建好的API - RequestToken中，完成Token和refreshToken的生成和返回。

using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using demo.DTOModels;
using Microsoft.Extensions.Configuration;
using System;
using System.Text;
using demo.Models;
using Microsoft.IdentityModel.Tokens;
using System.Security.Claims;
using System.IdentityModel.Tokens.Jwt;

namespace demo.Controllers
{
    public class AuthenticationController : ControllerBase
    {
        private tokenParameter _tokenParameter = new tokenParameter();
        public AuthenticationController()
        {
            var config = new ConfigurationBuilder()
                .SetBasePath(AppContext.BaseDirectory)
                .AddJsonFile("appsettings.json")
                .Build();

            _tokenParameter = config.GetSection("tokenParameter").Get<tokenParameter>();
        }

        [HttpPost, Route("requestToken")]
        public ActionResult RequestToken([FromBody] LoginRequestDTO request)
        {
            //这儿在做用户的帐号密码校验。我这儿略过了。
            if (request.username == null && request.password == null)
                return BadRequest("Invalid Request");

              //生成Token和RefreshToken
            var token = GenUserToken(request.username, "testUser");
            var refreshToken = "123456";

            return Ok(new[] { token, refreshToken });
        }


          //这儿是真正的生成Token代码
          private string GenUserToken(string username, string role)
        {
            var claims = new[]
            {
                new Claim(ClaimTypes.Name, username),
                new Claim(ClaimTypes.Role, role),
            };

            var key = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes(_tokenParameter.Secret));
            var credentials = new SigningCredentials(key, SecurityAlgorithms.HmacSha256);
            var jwtToken = new JwtSecurityToken(_tokenParameter.Issuer, null, claims, expires: DateTime.UtcNow.AddMinutes(_tokenParameter.AccessExpiration), signingCredentials: credentials);

            var token = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwtToken);

            return token;
        }
    }
}

这个类里，验证帐号密码的代码我略过了。还有，refreshToken给了一个固定串。真实项目这儿就按需要做就好。

（未完待续）