JWT认证简单介绍

关于Jwt的介绍网上很多，此处不在赘述，我们主要看看jwt的结构。

JWT主要由三部分组成，如下：

HEADER.PAYLOAD.SIGNATURE

HEADER包含token的元数据，主要是加密算法，和签名的类型，如下面的信息，说明了

加密的对象类型是JWT，加密算法是HMAC SHA-256

{"alg":"HS256","typ":"JWT"}

然后需要通过BASE64编码后存入token中

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9    

Payload主要包含一些声明信息（claim），这些声明是key-value对的数据结构。

通常如用户名，角色等信息，过期日期等，因为是未加密的，所以不建议存放敏感信息。

{"http://schemas.xmlsoap.org/ws/2005/05/identity/claims/name":"admin","exp":1578645536,"iss":"webapi.cn","aud":"WebApi"}

也需要通过BASE64编码后存入token中

eyJodHRwOi8vc2NoZW1hcy54bWxzb2FwLm9yZy93cy8yMDA1LzA1L2lkZW50aXR5L2NsYWltcy9uYW1lIjoiYWRtaW4iLCJleHAiOjE1Nzg2NDU1MzYsImlzcyI6IndlYmFwaS5jbiIsImF1ZCI6IldlYkFwaSJ9

Signaturejwt要符合jws(Json Web Signature)的标准生成一个最终的签名。把编码后的Header和Payload信息加在一起，然后使用一个强加密算法，如 HmacSHA256，进行加密。HS256(BASE64(Header).Base64(Payload)，secret)

2_akEH40LR2QWekgjm8Tt3lesSbKtDethmJMo_3jpF4

最后生成的token如下

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJodHRwOi8vc2NoZW1hcy54bWxzb2FwLm9yZy93cy8yMDA1LzA1L2lkZW50aXR5L2NsYWltcy9uYW1lIjoiYWRtaW4iLCJleHAiOjE1Nzg2NDU1MzYsImlzcyI6IndlYmFwaS5jbiIsImF1ZCI6IldlYkFwaSJ9.2_akEH40LR2QWekgjm8Tt3lesSbKtDethmJMo_3jpF4

开发环境

框架：asp.net 3.1

IDE：VS2019

ASP.NET 3.1 Webapi中使用JWT认证

命令行中执行执行以下命令，创建webapix项目：

dotnet new webapi -n Webapi -o WebApi

特别注意的时，3.x默认是没有jwt的Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer库的，所以需要手动添加NuGet Package，切换到项目所在目录，执行 .net cli命令

dotnet add package Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer --version 3.1.0

创建一个简单的POCO类，用来存储签发或者验证jwt时用到的信息

using Newtonsoft.Json;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Threading.Tasks;namespace Webapi.Models{public class TokenManagement{[JsonProperty("secret")]public string Secret { get; set; }[JsonProperty("issuer")]public string Issuer { get; set; }[JsonProperty("audience")]public string Audience { get; set; }[JsonProperty("accessExpiration")]public int AccessExpiration { get; set; }[JsonProperty("refreshExpiration")]public int RefreshExpiration { get; set; }}
}

然后在 appsettings.Development.json 增加jwt使用到的配置信息（如果是生成环境在appsettings.json添加即可）

"tokenManagement": {"secret": "123456","issuer": "webapi.cn","audience": "WebApi","accessExpiration": 30,"refreshExpiration": 60}

然后再startup类的ConfigureServices方法中增加读取配置信息

public void ConfigureServices(IServiceCollection services){services.AddControllers();services.Configure<TokenManagement>(Configuration.GetSection("tokenManagement"));var token = Configuration.GetSection("tokenManagement").Get<TokenManagement>();}

到目前为止，我们完成了一些基础工作，下面再webapi中注入jwt的验证服务，并在中间件管道中启用authentication中间件。

startup类中要引用jwt验证服务的命名空间

using Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer;
using Microsoft.IdentityModel.Tokens;

然后在ConfigureServices方法中添加如下逻辑

services.AddAuthentication(x =>{x.DefaultAuthenticateScheme = JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme;x.DefaultChallengeScheme = JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme;}).AddJwtBearer(x =>{x.RequireHttpsMetadata = false;x.SaveToken = true;x.TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters{ValidateIssuerSigningKey = true,IssuerSigningKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(token.Secret)),ValidIssuer = token.Issuer,ValidAudience = token.Audience,ValidateIssuer = false,ValidateAudience = false};});

再Configure方法中启用验证

public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env){if (env.IsDevelopment()){app.UseDeveloperExceptionPage();}app.UseHttpsRedirection();app.UseAuthentication();app.UseRouting();app.UseAuthorization();app.UseEndpoints(endpoints =>{endpoints.MapControllers();});}

上面完成了JWT验证的功能，下面就需要增加签发token的逻辑。我们需要增加一个专门用来用户认证和签发token的控制器，命名成AuthenticationController，同时增加一个请求的DTO类

public class LoginRequestDTO{[Required][JsonProperty("username")]public string Username { get; set; }[Required][JsonProperty("password")]public string Password { get; set; }}

[Route("api/[controller]")][ApiController]public class AuthenticationController : ControllerBase{[AllowAnonymous][HttpPost, Route("requestToken")]public ActionResult RequestToken([FromBody] LoginRequestDTO request){if (!ModelState.IsValid){return BadRequest("Invalid Request");}return Ok();}}

目前上面的控制器只实现了基本的逻辑，下面我们要创建签发token的服务，去完成具体的业务。第一步我们先创建对应的服务接口，命名为IAuthenticateService

public interface IAuthenticateService{bool IsAuthenticated(LoginRequestDTO request, out string token);}

接下来，实现接口

public class TokenAuthenticationService : IAuthenticateService{public bool IsAuthenticated(LoginRequestDTO request, out string token){throw new NotImplementedException();}}

在Startup的ConfigureServices方法中注册服务

services.AddScoped<IAuthenticateService, TokenAuthenticationService>();

在Controller中注入IAuthenticateService服务，并完善action

public class AuthenticationController : ControllerBase{private readonly IAuthenticateService _authService;public AuthenticationController(IAuthenticateService authService){this._authService = authService;}[AllowAnonymous][HttpPost, Route("requestToken")]public ActionResult RequestToken([FromBody] LoginRequestDTO request){if (!ModelState.IsValid){return BadRequest("Invalid Request");}string token;if (_authService.IsAuthenticated(request, out token)){return Ok(token);}return BadRequest("Invalid Request");}}

正常情况，我们都会根据请求的用户和密码去验证用户是否合法，需要连接到数据库获取数据进行校验，我们这里为了方便，假设任何请求的用户都是合法的。

这里单独加个用户管理的服务，不在IAuthenticateService这个服务里面添加相应逻辑，主要遵循了职责单一原则。首先和上面一样，创建一个服务接口IUserService

public interface IUserService{bool IsValid(LoginRequestDTO req);}

实现IUserService接口

public class UserService : IUserService{//模拟测试，默认都是人为验证有效public bool IsValid(LoginRequestDTO req){return true;}}

同样注册到容器中

services.AddScoped<IUserService, UserService>();

接下来，就要完善TokenAuthenticationService签发token的逻辑，首先要注入IUserService 和 TokenManagement，然后实现具体的业务逻辑，这个token的生成还是使用的Jwt的类库提供的api，具体不详细描述。

特别注意下TokenManagement的注入是已IOptions的接口类型注入的，还记得在Startpup中吗？我们是通过配置项的方式注册TokenManagement类型的。

 public class TokenAuthenticationService : IAuthenticateService{private readonly IUserService _userService;private readonly TokenManagement _tokenManagement;public TokenAuthenticationService(IUserService userService, IOptions<TokenManagement> tokenManagement){_userService = userService;_tokenManagement = tokenManagement.Value;}public bool IsAuthenticated(LoginRequestDTO request, out string token){token = string.Empty;if (!_userService.IsValid(request))return false;var claims = new[]{new Claim(ClaimTypes.Name,request.Username)};var key = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes(_tokenManagement.Secret));var credentials = new SigningCredentials(key, SecurityAlgorithms.HmacSha256);var jwtToken = new JwtSecurityToken(_tokenManagement.Issuer, _tokenManagement.Audience, claims, expires: DateTime.Now.AddMinutes(_tokenManagement.AccessExpiration), signingCredentials: credentials);token = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwtToken);return true;}}

准备好测试试用的APi，打上Authorize特性，表明需要授权！

[ApiController][Route("[controller]")][Authorize]public class WeatherForecastController : ControllerBase{private static readonly string[] Summaries = new[]{"Freezing", "Bracing", "Chilly", "Cool", "Mild", "Warm", "Balmy", "Hot", "Sweltering", "Scorching"};private readonly ILogger<WeatherForecastController> _logger;public WeatherForecastController(ILogger<WeatherForecastController> logger){_logger = logger;}[HttpGet]public IEnumerable<WeatherForecast> Get(){var rng = new Random();return Enumerable.Range(1, 5).Select(index => new WeatherForecast{Date = DateTime.Now.AddDays(index),TemperatureC = rng.Next(-20, 55),Summary = Summaries[rng.Next(Summaries.Length)]}).ToArray();}}

支持我们可以测试验证了，我们可以使用postman来进行http请求，先启动http服务，获取url，先测试一个访问需要授权的接口，但没有携带token信息，返回是401，表示未授权

下面我们先通过认证接口，获取token，居然报错，查询了下，发现HS256算法的秘钥长度最新为128位，转换成字符至少16字符，之前设置的秘钥是123456，所以导致异常。

System.ArgumentOutOfRangeException: IDX10603: Decryption failed. Keys tried: 'HS256'. Exceptions caught: '128'. token: '48' (Parameter 'KeySize') at

更新秘钥

 "tokenManagement": {"secret": "123456123456123456","issuer": "webapi.cn","audience": "WebApi","accessExpiration": 30,"refreshExpiration": 60}

重新发起请求，成功获取token

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJodHRwOi8vc2NoZW1hcy54bWxzb2FwLm9yZy93cy8yMDA1LzA1L2lkZW50aXR5L2NsYWltcy9uYW1lIjoiYWRtaW4iLCJleHAiOjE1Nzg2NDUyMDMsImlzcyI6IndlYmFwaS5jbiIsImF1ZCI6IldlYkFwaSJ9.AehD8WTAnEtklof2OJsvg0U4_o8_SjdxmwUjzAiuI-o

把token带到之前请求的api中，重新测试，成功获取数据

总结

基于token的认证方式，让我们构建分布式/松耦合的系统更加容易。任何地方生成的token，只有拥有相同秘钥，就可以再任何地方进行签名校验。

当然要用好jwt认证方式，还有其他安全细节需要处理，比如palyload中不能存放敏感信息，使用https的加密传输方式等等，可以根据业务实际需要再进一步安全加固！

同时我们也发现使用token，就可以摆脱cookie的限制，所以JWT是移动app开发的首选！