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IdentityServer4深入使用(三)-- Jwt

写在之前

更多学习内容,可以看我的 .NET 学习之路系列-Jwt

什么是 JWT

Jwt,Json Web Token 是一个开放标准(RFC 7519),它定义了一种紧凑且独立的方法,用于在各方之间安全地将信息作为 JSON 对象传输。由于此信息是经过数字签名的,因此可以被验证和信任。可以使用密码(使用 HMAC 算法)或使用 RSA 或 ECDSA 的公钥/私钥对对 JWT 进行签名。

基于 Token 的鉴权机制类似于 http 协议,也是无状态的,它不需要在服务端保留用户的认证信息,这也就意味着基于 Token 认证机制的应用不需要去考虑用户在哪一台设备登录,这为应用扩展提供了便利。

什么时候使用 JWT

以下是 JWT 有用的一些情况:

  • 授权:这是使用 JWT 最常见的方案。用户登录后,每个后续请求都将包含 JWT,从而允许用户访问该令牌锁允许的路由、服务和资源。单一登录是当今广泛使用 JWT 的一项功能,因为它的开销很小并且可以在不同的域中轻松使用。

  • 信息交换:JWT 是在各方之间安全地传输信息的一种好方法。因为可以对 JWT 进行签名,所以您可以确定发件人是他们所说的人。此外,由于签名是使用标头和有效负载计算的,因此还可以验证内容是否被篡改。

JWT 的结构

JWT 以紧凑的形式将三部分内容由点(.)分隔,其三部分内容分别是:

  • 标头
  • 有效载荷
  • 签名

因此,JWT 通常如下所示:

xxxxx.yyyyy.zzzzz

标头 Header

标头通常由两部分组成:令牌类型(即 JWT)和所使用的签名算法。

算法通常为:

  • HMAC
  • SHA256
  • RSA

例如:

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

然后,此 JSON 以 Base64Url 编码格式形成 JWT 的第一部分。

有效载荷 Payload

JWT 的第二部分是有效载荷,其中包含声明。声明有关实体和其他数据声明。声明有三种类型:注册声明、公共声明以及私有声明。

  • 注册声明:这些是一组非强制性的但建议使用的预定义声明,以提供一组有用的可互操作的声明。包含:

    • iss(发布者)
    • exp(到期时间)
    • sub(主题)
    • aud (受众)

    等。需要注意,声明名称是三个字符,因为 JWT 的含义是紧凑的。

  • 公共声明:这些可以由使用 JWT 的人员随意定义。但为了避免冲突,应在 IANA JSON Web Token 注册表中定义它们,或将其定义为包含抗冲突名称空间的 URI。

  • 私有声明:这些是自定义声明,旨在在同意使用它们的各方之间共享信息,既不是注册声明也不是公共声明。

有效载荷的示例:

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "Jeremy Jone",
  "admin": true
}

然后,对此载荷进行 Base64Url 编码,以形成 JWT 的第二部分。

注意:对于已签名的令牌,此信息尽管可以防止篡改,但任何人都可以读取,除非将其加密,否则请勿将机密信息放入其中。

签名 Signature

要创建签名部分,您必须获取编码的标头、有效载荷、秘钥和标头中制定算法,并对其进行签名。

例如,如果要使用 HMAC SHA256 算法,则将通过以下方式创建签名:

HMACSHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." +
  base64UrlEncode(payload),
  www.jermeyjone.com)

签名用于验证消息在此过程中没有更改,并且对于使用私钥进行签名的令牌,它还可以验证 JWT 的发送者是它所说的真实身份。

拼在一起

将上述三部分拼在一起,得到一个完整的 JWT:

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkplcmVteSBKb25lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.Vyj5QsI_6T4R5lJH-1uS1lpwDo1uIfosYmrOIdd9L18

将其放在 jwt.io 中进行验证:

《IdentityServer4深入使用(三)-- Jwt》

JWT 如何工作

在身份验证中,当用户使用凭据登录成功时,服务器将返回 JWT。由于 token 是凭据,因此必须格外小心,防止出现安全问题。通常,token 的保留时间不应超过要求的时间。

每当用户想要访问受保护的路由或资源时,user agent 都会发送 JWT,通常使用 Bearer 模式的 Authorization 标头,内容如下:

Authorization: Bearer <token>

在某些情况下,这可以是无状态授权机制。服务器的受保护路由将在 Authorization 标头中检查有效的 JWT,如果存在,则将允许用户访问受保护的资源。如果 JWT 包含必要的数据,则可以减少查询数据库以进行某些操作的需求,尽管这种情况并非总是如此。

如果 token 在授权标头中发送,则跨域资源共享(CORS)不会成为问题,因为它不使用 cookie。

在 .NET 中使用 JWT

创建一个 web 控制器项目,具体代码可以参考 示例代码

安装 Jwt

在 NuGet 中搜索 Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer 并安装。

生成 token

在控制器添加一个 GetToken 的方法:

/// <summary>
/// 颁发 token
/// </summary>
/// <returns></returns>
[HttpGet("token")]
public ActionResult GetToken()
{
    // 秘钥,绝对私有的,使用该秘钥可以生成和验证所有 token
    var key = new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes("www.jeremyjone.com"));
    // 创建令牌
    var token = new JwtSecurityToken(
        // 发行人
        issuer: "jeremyjone@qq.com",
        // 接收人
        audience: "jeremyjone",
        // 有效时间
        expires: DateTime.UtcNow.AddHours(1),
        // 数字签名,使用指定的加密方式对秘钥进行加密
        signingCredentials: new SigningCredentials(key, SecurityAlgorithms.HmacSha256),
        // 其他声明,这里可以任意填写
        claims: new Claim[]
        {
            // 角色需要在这里填写
            new Claim(ClaimTypes.Role, "Admin"),
            // 多个角色可以重复写,生成的 JWT 会是一个数组
            new Claim(ClaimTypes.Role, "Super")
        });

    // 写入 token 并生成 JWT
    return Ok(new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(token));
}

验证 token

Startup.cs 中的服务添加验证即可:

// 注入认证
services.AddAuthentication(JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme)
    // 需要认证哪些内容,就填写哪些
    .AddJwtBearer(options => options.TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
    {
        // 这里将 audience 的值修改。如果不验证,则通过,需要验证则不通过,可以修改 false 为 true 测试
        ValidateAudience = false,
        ValidAudience = "jeremyjone1", // 应该是 jeremyjone

        // 所有验证内容需要和颁发时的内容一致
        ValidateIssuer = true,
        ValidIssuer = "jeremyjone@qq.com",

        // 尤其是该秘钥字段,该字段属于绝密内容
        ValidateIssuerSigningKey = true,
        IssuerSigningKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes("www.jeremyjone.com")),

        // 验证有效期
        ValidateLifetime = true

        // 上面的内容属于建议但不强制验证
        // 还可以添加其他内容
    });

添加授权

给控制器中的 Get 方法添加 [Authorize] 属性。

测试

可以通过 Postman 进行测试,因为验证中 ValidAudience 不匹配,所以不能访问到 Get 方法了。

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