张小咩的小姿生活
为什么使用 Jwt
最近，移动开发的劲头越来越足，学校搞的各种比赛都需要用手机 APP 来撑场面，所以，作为写后端的，很有必要改进一下以往的基于 Session 的身份认证方式了，理由如下：
- 移动端经常要保持长时间（1 到 2 星期）在线，但是 Session 却不好在服务端保存这么久，虽然可以持久化到数据库，但是还是挺费资源
- 移动端往往不是使用的网页技术，所以藏在 Cookie 里面的 SessionId 不是很方便的传递给服务端
- 服务端暴露给客户端的接口往往是 RESTful 风格的，这是一种无状态的 API 风格，所以身份认证的方式最好也是无状态的才好
所以我选择了使用 Jwt (Json Web Token) 这个技术。Jwt 是一种无状态的分布式的身份验证方式，与 Session 相反，Jwt 将用户信息存放在 Token 的 payload 字段保存在客户端，通过 RSA 加密的方式，保证数据不会被篡改，验证数据有效性。
下面是一个使用 Jwt 的系统的身份验证流程：
可以看出，用户的信息保存在 Token 中，而 Token 分布在用户的设备中，所以服务端不再需要在内存中保存用户信息了
身份认证的 Token 传递时以一种相当简单的格式保存在 header 中，方便客户端对其进行操作
原理
jwt对所有语言都是通用的，只要知道秘钥，另一一种语言有可以对jwt的有效性进行判断;
jwt的组成；Header部分Base64转化.Payload部分Base64转化.使用HS256方式根据秘钥对前面两部分进行加密后再Base64转化，其中使用的hs256加密是header部分指定的，也可以通过官网的查看，如下图：
原理就这么简单，那究竟用怎样使用C#来实现呢，又怎么确定它的正确性呢？，请继续
使用C#实现
我们定义一个今天方法，其中需要使用到Microsoft.IdentityModel.Tokens.dll，asp.net core 2.1再带，如果其他版本，没有自带，需要nuget 一下这个类库
/// <summary>
/// 创建jwttoken,源码自定义
/// </summary>
/// <param name="payLoad"></param>
/// <param name="header"></param>
/// <returns></returns>
public static string CreateToken(Dictionary<string, object> payLoad,int expiresMinute, Dictionary<string, object> header = null)
{
if (header == null)
{
header = new Dictionary<string, object>(new List<KeyValuePair<string, object>>() {
new KeyValuePair<string, object>("alg", "HS256"),
new KeyValuePair<string, object>("typ", "JWT")
});
}
//添加jwt可用时间（应该必须要的）
var now = DateTime.UtcNow;
payLoad["nbf"] = ToUnixEpochDate( now);//可用时间起始
payLoad["exp"] = ToUnixEpochDate(now.Add(TimeSpan.FromMinutes(expiresMinute)));//可用时间结束
var encodedHeader = Base64UrlEncoder.Encode(JsonConvert.SerializeObject(header));
var encodedPayload = Base64UrlEncoder.Encode(JsonConvert.SerializeObject(payLoad));
var hs256 = new HMACSHA256(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey));
var encodedSignature = Base64UrlEncoder.Encode(hs256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(string.Concat(encodedHeader, ".", encodedPayload))));
var encodedJwt = string.Concat(encodedHeader, ".", encodedPayload, ".", encodedSignature);
return encodedJwt;
}
public static long ToUnixEpochDate(DateTime date) => (long)Math.Round((date.ToUniversalTime() - new DateTimeOffset(1970, 1, 1, 0, 0, 0, TimeSpan.Zero)).TotalSeconds);
该方法很简单，只需要传入header键值对和payLoad键值对，然后根据原理进行Base64转换和hs256加密，接下来我们来使用一个测试类对其进行测试，代码如下：
[TestMethod]
public void TokenValidateTest()
{
Dictionary<string, object> payLoad = new Dictionary<string, object>();
payLoad.Add("sub", "rober");
payLoad.Add("jti", "09e572c7-62d0-4198-9cce-0915d7493806");
payLoad.Add("nbf", null);
payLoad.Add("exp", null);
payLoad.Add("iss", "roberIssuer");
payLoad.Add("aud", "roberAudience");
payLoad.Add("age", 30);
var encodeJwt = TokenContext.CreateToken(payLoad, 30);
var result = TokenContext.Validate(encodeJwt, (load) => { return true; });
Assert.IsTrue(result);
}
先不管后面的验证，我们先看看其中生成的encodeJwt的值：eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiJyb2JlciIsImp0aSI6IjY0OWMyYjUxLTE4ZGQtNDEzYy05Yzc5LTI4NWNhMDAxODU2NSIsIm5iZiI6MTU0MDYxMDY2NSwiZXhwIjoxNTQwNjEyNDY1LCJpc3MiOiJyb2Jlcklzc3VlciIsImF1ZCI6InJvYmVyQXVkaWVuY2UiLCJhZ2UiOjMwfQ.7Is2KYHAtSr5fW2gPU1jGeHPzz2ULCZJGcWb40LSYyw
第一部分和第二部分，并不是加密，只是Base64转换，我们可以通过其他语言轻松转换回来，如下使用javascript进行转，window.atob(base64加密) window.btoa(base64解密)
var header=JSON.parse(window.atob('eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9'))
如下图：
我再对payLoa进行转换回来， var payLoad=JSON.parse(window.atob('eyJzdWIiOiJyb2JlciIsImp0aSI6IjY0OWMyYjUxLTE4ZGQtNDEzYy05Yzc5LTI4NWNhMDAxODU2NSIsIm5iZiI6MTU0MDYxMDY2NSwiZXhwIjoxNTQwNjEyNDY1LCJpc3MiOiJyb2Jlcklzc3VlciIsImF1ZCI6InJvYmVyQXVkaWVuY2UiLCJhZ2UiOjMwfQ')) ，如下图：
所以，从这里可以看出来，Base64并不是属于加密，只是简单转换，因此，不能在payLoad中存放重要内容，比如密码等
使用aspnetcore 中自带的类生成jwt
aspnet core中自带了一个jwt帮助类，其实原理一样，对上面做了封装，丰富了一个内容,我们继续使用一个静态方法，如下
/// <summary>
/// 创建jwtToken,采用微软内部方法，默认使用HS256加密，如果需要其他加密方式，请更改源码
/// 返回的结果和CreateToken一样
/// </summary>
/// <param name="payLoad"></param>
/// <param name="expiresMinute">有效分钟</param>
/// <returns></returns>
public static string CreateTokenByHandler(Dictionary<string, object> payLoad, int expiresMinute)
{
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 List<Claim>();
foreach (var key in payLoad.Keys)
{
var tempClaim = new Claim(key, payLoad[key]?.ToString());
claims.Add(tempClaim);
}
// Create the JWT and write it to a string
var jwt = new JwtSecurityToken(
issuer: null,
audience: null,
claims: claims,
notBefore: now,
expires: now.Add(TimeSpan.FromMinutes(expiresMinute)),
signingCredentials: new SigningCredentials(new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey)), SecurityAlgorithms.HmacSha256));
var encodedJwt = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwt);
return encodedJwt;
}
它效果和上面一模一样，如果使用同样的header 、payload、秘钥，生成的jwt肯定一样，这里就不演示了，感兴趣的可以自行尝试;
aspnetcore中如何使用自定义jwt验证
上面讲了那么多，只是为了大家更好的理解如何使用jwt进行验证，那是jwt是如何进行验证的呢？，如果一个http请求过来，一般jwt携带在http请求头部的Authorization中；先不看如何获取，先看看他是如何验证的，我们再定义个静态方法，如下：
/// <summary>
/// 验证身份 验证签名的有效性,
/// </summary>
/// <param name="encodeJwt"></param>
/// <param name="validatePayLoad">自定义各类验证； 是否包含那种申明，或者申明的值， </param>
/// 例如：payLoad["aud"]?.ToString() == "roberAuddience";
/// 例如：验证是否过期 等
/// <returns></returns>
public static bool Validate(string encodeJwt,Func<Dictionary<string,object>,bool> validatePayLoad)
{
var success = true;
var jwtArr = encodeJwt.Split('.');
var header = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[0]));
var payLoad = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[1]));
var hs256 = new HMACSHA256(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey));
//首先验证签名是否正确（必须的）
success = success && string.Equals(jwtArr[2], Base64UrlEncoder.Encode(hs256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(string.Concat(jwtArr[0], ".", jwtArr[1])))));
if (!success)
{
return success;//签名不正确直接返回
}
//其次验证是否在有效期内（也应该必须）
var now = ToUnixEpochDate(DateTime.UtcNow);
success = success && (now >= long.Parse(payLoad["nbf"].ToString()) && now < long.Parse(payLoad["exp"].ToString()));
//再其次 进行自定义的验证
success = success && validatePayLoad(payLoad);
return success;
}
其中validatePayLoad 参数是一个自定义的验证的Fun，执行该Fun方法时会把解密后的payload作为参数传入进去
我们验证通过分为两部分，
第一，必须的（自认为的）
- jwt签名是否正确，请看以上代码实现
- jwt是否在可以时间内，请看以上代码实现
第二，自定义的(各复杂的,原理就是获取payLoad 的某个值，然后对这个值进行各种判读--等于，大于，包含，)
- 该jwt是不是进入黑名单
- aud==‘roberAudience'
我们来通过一个测试类验证
[TestMethod]
public void TokenCustomerValidateTest()
{
Dictionary<string, object> payLoad = new Dictionary<string, object>();
payLoad.Add("sub", "rober");
payLoad.Add("jti", Guid.NewGuid().ToString());
payLoad.Add("nbf", null);
payLoad.Add("exp", null);
payLoad.Add("iss", "roberIssuer");
payLoad.Add("aud", "roberAudience");
payLoad.Add("age", 30);
var encodeJwt = TokenContext.CreateToken(payLoad, 30);
var result = TokenContext.Validate(encodeJwt, (load) => {
var success = true;
//验证是否包含aud 并等于 roberAudience
success = success&& load["aud"]?.ToString() == "roberAudience";
//验证age>20等
int.TryParse(load["age"].ToString(), out int age);
Assert.IsTrue(age > 30);
//其他验证 jwt的标识 jti是否加入黑名单等
return success;
});
Assert.IsTrue(result);
}
如上面，我们可以把jwt中的payload解析出来，然后进行各种复杂的想要的验证；
其实，aspnet core中的基于角色，用户、策略，自定义策略的验证就相当这里的自定义验证，一下章将详细说明和对比，这里暂时不讲解
看完上面，是不是觉得jwt很简单就，主要就两部
- 创建jwt；
- 验证jwt；
完整代码如下：
/// <summary>
/// Token上下文，负责token的创建和验证
/// </summary>
public class TokenContext
{
/// <summary>
/// 秘钥，可以从配置文件中获取
/// </summary>
public static string securityKey = "GQDstclechengroberbojPOXOYg5MbeJ1XT0uFiwDVvVBrk";
/// <summary>
/// 创建jwttoken,源码自定义
/// </summary>
/// <param name="payLoad"></param>
/// <param name="header"></param>
/// <returns></returns>
public static string CreateToken(Dictionary<string, object> payLoad,int expiresMinute, Dictionary<string, object> header = null)
{
if (header == null)
{
header = new Dictionary<string, object>(new List<KeyValuePair<string, object>>() {
new KeyValuePair<string, object>("alg", "HS256"),
new KeyValuePair<string, object>("typ", "JWT")
});
}
//添加jwt可用时间（应该必须要的）
var now = DateTime.UtcNow;
payLoad["nbf"] = ToUnixEpochDate( now);//可用时间起始
payLoad["exp"] = ToUnixEpochDate(now.Add(TimeSpan.FromMinutes(expiresMinute)));//可用时间结束
var encodedHeader = Base64UrlEncoder.Encode(JsonConvert.SerializeObject(header));
var encodedPayload = Base64UrlEncoder.Encode(JsonConvert.SerializeObject(payLoad));
var hs256 = new HMACSHA256(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey));
var encodedSignature = Base64UrlEncoder.Encode(hs256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(string.Concat(encodedHeader, ".", encodedPayload))));
var encodedJwt = string.Concat(encodedHeader, ".", encodedPayload, ".", encodedSignature);
return encodedJwt;
}
/// <summary>
/// 创建jwtToken,采用微软内部方法，默认使用HS256加密，如果需要其他加密方式，请更改源码
/// 返回的结果和CreateToken一样
/// </summary>
/// <param name="payLoad"></param>
/// <param name="expiresMinute">有效分钟</param>
/// <returns></returns>
public static string CreateTokenByHandler(Dictionary<string, object> payLoad, int expiresMinute)
{
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 List<Claim>();
foreach (var key in payLoad.Keys)
{
var tempClaim = new Claim(key, payLoad[key]?.ToString());
claims.Add(tempClaim);
}
// Create the JWT and write it to a string
var jwt = new JwtSecurityToken(
issuer: null,
audience: null,
claims: claims,
notBefore: now,
expires: now.Add(TimeSpan.FromMinutes(expiresMinute)),
signingCredentials: new SigningCredentials(new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey)), SecurityAlgorithms.HmacSha256));
var encodedJwt = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwt);
return encodedJwt;
}
/// <summary>
/// 验证身份 验证签名的有效性,
/// </summary>
/// <param name="encodeJwt"></param>
/// <param name="validatePayLoad">自定义各类验证； 是否包含那种申明，或者申明的值， </param>
/// 例如：payLoad["aud"]?.ToString() == "roberAuddience";
/// 例如：验证是否过期 等
/// <returns></returns>
public static bool Validate(string encodeJwt,Func<Dictionary<string,object>,bool> validatePayLoad)
{
var success = true;
var jwtArr = encodeJwt.Split('.');
var header = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[0]));
var payLoad = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[1]));
var hs256 = new HMACSHA256(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey));
//首先验证签名是否正确（必须的）
success = success && string.Equals(jwtArr[2], Base64UrlEncoder.Encode(hs256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(string.Concat(jwtArr[0], ".", jwtArr[1])))));
if (!success)
{
return success;//签名不正确直接返回
}
//其次验证是否在有效期内（也应该必须）
var now = ToUnixEpochDate(DateTime.UtcNow);
success = success && (now >= long.Parse(payLoad["nbf"].ToString()) && now < long.Parse(payLoad["exp"].ToString()));
//再其次 进行自定义的验证
success = success && validatePayLoad(payLoad);
return success;
}
/// <summary>
/// 获取jwt中的payLoad
/// </summary>
/// <param name="encodeJwt"></param>
/// <returns></returns>
public static Dictionary<string ,object> GetPayLoad(string encodeJwt)
{
var jwtArr = encodeJwt.Split('.');
var payLoad = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[1]));
return payLoad;
}
public static long ToUnixEpochDate(DateTime date) =>
(long)Math.Round((date.ToUniversalTime() - new DateTimeOffset(1970, 1, 1, 0, 0, 0, TimeSpan.Zero)).TotalSeconds);
}
以上就是jwt的基本内容，它确实很简单，不要被aspnet core中的各种写法给搞晕了，只要是jwt相关的验证都是基于上面这些东西
下一章节将讲述：
- 在aspnet core中，自定义jwt管道验证；
- 在aspnet core中,自定义策略验证CommonAuthorizeHandler : AuthorizationHandler<CommonAuthorize>
- 自定义jwt逻辑验证和原生的角色，用户，策略，等进行对比
总结
以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，
