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asp net core 2.1中如何使用jwt（从原理到精通）

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0627

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，谢谢大家对米米素材网的支持。