asp net core 2.1中如何使用jwt（从原理到精通）

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：