Web API接口 安全验证

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在上篇随笔《Web API应用架构设计分析（1）》，我对Web API的各种应用架构进行了概括性的分析和设计，Web API 是一种应用接口框架，它能够构建HTTP服务以支撑更广泛的客户端（包括浏览器，手机和平板电脑等移动设备）的框架，本篇继续这个主题，介绍如何利用ASP.NET Web API 来设计Web API层以及相关的调用处理。

1、Web API的接口访问分类

Web API接口的访问方式，大概可以分为几类：

1）一个是使用用户令牌，通过Web API接口进行数据访问。这种方式，可以有效识别用户的身份，为用户接口返回用户相关的数据，如包括用户信息维护、密码修改、或者用户联系人等与用户身份相关的数据。

2）一种是使用安全签名进行数据提交。这种方式提交的数据，URL连接的签名参数是经过安全一定规则的加密的，服务器收到数据后也经过同样规则的安全加密，确认数据没有被中途篡改后，再进行数据修改处理。因此我们可以为不同接入方式，如Web/APP/Winfrom等不同接入方式指定不同的加密秘钥，但是秘钥是双方约定的，并不在网络连接上传输，连接传输的一般是这个接入的AppID，服务器通过这个AppID来进行签名参数的加密对比，这种方式，类似微信后台的回调处理机制，它们就是经过这样的处理。

3）一种方式是提供公开的接口调用，不需要传入用户令牌、或者对参数进行加密签名的，这种接口一般较少，只是提供一些很常规的数据显示而已。

下面图示就是这几种接入方式的说明和大概应用场景。

2、Web API使用安全签名的实现

首先我们为用户注册的时候，需要由我们认可的终端发起，也就是它们需要进行安全签名，后台确认签名有效性，才能正常实现用户注册，否则遭到伪造数据，系统就失去原有的意义了。

    /// <summary>
    /// 注册用户信息接口
    /// </summary>
    public interface IUserApi
    {
        /// <summary>
        /// 注册用户处理，包括用户名，密码，身份证号，手机等信息
        /// </summary>
        /// <param name="json">注册用户信息</param>
        /// <param name="signature">加密签名字符串</param>
        /// <param name="timestamp">时间戳</param>
        /// <param name="nonce">随机数</param>
        /// <param name="appid">应用接入ID</param>
        /// <returns></returns>
        ResultData Add(UserJson json,
            string signature, string timestamp, string nonce, string appid);
    }

其实我们获得用户的令牌，也是需要进行用户安全签名认证的，这样我们才有效保证用户身份令牌获取的合法性。

    /// <summary>
    /// 系统认证等基础接口
    /// </summary>
    public interface IAuthApi
    {
        /// <summary>
        /// 注册用户获取访问令牌接口
        /// </summary>
        /// <param name="username">用户登录名称</param>
        /// <param name="password">用户密码</param>
        /// <param name="signature">加密签名字符串</param>
        /// <param name="timestamp">时间戳</param>
        /// <param name="nonce">随机数</param>
        /// <param name="appid">应用接入ID</param>
        /// <returns></returns>
        TokenResult GetAccessToken(string username, string password,
            string signature, string timestamp, string nonce, string appid);
    }

上面介绍到的参数，我们提及了几个参数，一个是加密签名字符串，一个是时间戳，一个是随机数，一个是应用接入ID，我们一般的处理规则如下所示。

1）Web API 为各种应用接入，如APP、Web、Winform等接入端分配应用AppID以及通信密钥AppSecret，双方各自存储。
2）接入端在请求Web API接口时需携带以下参数：signature、 timestamp、nonce、appid，签名是根据几个参数和加密秘钥生成。
3） Web API 收到接口调用请求时需先检查传递的签名是否合法，验证后才调用相关接口。

加密签名在服务端（Web API端）的验证流程参考微信的接口的处理方式，处理逻辑如下所示。

1）检查timestamp 与系统时间是否相差在合理时间内，如10分钟。
2）将appSecret、timestamp、nonce三个参数进行字典序排序
3）将三个参数字符串拼接成一个字符串进行SHA1加密
4）加密后的字符串可与signature对比，若匹配则标识该次请求来源于某应用端，请求是合法的。

C#端代码校验如下所示。

        /// <summary>
        /// 检查应用接入的数据完整性
        /// </summary>
        /// <param name="signature">加密签名内容</param>
        /// <param name="timestamp">时间戳</param>
        /// <param name="nonce">随机字符串</param>
        /// <param name="appid">应用接入Id</param>
        /// <returns></returns>
        public CheckResult ValidateSignature(string signature, string timestamp, string nonce, string appid)
        {
            CheckResult result = new CheckResult();
            result.errmsg = "数据完整性检查不通过";

            //根据Appid获取接入渠道的详细信息
            AppInfo channelInfo = BLLFactory<App>.Instance.FindByAppId(appid);
            if (channelInfo != null)
            {
                #region 校验签名参数的来源是否正确
                string[] ArrTmp = { channelInfo.AppSecret, timestamp, nonce };

                Array.Sort(ArrTmp);
                string tmpStr = string.Join("", ArrTmp);

                tmpStr = FormsAuthentication.HashPasswordForStoringInConfigFile(tmpStr, "SHA1");
                tmpStr = tmpStr.ToLower();

                if (tmpStr == signature && ValidateUtil.IsNumber(timestamp))
                {
                    DateTime dtTime = timestamp.ToInt32().IntToDateTime();
                    double minutes = DateTime.Now.Subtract(dtTime).TotalMinutes;
                    if (minutes > timspanExpiredMinutes)
                    {
                        result.errmsg = "签名时间戳失效";
                    }
                    else
                    {
                        result.errmsg = "";
                        result.success = true;
                        result.channel = channelInfo.Channel;
                    }
                }
                #endregion
            }
            return result;
        }

一旦我们完成对安全签名进行成功认证，也就是我们对数据提交的来源和完整性进行了确认，就可以进行更多和安全性相关的操作了，如获取用户的访问令牌信息的操作如下所示。

第一步是验证用户的签名是否符合要求，符合要求后进行用户信息的比对，并生成用户访问令牌数据JSON，返回给调用端即可。

3、Web API使用安全令牌的实现

通过上面的接口，我们获取到的用户访问令牌，以后和用户相关的信息调用，我们就可以通过这个令牌参数进行传递就可以了，这个令牌带有用户的一些基础信息，如用户ID，过期时间等等，这个Token的设计思路来源于JSON Web Token (JWT)，具体可以参考http://self-issued.info/docs/draft-ietf-oauth-json-web-token.html，以及GitHub上的项目https://github.com/jwt-dotnet/jwt。

由于Web API的调用，都是一种无状态方式的调用方式，我们通过token来传递我们的用户信息，这样我们只需要验证Token就可以了。

JWT的令牌生成逻辑如下所示

令牌生成后，我们需要在Web API调用处理前，对令牌进行校验，确保令牌是正确有效的。

检查的代码，就是把令牌生成的过程逆反过来，获取相应的信息，并且对令牌签发的时间进行有效性判断，一般可以约定一个失效时间，如1天或者7天，也不用设置太短。

        /// <summary>
        /// 检查用户的Token有效性
        /// </summary>
        /// <param name="token"></param>
        /// <returns></returns>
        public CheckResult ValidateToken(string token)
        {
            //返回的结果对象
            CheckResult result = new CheckResult();
            result.errmsg = "令牌检查不通过";

            if (!string.IsNullOrEmpty(token))
            {
                try
                {
                    string decodedJwt = JsonWebToken.Decode(token, sharedKey);
                    if (!string.IsNullOrEmpty(decodedJwt))
                    {
                        #region 检查令牌对象内容
                        dynamic root = JObject.Parse(decodedJwt);
                        string username = root.name;
                        string userid = root.iss;
                        int jwtcreated = (int)root.iat;

                        //检查令牌的有效期，7天内有效
                        TimeSpan t = (DateTime.UtcNow - new DateTime(1970, 1, 1));
                        int timestamp = (int)t.TotalDays;
                        if (timestamp - jwtcreated > expiredDays)
                        {
                            throw new ArgumentException("用户令牌失效.");
                        }

                        //成功校验
                        result.success = true;
                        result.errmsg = "";
                        result.userid = userid;
                        #endregion
                    }
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    LogTextHelper.Error(ex);
                }
            }
            return result;
        }

一般来说，访问令牌不能永久有效，对于访问令牌的重新更新问题，可以设置一个规则，只允许最新的令牌使用，并把它存储在接口缓存里面进行对比，应用系统退出的时候，就把内存里面的Token移除就可以了。

4、ASP.NET Web API的开发

上面我们定义了一般的Web API接口，以及实现相应的业务实现，如果我们需要创建Web API层，还需要构建一个Web API项目的。

创建好相应的项目后，可以为项目添加一个Web API基类，方便控制共同的接口。

然后我们就可以在Controller目录上创建更多的应用API控制器了。

最后我们为了统一所有的API接口都是返回JSON方式，我们需要对WebApiConfig里面的代码进行设置下。

    public static class WebApiConfig
    {
        public static void Register(HttpConfiguration config)
        {
            // Web API 配置和服务
            config.SetCorsPolicyProviderFactory(new CorsPolicyFactory());
            config.EnableCors();

            // Web API 路由
            config.MapHttpAttributeRoutes();

            config.Routes.MapHttpRoute(
                name: "DefaultApi",
                routeTemplate: "api/{controller}/{action}/{id}",
                defaults: new { action = "post", id = RouteParameter.Optional }
            );

            // Remove the JSON formatter
            //config.Formatters.Remove(config.Formatters.JsonFormatter);

            // Remove the XML formatter
            config.Formatters.Remove(config.Formatters.XmlFormatter);
        }
    }

5、Web API 接口的测试

接下来我们要做的就是需要增加业务接口，以便进行具体的测试了，建议使用Winform项目，对每个接口进行一个测试，或者也可以考虑使用单元测试的方式，看个人喜好吧。

例如我们如果要测试用户登陆的接口的话，我们的测试代码如下所示。

        /// <summary>
        /// 生成签名字符串
        /// </summary>
        /// <param name="appSecret">接入秘钥</param>
        /// <param name="timestamp">时间戳</param>
        /// <param name="nonce">随机数</param>
        private string SignatureString(string appSecret, string timestamp, string nonce)
        {
            string[] ArrTmp = { appSecret, timestamp, nonce };

            Array.Sort(ArrTmp);
            string tmpStr = string.Join("", ArrTmp);

            tmpStr = FormsAuthentication.HashPasswordForStoringInConfigFile(tmpStr, "SHA1");
            return tmpStr.ToLower();
        }

        private TokenResult GetTokenResult()
        {
            string timestamp = DateTime.Now.DateTimeToInt().ToString();
            string nonce = new Random().NextDouble().ToString();
            string signature = SignatureString(appSecret, timestamp, nonce);

            string appended = string.Format("&signature={0}&timestamp={1}&nonce={2}&appid={3}", signature, timestamp, nonce, appId);
            string queryUrl = url + "Auth/GetAccessToken?username=test&password=123456" + appended;

            HttpHelper helper = new HttpHelper();
            string token = helper.GetHtml(queryUrl);
            Console.WriteLine(token);
            TokenResult tokenResult = JsonConvert.DeserializeObject<TokenResult>(token);
            return tokenResult;
        }

如果我们已经获得了令牌，我们根据令牌传递参数给连接，并获取其他数据的测试处理代码如下所示。

            //获取访问令牌
            TokenResult tokenResult = GetTokenResult();

            string queryUrl = url + "/Contact/get?token=" + tokenResult.access_token;
            HttpHelper helper = new HttpHelper();
            string result = helper.GetHtml(queryUrl);
            Console.WriteLine(result);

如果需要POST数据的话，那么调用代码如下所示。

            //使用POST方式
            var data = new
            {
                name = "张三",
                certno = "123456789",
            };
            var postData = data.ToJson();

            queryUrl = url + "/Contact/Add?token=" + tokenResult.access_token;
            helper = new HttpHelper();
            helper.ContentType = "application/json";
            result = helper.GetHtml(queryUrl, postData, true);
            Console.WriteLine(result);

Web API后台，会自动把POST的JSON数据转换为对应的对象的。

如果是GET方式，我们可能可以直接通过浏览器进行调试，如果是POST方式，我们需要使用一些协助工具，如Fiddler等处理工具，但是最好的方式是自己根据需要弄一个测试工具，方便测试。

以下就是我为了自己Web API 接口开发的需要，专门弄的一个调试工具，可以自动组装相关的参数，包括使用安全签名的参数，还可以把所有参数数据进行存储。