[ Office 365 开发系列 ] 身份认证

前言

本文完全原创，转载请说明出处，希望对大家有用。

通常我们在开发一个应用时，需要考虑用户身份认证及授权，Office 365使用AAD(Azure Active Directory)作为其认证机构，为应用程序提供身份认证及授权服务。因此，在开发Office 365应用前，我们需要了解AAD的认证和授权机制。

阅读目录

1. AAD认证授权机制
2. 授权代码授予流和客户端凭证授予流
3. 应用示例

正文

AAD认证授权机制

当前的AAD支持多种身份认证标准：

1. OpenId Connect
2. OAuth2
3. SAML-P
4. WS-Federation and WS-Trust
5. Graph web api

这几种身份认证标准会应用在不同的场景中，如OAuth2.0应用于Office 365应用程序接口，SAML-P多应用于Office 365的混合部署，如果想要详细了解，可以参阅此文章，详细介绍了Office 365身份认证支持的各项协议。我们在开发应用的过程中，最主要是使用OpenID Connect和OAuth2.0.因此，本篇内容中只涉及到OpenID和OAuth2.0两种类型的身份认证分析，后续文章中会涉及到Office 365的混合部署及令牌交换协议内容。

OAuth2.0是OAuth的最新版本，升级并简化了验证的过程，相关描述可以查看RFC 6749，在资源授权方面，OAuth2.0支持多种授予流，Office 365使用授权代码授予流和客户端凭证授予流，两者适用于不同的应用场景，同时在AAD中配置权限也进行了区分，稍后会具体讲解。下图为标准的OAuth2.0处理过程：

+--------+                               +---------------+
|        |--(A)- Authorization Request ->|   Resource    |
|        |                               |     Owner     |
|        |<-(B)-- Authorization Grant ---|               |
|        |                               +---------------+
|        |
|        |                               +---------------+
|        |--(C)-- Authorization Grant -->| Authorization |
| Client |                               |     Server    |
|        |<-(D)----- Access Token -------|               |
|        |                               +---------------+
|        |
|        |                               +---------------+
|        |--(E)----- Access Token ------>|    Resource   |
|        |                               |     Server    |
|        |<-(F)--- Protected Resource ---|               |
+--------+                               +---------------+

---

OpenID是目前各大网站普遍支持的开放协议，OpenID Connect 1.0是基于OAuth2.0设计的用户认证标准，Azure Active Directory (Azure AD) 中的 OpenID Connect 1.0 允许你使用 OAuth 2.0 协议进行单一登录。 OAuth 2.0 是一种授权协议，但 OpenID Connect 扩展了 OAuth 2.0 的身份验证协议用途。OpenID Connect 协议(OpenId Connect 1.0)的主要功能是返回 id_token，后者用于对用户进行身份验证。 下图为OpenID的标准处理过程：

+--------+                                   +--------+
|        |                                   |        |
|        |---------(1) AuthN Request-------->|        |
|        |                                   |        |
|        |  +--------+                       |        |
|        |  |        |                       |        |
|        |  |  End-  |<--(2) AuthN & AuthZ-->|        |
|        |  |  User  |                       |        |
|   RP   |  |        |                       |   OP   |
|        |  +--------+                       |        |
|        |                                   |        |
|        |<--------(3) AuthN Response--------|        |
|        |                                   |        |
|        |---------(4) UserInfo Request----->|        |
|        |                                   |        |
|        |<--------(5) UserInfo Response-----|        |
|        |                                   |        |
+--------+                                   +--------+

OpenID的标准过程需要以下几步：

1.　客户端（RP）发送一个请求到OpenID的提供商（OP）;

2.　OP验证用户，如果用户尚未授权，则跳转到授权页面;

3.　用户授权后，OP会引导用户返回到客户端，并会携带一个Token和id token;

4.　RP使用收到的Token请求用户其他信息资源;

5.　OP返回请求的资源信息

通过上述的步骤，第三方应用（也就是客户端）不仅可以验证用户的合法性，同时可以在用户授权的情况下获取用户基本信息。在AAD中使用的OpenID Connect 1.0为Auth2.0进行了扩展，在返回Token的同时，会返回一个JWT形式的id_token。AAD中的OpenID终结点配置信息可通过访问此链接查看：https://login.windows.net/common/.well-known/openid-configuration 。id_token包含用户的基本信息，作为应用的CurrentUser属性。获取到Token后，应用可以通过此凭证请求资源，Office 365使用Bearer方式获取资源，请参阅Bearer Token Usage

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授权代码流和客户端凭证授予流

AAD中的授权代码授予流使用如下流程：

（此图引用自msdn）

对比OAuth2.0的标准流程，授权代码流会以授权代码（Code）的方式返回授权标识，用户通过使用Code请求资源Token，应用程序使用获取到的Token调用资源Web API。

当我们的Office 365应用使用授权代码授予流时，需要我们在AAD中设置资源代理权限，设置过程如下：

（一）通过Office 365设置页面进入Azure AD：

（二）进入AD中的应用程序，并找到我们的注册应用（如何注册应用请参考），进入应用的Configure页面，如下图：

（三）设置资源的Delegated Permissions，如果我们使用过授权代码流来请求资源，只需设置Delegation Permissions

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AAD中的客户端凭证授予流使用如下流程：

（此图引用自msdn）

与标准OAuth2.0流程相比，客户端凭证授予流不需要用户授权，而是由应用程序直接访问AAD请求token。请注意，如果使用此方式，则应用程序对资源有最大权限。

当我们的Office 365应用使用授权代码授予流时，需要我们在AAD中设置资源的应用权限，与授权代码授予流只是配置权限不同，设置的是Application Permission，如下图：

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应用示例

在实际应用中，我们通常会使用Owin中间件来完成用户身份认证，我们使用Office Dev Center中的实例来分析。

先来看如何实现用户登录后验证，我们贴出重要代码来分析：

    public partial class Startup
    {
        public void ConfigureAuth(IAppBuilder app)
        {
            app.SetDefaultSignInAsAuthenticationType(CookieAuthenticationDefaults.AuthenticationType);
            app.UseCookieAuthentication(new CookieAuthenticationOptions());
            app.UseOpenIdConnectAuthentication(
                new OpenIdConnectAuthenticationOptions
                {
                    ClientId = SettingsHelper.ClientId,
                    Authority = SettingsHelper.Authority,
                    TokenValidationParameters = new System.IdentityModel.Tokens.TokenValidationParameters
                    {
                        ValidateIssuer = false
                    },
                    Notifications = new OpenIdConnectAuthenticationNotifications()
                    {
                        AuthorizationCodeReceived = (context) =>
                        {
                            var code = context.Code;
                            ClientCredential credential = new ClientCredential(SettingsHelper.ClientId, SettingsHelper.AppKey);
                            string tenantID = context.AuthenticationTicket.Identity.FindFirst("http://schemas.microsoft.com/identity/claims/tenantid").Value;
                            String signInUserId = context.AuthenticationTicket.Identity.FindFirst(ClaimTypes.NameIdentifier).Value;
                            AuthenticationContext authContext = new AuthenticationContext(string.Format("{0}/{1}", SettingsHelper.AuthorizationUri, tenantID), new ADALTokenCache(signInUserId));
                            AuthenticationResult result = authContext.AcquireTokenByAuthorizationCode(code, new Uri(HttpContext.Current.Request.Url.GetLeftPart(UriPartial.Path)), credential, SettingsHelper.AADGraphResourceId);
                            return Task.FromResult();
                        },
                        RedirectToIdentityProvider = (context) =>
                        {
                            string appBaseUrl = context.Request.Scheme + "://" + context.Request.Host + context.Request.PathBase;
                            context.ProtocolMessage.RedirectUri = appBaseUrl + "/";
                            context.ProtocolMessage.PostLogoutRedirectUri = appBaseUrl;
                            return Task.FromResult();
                        },
                        AuthenticationFailed = (context) =>
                        {
                            context.HandleResponse();
                            return Task.FromResult();
                        }
                    }
                });
    }

上述代码在项目中的App_Start文件夹下Startup.Auth.cs，是Owin的Server端配置内容。Owin中间件是在应用启动时注册，注册方式是扫描跟文件夹下的Startup.cs，存在则使用该配置类注册。针对OWIN的处理机制，我们在后续的章节中单独分析OWIN中间件的架构，当前我们主要聚焦在如何使用OpenID及OAuth。在上面的代码中，有这么一句：

app.SetDefaultSignInAsAuthenticationType(CookieAuthenticationDefaults.AuthenticationType);

app是Owin中的基础接口类型，用于内部拓展不同的验证机制，使用IDictionary<string, object> Properties { get; }这样一个字典类型存储我们应用程序验证所需的信息。SetDefaultSignInAsAuthenticationType指明Owin默认使用的验证方式，为了保持用户的登录状态，我们使用cookie作为默认验证方式，当cookie未登录时，Owin继续使用下面注册的其他方式尝试验证。

app.UseCookieAuthentication(new CookieAuthenticationOptions());

UseCookieAuthentication是Owin实现的Cookie验证方式。在Owin的源代码中，每一种方式都包含基本的处理类：

• AuthenticationDefaults.cs
• AuthenticationExtensions.cs
• AuthenticationHandler.cs
• AuthenticationMiddleware.cs
• AuthenticationOptions.cs

此时我们使用new CookieAuthenticationOptions()初始化Cookie验证默认配置。当Cookie中无验证信息时，会进入到

app.UseOpenIdConnectAuthentication

在OpenID验证中，配置了如下参数：

1. ClientId：应用程序ID，标识我们在AAD中的应用
2. Authority：发起验证请求的目标地址，如当前的https://login.windows.net，这里要说明一下，根据我的实测，https://login.microsoftonline.com也是可以的。
3. TokenValidationParameters：这个方法是为了验证通过OpenID验证的用户是否为本应用程序的合法用户，可根据业务实际情况编写自己的验证机制。
4. Notifications：在OpenID验证并返回后，Owin调用Notifications方法，也正是我们使用OAuth进行用户授权的触发方法。

下面是一个TokenValidationParameters参数的示例：

TokenValidationParameters = new System.IdentityModel.Tokens.TokenValidationParameters
{
   IssuerValidator = (issuer, token) =>
   {
      return DoesIssuerBelongToMyCustomersList(issuer);//DoesIssuerBelongToMyCustomersList方法根据当前登陆人信息判断是否在用户列表中，如果不存在，则返回false
   }
}

接下来分析Notifications参数：

AuthorizationCodeReceived = (context) =>
{
    var code = context.Code;
    ClientCredential credential = new ClientCredential(SettingsHelper.ClientId, SettingsHelper.AppKey);
    String signInUserId = context.AuthenticationTicket.Identity.FindFirst(ClaimTypes.NameIdentifier).Value;
    AuthenticationContext authContext = new AuthenticationContext("https://login.windows.net/common", new ADALTokenCache(signInUserId));
    AuthenticationResult result = authContext.AcquireTokenByAuthorizationCode(code, new Uri(HttpContext.Current.Request.Url.GetLeftPart(UriPartial.Path)), credential, SettingsHelper.AADGraphResourceId);
    return Task.FromResult();
},
RedirectToIdentityProvider = (context) =>
{
    string appBaseUrl = context.Request.Scheme + "://" + context.Request.Host + context.Request.PathBase;
    context.ProtocolMessage.RedirectUri = appBaseUrl + "/";
    context.ProtocolMessage.PostLogoutRedirectUri = appBaseUrl;
    return Task.FromResult();
},
AuthenticationFailed = (context) =>
{
    context.HandleResponse();
    return Task.FromResult();
}

在Notifications参数方法中定义了3个委托方法，当调用OpenId验证通过并返回Code参数时，Owin调用AuthorizationCodeReceived，RedirectToIdentityProvider方法用于定义验证通过后的返回页面地址，AuthenticationFailed定义验证失败后的处理方法。在AuthorizationCodeReceived这个方法中，我们使用文档开始提到的AAD授权代码流方式为用户授权。SettingsHelper.ClientId是应用程序ID，是应用程序在AAD中的唯一标识。SettingsHelper.AppKey是应用程序中新建的keys（可以使用多个），新建的方法如下：

进入AAD中的应用程序管理，添加app key，这个key是有过期时间的，最多2年。这里提醒一下，新建key以后需要保存才能看到key字符串，而且只有第一次能查看，如果忘记了只能重新建一个。

接着往下面看，context对象是Owin根据返回的id_token生成的上下文，这里的signInUserId是用户在AAD中对象标识符：

String signInUserId = context.AuthenticationTicket.Identity.FindFirst(ClaimTypes.NameIdentifier).Value;

我们使用signInUserId来唯一标识用户的Token缓存对象，新建一个AuthenticationContext对象，这个对象是基于ADAL 创建，如有想要了解什么是ADAL，请参阅The New Token Cache in ADAL v2。创建对象的同时，我们将对象ADALTokenCache作为TokenCache传入对象，ADALTokenCache是我们自定义用来缓存用户Token的类，如下：

 public class ADALTokenCache : TokenCache
    {
        string User;
        UserTokenCache Cache;

        // constructor
        public ADALTokenCache(string user)
        {
            // associate the cache to the current user of the web app
            User = user;
            this.AfterAccess = AfterAccessNotification;
            this.BeforeAccess = BeforeAccessNotification;
            this.BeforeWrite = BeforeWriteNotification;

            using (ApplicationDbContext db = new ApplicationDbContext())
            {
                Cache = db.UserTokenCacheList.FirstOrDefault(c => c.webUserUniqueId == User);
            }

            this.Deserialize((Cache == null) ? null : Cache.cacheBits);
        }

        public override void Clear()
        {
            base.Clear();
            using (ApplicationDbContext db = new ApplicationDbContext())
            {
                Cache = db.UserTokenCacheList.FirstOrDefault(c => c.webUserUniqueId == User);
                if (Cache != null)
                    db.UserTokenCacheList.Remove(Cache);
                db.SaveChanges();
            }
        }

        void BeforeAccessNotification(TokenCacheNotificationArgs args)
        {
            using (ApplicationDbContext db = new ApplicationDbContext())
            {
                if (Cache == null)
                {
                    // first time access
                    Cache = db.UserTokenCacheList.FirstOrDefault(c => c.webUserUniqueId == User);
                }
                else
                {   // retrieve last write from the DB
                    var status = from e in db.UserTokenCacheList
                                 where (e.webUserUniqueId == User)
                                 select new
                                 {
                                     LastWrite = e.LastWrite
                                 };
                    // if the in-memory copy is older than the persistent copy
                    if (status != null && status.Count() >  && status.First().LastWrite > Cache.LastWrite)
                    {
                        Cache = db.UserTokenCacheList.FirstOrDefault(c => c.webUserUniqueId == User);
                    }
                }
            }
            this.Deserialize((Cache == null) ? null : Cache.cacheBits);
        }

        // Notification raised after ADAL accessed the cache.
        // If the HasStateChanged flag is set, ADAL changed the content of the cache
        void AfterAccessNotification(TokenCacheNotificationArgs args)
        {
            if (this.HasStateChanged)
            {
                using (ApplicationDbContext db = new ApplicationDbContext())
                {
                    if (Cache == null || Cache.UserTokenCacheId == )
                    {
                        Cache = new UserTokenCache
                        {
                            webUserUniqueId = User,
                            cacheBits = this.Serialize(),
                            LastWrite = DateTime.Now
                        };
                    }
                    else
                    {
                        Cache.cacheBits = this.Serialize();
                        Cache.LastWrite = DateTime.Now;
                    }
                    db.Entry(Cache).State = Cache.UserTokenCacheId ==  ? EntityState.Added : EntityState.Modified;
                    db.SaveChanges();
                }
                this.HasStateChanged = false;
            }
        }

        void BeforeWriteNotification(TokenCacheNotificationArgs args)
        {
            // if you want to ensure that no concurrent write take place, use this notification to place a lock on the entry
        }
    }

这里我修改了一些代码，示例中的代码是用户每次获取新资源的Token时新增一条Cache数据，为了多用户访问，我将缓存机制改为每个用户对应一条Cache数据。

 AuthenticationResult result = authContext.AcquireTokenByAuthorizationCode(code, new Uri(HttpContext.Current.Request.Url.GetLeftPart(UriPartial.Path)), credential, SettingsHelper.AADGraphResourceId);

AcquireTokenByAuthorizationCode是ADAL帮我们定义好的授权代码流方法，用于通过code获取token，同时我们指定请求SettingsHelper.AADGraphResourceId（AAD Graph web resource）资源，这样可以验证我们的应用是否有对应资源的访问权限。当然，这个参数是可选的。

验证逻辑图如下：

---

结束语

Office 365开发系列的身份认证就到这里了，如有不明白的地方，请在评论中提出。后续章节我们会继续深入了解OWIN及ADAL的机制，希望大家继续关注。