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在现代应用程序中,认证已不再是简单的将用户凭证保存在浏览器中,而要适应多种场景,如App,WebAPI,第三方登录等等。在 ASP.NET 4.x 时代的Windows认证和Forms认证已无法满足现代化的需求,因此在ASP.NET Core 中对认证及授权进行了全新设计,使其更加灵活,可以应付各种场景。在上一章中,我们提到HttpContext中认证相关的功能放在了独立的模块中,以扩展的方式来展现,以保证HttpContext的简洁性,本章就来介绍一下 ASP.NET Core 认证系统的整个轮廓,以及它的切入点。

AuthenticationHttpContextExtensions

AuthenticationHttpContextExtensions 类是对 HttpContext 认证相关的扩展,它提供了如下扩展方法:

public static class AuthenticationHttpContextExtensions
{
public static Task<AuthenticateResult> AuthenticateAsync(this HttpContext context, string scheme) =>
context.RequestServices.GetRequiredService<IAuthenticationService>().AuthenticateAsync(context, scheme); public static Task ChallengeAsync(this HttpContext context, string scheme, AuthenticationProperties properties) { }
public static Task ForbidAsync(this HttpContext context, string scheme, AuthenticationProperties properties) { }
public static Task SignInAsync(this HttpContext context, string scheme, ClaimsPrincipal principal, AuthenticationProperties properties) {}
public static Task SignOutAsync(this HttpContext context, string scheme, AuthenticationProperties properties) { }
public static Task<string> GetTokenAsync(this HttpContext context, string scheme, string tokenName) { }
}

主要包括如上6个扩展方法,其它的只是一些参数重载:

  • SignInAsync 用户登录成功后颁发一个证书(加密的用户凭证),用来标识用户的身份。

  • SignOutAsync 退出登录,如清除Coookie等。

  • AuthenticateAsync 验证在 SignInAsync 中颁发的证书,并返回一个 AuthenticateResult 对象,表示用户的身份。

  • ChallengeAsync 返回一个需要认证的标识来提示用户登录,通常会返回一个 401 状态码。

  • ForbidAsync 禁上访问,表示用户权限不足,通常会返回一个 403 状态码。

  • GetTokenAsync 用来获取 AuthenticationProperties 中保存的额外信息。

它们的实现都非常简单,与展示的第一个方法类似,从DI系统中获取到 IAuthenticationService 接口实例,然后调用其同名方法。

因此,如果我们希望使用认证服务,那么首先要注册 IAuthenticationService 的实例,ASP.NET Core 中也提供了对应注册扩展方法

public static class AuthenticationCoreServiceCollectionExtensions
{
public static IServiceCollection AddAuthenticationCore(this IServiceCollection services)
{
services.TryAddScoped<IAuthenticationService, AuthenticationService>();
services.TryAddSingleton<IClaimsTransformation, NoopClaimsTransformation>(); // Can be replaced with scoped ones that use DbContext
services.TryAddScoped<IAuthenticationHandlerProvider, AuthenticationHandlerProvider>();
services.TryAddSingleton<IAuthenticationSchemeProvider, AuthenticationSchemeProvider>();
return services;
} public static IServiceCollection AddAuthenticationCore(this IServiceCollection services, Action<AuthenticationOptions> configureOptions)
{
services.AddAuthenticationCore();
services.Configure(configureOptions);
return services;
}
}

如上,AddAuthenticationCore 中注册了认证系统的三大核心对象:IAuthenticationSchemeProviderIAuthenticationHandlerProvider 和 IAuthenticationService,以及一个对Claim进行转换的 IClaimsTransformation(不常用),下面就来介绍一下这三大对象。

IAuthenticationSchemeProvider

首先来解释一下 Scheme 是用来做什么的。因为在 ASP.NET Core 中可以支持各种各样的认证方式(如,cookie, bearer, oauth, openid 等等),而 Scheme 用来标识使用的是哪种认证方式,不同的认证方式其处理方式是完全不一样的,所以Scheme是非常重要的。

IAuthenticationSchemeProvider 用来提供对Scheme的注册和查询,其 AddScheme 方法,用来注册Scheme,而每一种Scheme最终体现为一个 AuthenticationScheme 类型的对象: 每一个Scheme中还包含一个对应的IAuthenticationHandler类型的Handler,由它来完成具体的处理逻辑,看一下它的默认实现:

对于 AuthenticationOptions 对象,大家可能会比较熟悉,在上面介绍的 AddAuthenticationCore 扩展方法中,也是使用该对象来配置认证系统:

    public class AuthenticationOptions
{
public AuthenticationOptions(); public IEnumerable<AuthenticationSchemeBuilder> Schemes { get; } public IDictionary<string, AuthenticationSchemeBuilder> SchemeMap { get; } public string DefaultScheme { get; set; } public string DefaultAuthenticateScheme { get; set; } public string DefaultSignInScheme { get; set; } public string DefaultSignOutScheme { get; set; } public string DefaultChallengeScheme { get; set; } public string DefaultForbidScheme { get; set; } public void AddScheme(string name, Action<AuthenticationSchemeBuilder> configureBuilder); public void AddScheme<THandler>(string name, string displayName) where THandler : IAuthenticationHandler;
}
            services.AddAuthentication(option =>{
option.DefaultAuthenticateScheme=JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme;
option.DefaultChallengeScheme=JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme;
})

该对象可以帮助我们更加方便的注册Scheme,提供泛型和 AuthenticationSchemeBuilder 两种方式配置方式。

到此,我们了解到,要想使用认证系统,必要先注册Scheme,而每一个Scheme必须指定一个Handler,否则会抛出异常,下面我们就来了解一下Handler。

IAuthenticationHandlerProvider

在 ASP.NET Core 的认证系统中,AuthenticationHandler 负责对用户凭证的验证,它定义了如下接口:

public interface IAuthenticationHandler
{
Task InitializeAsync(AuthenticationScheme scheme, HttpContext context);
Task<AuthenticateResult> AuthenticateAsync();
Task ChallengeAsync(AuthenticationProperties properties);
Task ForbidAsync(AuthenticationProperties properties);
}

IAuthenticationService

IAuthenticationService 本质上是对 IAuthenticationSchemeProvider 和 IAuthenticationHandlerProvider 封装,用来对外提供一个统一的认证服务接口:

public interface IAuthenticationService
{
Task<AuthenticateResult> AuthenticateAsync(HttpContext context, string scheme);
Task ChallengeAsync(HttpContext context, string scheme, AuthenticationProperties properties);
Task ForbidAsync(HttpContext context, string scheme, AuthenticationProperties properties);
Task SignInAsync(HttpContext context, string scheme, ClaimsPrincipal principal, AuthenticationProperties properties);
Task SignOutAsync(HttpContext context, string scheme, AuthenticationProperties properties);
}

这5个方法中,都需要接收一个 scheme 参数,因为只有先指定你要使用的认证方式,才能知道该如何进行认证。

对于上面的前三个方法,我们知道在IAuthenticationHandler中都有对应的实现,而SignInAsyncSignOutAsync则使用了独立的定义接口:

public interface IAuthenticationSignInHandler : IAuthenticationSignOutHandler
{
Task SignInAsync(ClaimsPrincipal user, AuthenticationProperties properties);
} public interface IAuthenticationSignOutHandler : IAuthenticationHandler
{
Task SignOutAsync(AuthenticationProperties properties);
}

SignInAsync 和 SignOutAsync 之所以使用独立的接口,是因为在现代架构中,通常会提供一个统一的认证中心,负责证书的颁发及销毁(登入和登出),而其它服务只用来验证证书,并用不到SingIn/SingOut。

而 IAuthenticationService 的默认实现 AuthenticationService 中的逻辑就非常简单了,只是调用Handler中的同名方法:

AuthenticationService中对这5个方法的实现大致相同,首先会在我们传入的scheme为null时,来获取我们所注册的默认scheme,然后获取调用相应Handler的即可。针对 SignInAsync 和 SignOutAsync 的实现则会判断Handler是否实现了对应的接口,若未实现则抛出异常。

AuthenticateResult

AuthenticateResult 用来表示认证的结果:

它主要包含一个核心属性 AuthenticationTicket

public class AuthenticationTicket
{
public string AuthenticationScheme { get; private set; }
public ClaimsPrincipal Principal { get; private set; }
public AuthenticationProperties Properties { get; private set; }
}

我们可以把AuthenticationTicket看成是一个经过认证后颁发的证书,

其 ClaimsPrincipal 属性我们较为熟悉,表示证书的主体,在基于声明的认证中,用来标识一个人的身份(如:姓名,邮箱等等),后续会详细介绍一下基于声明的认证。

而 AuthenticationProperties 属性用来表示证书颁发的相关信息,如颁发时间,过期时间,重定向地址等等: 在上面最开始介绍的HttpContext中的 GetTokenAsync 扩展方法便是对AuthenticationProperties的扩展:  oken扩展只是对AuthenticationProperties中的 Items 属性进行添加和读取。

下面我们演示一下 ASP.NET Core 认证系统的实际用法:

首先,我们要定义一个Handler:

public class MyHandler : IAuthenticationHandler, IAuthenticationSignInHandler, IAuthenticationSignOutHandler
{
public AuthenticationScheme Scheme { get; private set; }
protected HttpContext Context { get; private set; } public Task InitializeAsync(AuthenticationScheme scheme, HttpContext context)
{
Scheme = scheme;
Context = context;
return Task.CompletedTask;
} public async Task<AuthenticateResult> AuthenticateAsync()
{
var cookie = Context.Request.Cookies["mycookie"];
if (string.IsNullOrEmpty(cookie))
{
return AuthenticateResult.NoResult();
}
return AuthenticateResult.Success(Deserialize(cookie));
} public Task ChallengeAsync(AuthenticationProperties properties)
{
Context.Response.Redirect("/login");
return Task.CompletedTask;
} public Task ForbidAsync(AuthenticationProperties properties)
{
Context.Response.StatusCode = ;
return Task.CompletedTask;
} public Task SignInAsync(ClaimsPrincipal user, AuthenticationProperties properties)
{
var ticket = new AuthenticationTicket(user, properties, Scheme.Name);
Context.Response.Cookies.Append("myCookie", Serialize(ticket));
return Task.CompletedTask;
} public Task SignOutAsync(AuthenticationProperties properties)
{
Context.Response.Cookies.Delete("myCookie");
return Task.CompletedTask;
}
}

如上,在 SignInAsync 中将用户的Claim序列化后保存到Cookie中,在 AuthenticateAsync 中从Cookie中读取并反序列化成用户Claim。

然后在DI系统中注册我们的Handler和Scheme:

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
services.AddAuthenticationCore(options => options.AddScheme<MyHandler>("myScheme", "demo scheme"));
}

最后,便可以通过HttpContext来调用认证系统了:

public void Configure(IApplicationBuilder app)
{
// 登录
app.Map("/login", builder => builder.Use(next =>
{
return async (context) =>
{
var claimIdentity = new ClaimsIdentity();
claimIdentity.AddClaim(new Claim(ClaimTypes.Name, "jim"));
await context.SignInAsync("myScheme", new ClaimsPrincipal(claimIdentity));
};
})); // 退出
app.Map("/logout", builder => builder.Use(next =>
{
return async (context) =>
{
await context.SignOutAsync("myScheme");
};
})); // 认证
app.Use(next =>
{
return async (context) =>
{
var result = await context.AuthenticateAsync("myScheme");
if (result?.Principal != null) context.User = result.Principal;
await next(context);
};
}); // 授权
app.Use(async (context, next) =>
{
var user = context.User;
if (user?.Identity?.IsAuthenticated ?? false)
{
if (user.Identity.Name != "jim") await context.ForbidAsync("myScheme");
else await next();
}
else
{
await context.ChallengeAsync("myScheme");
}
}); // 访问受保护资源
app.Map("/resource", builder => builder.Run(async (context) => await context.Response.WriteAsync("Hello, ASP.NET Core!")));

在这里完整演示了 ASP.NET Core 认证系统的基本用法,当然,在实际使用中要比这更加复杂,如安全性,易用性等方面的完善,但本质上也就这么多东西。

总结

本章基于 HttpAbstractions 对 ASP.NET Core 认证系统做了一个简单的介绍,但大多是一些抽象层次的定义,并未涉及到具体的实现。因为现实中有各种各样的场景无法预测,HttpAbstractions 提供了统一的认证规范,在我们的应用程序中,可以根据具体需求来灵活的扩展适合的认证方式。不过在 Security 提供了更加具体的实现方式,也包含了 Cookie, JwtBearer, OAuth, OpenIdConnect 等较为常用的认证实现。在下个系列会来详细介绍一下 ASP.NET Core 的认证与授权,更加偏向于实战,敬请期待!

ASP.NET Core 在GitHub上的开源地址为:https://github.com/aspnet,包含了100多个项目,ASP.NET Core 的核心是 HttpAbstractions ,其它的都是围绕着 HttpAbstractions 进行的扩展。本系列文章所涉及到的源码只包含 Hosting 和 HttpAbstractions ,它们两个已经构成了一个完整的 ASP.NET Core 运行时,不需要其它模块,就可以轻松应对一些简单的场景。当然,更多的时候我们还会使用比较熟悉的 Mvc 来大大提高开发速度和体验,后续再来介绍一下MVC的运行方式。

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