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第 8 章認(rèn)證和安全

8.3 HTTPS

HTTP 協(xié)議能夠在客戶端和服務(wù)器之間傳遞信息，特點(diǎn)是以明文的方式發(fā)送內(nèi)容，并不提供任何方式的數(shù)據(jù)加密

為了解決 HTTP 協(xié)議這一缺陷，需要使用另一種協(xié)議：HTTPS，它在 HTTP 的基礎(chǔ)上加入了安全套接層 SSL 協(xié)議

SSL 層依靠證書(shū)來(lái)驗(yàn)證服務(wù)器的身份，并在傳輸層為瀏覽器和服務(wù)器之間的通信加密

自 ASP.NET Core 2.1 起，在默認(rèn)情況下，所創(chuàng)建的 ASP.NET Core 應(yīng)用程序都啟用了 HTTPS

public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
{
    if (env.IsDevelopment())
    {
        app.UseDeveloperExceptionPage();
    }
    else
    {
        app.UseHsts();
    }

    app.UseHttpsRedirection();
    
    。。。
}

在 launchSettings.json 配置文件中也包含了 HTTPS 端口配置

"sslPort": 44304

"applicationUrl": "https://localhost:5001;http://localhost:5000",

HTTPS 重定向中間件會(huì)將所有的非安全請(qǐng)求重定向到安全的 HTTPS 協(xié)議上，它使用 HttpsRedirectionOptions 對(duì)象中的配置來(lái)進(jìn)行重定向

namespace Microsoft.AspNetCore.HttpsPolicy
{
  public class HttpsRedirectionOptions
  {
    public int RedirectStatusCode { get; set; } = 307;// 用于設(shè)置重定向時(shí)的狀態(tài)碼，默認(rèn)值307 Temporary Redirect

    public int? HttpsPort { get; set; }// 重定向URL中要用到的端口號(hào)
  }
}

若要修改重定向選項(xiàng)，則可以在 ConfigureServices 方法中添加如下代碼

services.AddHttpsRedirection(option =>
    {
        option.RedirectStatusCode = StatusCodes.Status307TemporaryRedirect;
        option.HttpsPort = 5001;
    }
);

HSTS 中間件使用 HSTS 來(lái)進(jìn)一步保證客戶端和服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩饔檬菑?qiáng)制客戶端使用 HTTPS 與服務(wù)器建立鏈接，實(shí)現(xiàn)方式是在響應(yīng)消息中添加 Strict-Transport-Security 消息頭，該消息頭可以使瀏覽器在接下來(lái)指定的時(shí)間內(nèi)，強(qiáng)制當(dāng)前域名只能通過(guò) HTTPS 進(jìn)行訪問(wèn)

services.AddHsts(options =>
{
    options.IncludeSubDomains = true;// 表明該網(wǎng)站所有子域名也必須通過(guò)HTTPS協(xié)議來(lái)訪問(wèn)
    options.Preload = true;// 可選參數(shù)，只有在申請(qǐng)將當(dāng)前網(wǎng)站的域名加入瀏覽器內(nèi)置列表時(shí)，才需要使用它
    options.MaxAge = TimeSpan.FromDays(120);// 指定時(shí)間內(nèi)，這個(gè)網(wǎng)站必須通過(guò)HTTPS協(xié)議來(lái)訪問(wèn)
    options.ExcludedHosts.Clear();// 由于本地服務(wù)器不會(huì)使用HTTPS，為了查看效果，需要清除所有被排除的主機(jī)列表
});

之所以應(yīng)該在正式環(huán)境中使用 HSTS，是因?yàn)?HSTS 配置會(huì)被瀏覽器緩存，因此不建議在開(kāi)發(fā)環(huán)境中使用 HSTS

8.4 數(shù)據(jù)保護(hù)

Web 應(yīng)用程序通常需要存儲(chǔ)安全敏感數(shù)據(jù)，ASP.NET Core 提供了數(shù)據(jù)保護(hù) API，用于加密和解密數(shù)據(jù)功能

數(shù)據(jù)保護(hù) API 主要包含兩個(gè)接口：IDataProtectionProvider 與 IDataProtector

IDataProtectionProvider 接口主要用于創(chuàng)建 IDataProtector 類型對(duì)象

namespace Microsoft.AspNetCore.DataProtection
{
  public interface IDataProtectionProvider
  {
    IDataProtector CreateProtector(string purpose);
  }
}

IDataProtector 接口用于執(zhí)行實(shí)際的數(shù)據(jù)保護(hù)操作

namespace Microsoft.AspNetCore.DataProtection
{
  public interface IDataProtector : IDataProtectionProvider
  {
    byte[] Protect(byte[] plaintext);

    byte[] Unprotect(byte[] protectedData);
  }
}

為了方便使用上述兩個(gè)接口，在相同的命名空間中還包含了為它們定義的擴(kuò)展方法

namespace Microsoft.AspNetCore.DataProtection
{
  public static class DataProtectionCommonExtensions
  {
    public static IDataProtector CreateProtector(
      this IDataProtectionProvider provider,
      IEnumerable<string> purposes)
    {
      if (provider == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof (provider));
      if (purposes == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof (purposes));
      bool flag = true;
      IDataProtectionProvider protectionProvider = provider;
      foreach (string purpose in purposes)
      {
        if (purpose == null)
          throw new ArgumentException(Resources.DataProtectionExtensions_NullPurposesCollection, nameof (purposes));
        protectionProvider = (IDataProtectionProvider) (protectionProvider.CreateProtector(purpose) ?? CryptoUtil.Fail("CreateProtector returned null."));
        flag = false;
      }
      if (flag)
        throw new ArgumentException(Resources.DataProtectionExtensions_NullPurposesCollection, nameof (purposes));
      return (IDataProtector) protectionProvider;
    }

    public static IDataProtector CreateProtector(
      this IDataProtectionProvider provider,
      string purpose,
      params string[] subPurposes)
    {
      if (provider == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof (provider));
      if (purpose == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof (purpose));
      IDataProtector provider1 = provider.CreateProtector(purpose);
      if (subPurposes != null && subPurposes.Length != 0)
        provider1 = provider1 != null ? provider1.CreateProtector((IEnumerable<string>) subPurposes) : (IDataProtector) null;
      return provider1 ?? CryptoUtil.Fail("CreateProtector returned null.");
    }

    public static IDataProtectionProvider GetDataProtectionProvider(
      this IServiceProvider services)
    {
      if (services == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof (services));
      IDataProtectionProvider service = (IDataProtectionProvider) services.GetService(typeof (IDataProtectionProvider));
      if (service != null)
        return service;
      throw new InvalidOperationException(Resources.FormatDataProtectionExtensions_NoService((object) typeof (IDataProtectionProvider).FullName));
    }

    public static IDataProtector GetDataProtector(
      this IServiceProvider services,
      IEnumerable<string> purposes)
    {
      if (services == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof (services));
      if (purposes == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof (purposes));
      return services.GetDataProtectionProvider().CreateProtector(purposes);
    }

    public static IDataProtector GetDataProtector(
      this IServiceProvider services,
      string purpose,
      params string[] subPurposes)
    {
      if (services == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof (services));
      if (purpose == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof (purpose));
      return services.GetDataProtectionProvider().CreateProtector(purpose, subPurposes);
    }

    public static string Protect(this IDataProtector protector, string plaintext)
    {
      if (protector == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof (protector));
      if (plaintext == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof (plaintext));
      try
      {
        byte[] bytes = EncodingUtil.SecureUtf8Encoding.GetBytes(plaintext);
        return WebEncoders.Base64UrlEncode(protector.Protect(bytes));
      }
      catch (Exception ex) when (ex.RequiresHomogenization())
      {
        throw Error.CryptCommon_GenericError(ex);
      }
    }

    public static string Unprotect(this IDataProtector protector, string protectedData)
    {
      if (protector == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof (protector));
      if (protectedData == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof (protectedData));
      try
      {
        byte[] protectedData1 = WebEncoders.Base64UrlDecode(protectedData);
        byte[] bytes = protector.Unprotect(protectedData1);
        return EncodingUtil.SecureUtf8Encoding.GetString(bytes);
      }
      catch (Exception ex) when (ex.RequiresHomogenization())
      {
        throw Error.CryptCommon_GenericError(ex);
      }
    }
  }
}

前兩個(gè)方法用于根據(jù)多個(gè)目的的字符串來(lái)創(chuàng)建 IDataProtector，后兩個(gè)方法使用 IDataProtector 的 Protect 和 Unprotect 方法能夠接受并返回字符串

要在程序中使用數(shù)據(jù)保護(hù) API，需要先添加服務(wù)

services.AddDataProtection();

之后，在需要的位置，將 IDataProtectionProvider 接口注入即可

namespace WebApplication1.Controllers
{
    [Route("api/[controller]")]
    [ApiController]
    public class ValueController : Controller
    {
        private List students = new List();
        public IDataProtectionProvider DataProtectionProvider { get; set; }

        public ValueController(IDataProtectionProvider dataProtectionProvider)
        {
            DataProtectionProvider = dataProtectionProvider;
            students.Add(new Student
            {
                Id = "1",
                Name = "Jim"
            });
        }

        [HttpGet]
        public ActionResult> Get()
        {
            var protector = DataProtectionProvider.CreateProtector("ProtectResourceId");
            var result = students.Select(s => new Student
            {
                Id = protector.Protect(s.Id),// 加密
                Name = s.Name
            });

            return result.ToList();
        }

        [HttpGet]
        public ActionResult Get(string id)
        {
            var protector = DataProtectionProvider.CreateProtector("ProtectResourceId");
            var rawId = protector.Unprotect(id);// 解密
            var targetItem = students.FirstOrDefault(s => s.Id == rawId);
            return new Student {Id = id, Name = targetItem.Name};
        }
    }

    public class Student
    {
        public string Id { get; set; }

        public string Name { get; set; }
    }
}

由于 IDataProtector 接口同樣可同于創(chuàng)建 IDataProtector 對(duì)象，因此可以創(chuàng)建具有層次的 IDataProtector 對(duì)象

var protectorA = DataProtectionProvider.CreateProtector("A");
var protectorB = protectorA.CreateProtector("B");
var protectorC = protectorB.CreateProtector("C");

需要注意的是，在對(duì)數(shù)據(jù)解密時(shí)，必須使用與加密時(shí)相同的方式創(chuàng)建的 IDataProtector 對(duì)象

為了更方便地創(chuàng)建具有層次的 IDataProtector 對(duì)象，可以使用如下 IDataProtectionProvider 接口的擴(kuò)展方法

DataProtectionProvider.CreateProtector("Parent", "Child");

如果使用上述 protectorC 對(duì)象加密信息，則可以使用如下方式進(jìn)行解密

var content = protectorC.Protect("Hello");
var protector = DataProtectionProvider.CreateProtector("A", "B", "C");
var rawContent = protector.Unprotect(content);

使用 protectorC 加密的內(nèi)容，可以使用 CreateProtector("A", "B", "C") 創(chuàng)建的 IDataProtector 進(jìn)行解密。這種具有層次的 IDataProtector 在根據(jù)不同版本或不同用戶保護(hù)數(shù)據(jù)時(shí)非常方便

var protectV1 = DataProtectionProvider.CreateProtector("DemoApp.ValueController", "v1");
var protectV2 = DataProtectionProvider.CreateProtector("DemoApp.ValueController", "v2");

為數(shù)據(jù)加密設(shè)置有效時(shí)間，在 Microsoft.AspNetCore.DataProtection 包中為 IDataProtector 接口定義了一個(gè)擴(kuò)展方法

public static ITimeLimitedDataProtector ToTimeLimitedDataProtector(
  this IDataProtector protector)
{
  if (protector == null)
    throw new ArgumentNullException(nameof (protector));
  return protector is ITimeLimitedDataProtector limitedDataProtector ? limitedDataProtector : (ITimeLimitedDataProtector) new TimeLimitedDataProtector(protector);
}

該方法能夠?qū)?IDataProtector 對(duì)象轉(zhuǎn)換為 ITimeLimitedDataProtector 類型的對(duì)象，為密文增加有效時(shí)間

ITimeLimitedDataProtector 接口定義如下

namespace Microsoft.AspNetCore.DataProtection
{
  public interface ITimeLimitedDataProtector : IDataProtector, IDataProtectionProvider
  {
    ITimeLimitedDataProtector CreateProtector(string purpose);

    byte[] Protect(byte[] plaintext, DateTimeOffset expiration);

    byte[] Unprotect(byte[] protectedData, out DateTimeOffset expiration);
  }
}

DateTimeOffset 類型參數(shù)表示有效期

以下示例展示了 ITimeLimitedDataProtector 的使用方法

var protector = DataProtectionProvider.CreateProtector("testing").ToTimeLimitedDataProtector();
var content = protector.Protect("Hello", DateTimeOffset.Now.AddMinutes(10));
// 等待一段時(shí)間
try
{
    var rawContent = protector.Unprotect(content, out DateTimeOffset expiration);
}
catch (CryptographicException ex)
{
    Logger.logError(ex.Message, ex);
}

Microsoft.AspNetCore.DataProtection 包中還提供了 EphemeralDataProtectionProvider 類，作為 IDataProtectionProvider 接口的一個(gè)實(shí)現(xiàn)，它的加密和解密功能具有“一次性”的特點(diǎn)，當(dāng)密文不需要持久化時(shí)，可以使用這種方式

private void EphemeralDataProtectionTest()
{
    const string Purpose = "DemoPurpose";

    EphemeralDataProtectionProvider provider = new EphemeralDataProtectionProvider();
    var protector = provider.CreateProtector(Purpose);
    var content = protector.Protect("Hello");
    var rawContent = protector.Unprotect(content);

    EphemeralDataProtectionProvider provider2 = new EphemeralDataProtectionProvider();
    var protector2 = provider2.CreateProtector(Purpose);
    rawContent = protector2.Unprotect(content);// 這里會(huì)出現(xiàn)異常
}

對(duì)于第二個(gè) EphemeralDataProtectionProvider 盡管創(chuàng)建了 IDataProtector 時(shí)，使用了相同的字符串，但由于是不同的實(shí)例，因此嘗試解密第一個(gè)對(duì)象加密的內(nèi)容時(shí)，將會(huì)出錯(cuò)，拋出 CryptographicException 異常

《ASP.NET Core 與 RESTful API 開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》-- （第8章）-- 讀書(shū)筆記（下）

第 8 章認(rèn)證和安全

8.3 HTTPS

8.4 數(shù)據(jù)保護(hù)

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