ASP.NET Core にトークン ベース ID 認証インスタンスを実装する

以前は、Web 側の ID 認証は Cookie | セッション認証に基づいていましたが、Web API の時代では、ブラウザだけではありません。さまざまなクライアントも存在するため、これらのクライアントは Cookie が何であるかを知りません。 (Cookie は実際にはセッションを維持するためにブラウザーによって行われる小さなトリックですが、HTTP 自体はステートレスであり、さまざまなクライアントが提供できるのはすべて HTTP 操作用の API です)

そして、トークンベースの ID 認証は、この変化に応じて生まれました。よりオープンでより安全に。

トークンベースの ID 認証を実装するには多くの方法がありますが、ここでは Microsoft が提供する API のみを使用します。

次の例では、Microsoft JwtSecurityTokenHandler を使用してベア トークンに基づく ID 認証を完了します。

注: この種の記事はステップバイステップのチュートリアルです。めまいがしないように、完全なコードをダウンロードしてコード構造を分析することをお勧めします。

プロジェクトを作成する

VS で新しいプロジェクトを作成し、プロジェクトの種類として ASP.NET Core Web アプリケーション (.NET Core) を選択し、プロジェクト名を CSTokenBaseAuth として入力します

Coding

いくつかの補助クラスを作成します

1 つ作成しますプロジェクトのルート ディレクトリの Folder Auth に、RSAKeyHelper.cs と TokenAuthOption.cs の 2 つのファイルを追加します。

ConfigureServices 内次のコードを追加します:

using System.Security.Cryptography;
 
namespace CSTokenBaseAuth.Auth
{
  public class RSAKeyHelper
  {
    public static RSAParameters GenerateKey()
    {
      using (var key = new RSACryptoServiceProvider(2048))
      {
        return key.ExportParameters(true);
      }
    }
  }
}

完全なコードは次のようになります

using System;
using Microsoft.IdentityModel.Tokens;
 
namespace CSTokenBaseAuth.Auth
{
  public class TokenAuthOption
  {
    public static string Audience { get; } = "ExampleAudience";
    public static string Issuer { get; } = "ExampleIssuer";
    public static RsaSecurityKey Key { get; } = new RsaSecurityKey(RSAKeyHelper.GenerateKey());
    public static SigningCredentials SigningCredentials { get; } = new SigningCredentials(Key, SecurityAlgorithms.RsaSha256Signature);
 
    public static TimeSpan ExpiresSpan { get; } = TimeSpan.FromMinutes(20);
  }
}

Configure メソッドに次のコードを追加します

services.AddAuthorization(auth =>
{
  auth.AddPolicy("Bearer", new AuthorizationPolicyBuilder()
    .AddAuthenticationSchemes(JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme‌)
    .RequireAuthenticatedUser().Build());
});

このコードは主にエラー処理に使用されます。 ID 認証が失敗すると例外がスローされ、この例外はここで処理される場合などです。

次に、同じメソッドに次のコードを追加します。

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
  // Add framework services.
  services.AddApplicationInsightsTelemetry(Configuration);
  // Enable the use of an [Authorize("Bearer")] attribute on methods and classes to protect.
  services.AddAuthorization(auth =>
  {
    auth.AddPolicy("Bearer", new AuthorizationPolicyBuilder()
      .AddAuthenticationSchemes(JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme‌)
      .RequireAuthenticatedUser().Build());
  });
  services.AddMvc();
}

Apply JwtBearerAuthentication

app.UseExceptionHandler(appBuilder => {
  appBuilder.Use(async (context, next) => {
    var error = context.Features[typeof(IExceptionHandlerFeature)] as IExceptionHandlerFeature;
    //when authorization has failed, should retrun a json message to client
    if (error != null && error.Error is SecurityTokenExpiredException)
    {
      context.Response.StatusCode = 401;
      context.Response.ContentType = "application/json";
      await context.Response.WriteAsync(JsonConvert.SerializeObject(
        new { authenticated = false, tokenExpired = true }
      ));
    }
    //when orther error, retrun a error message json to client
    else if (error != null && error.Error != null)
    {
      context.Response.StatusCode = 500;
      context.Response.ContentType = "application/json";
      await context.Response.WriteAsync(JsonConvert.SerializeObject(
        new { success = false, error = error.Error.Message }
      ));
    }
    //when no error, do next.
    else await next();
  });
});

完全なコードは次のようになります

app.UseExceptionHandler(appBuilder => {
  appBuilder.Use(async (context, next) => {
    var error = context.Features[typeof(IExceptionHandlerFeature)] as IExceptionHandlerFeature;
 
    //when authorization has failed, should retrun a json message to client
    if (error != null && error.Error is SecurityTokenExpiredException)
    {
      context.Response.StatusCode = 401;
      context.Response.ContentType = "application/json";
 
      await context.Response.WriteAsync(JsonConvert.SerializeObject(
        new { authenticated = false, tokenExpired = true }
      ));
    }
    //when orther error, retrun a error message json to client
    else if (error != null && error.Error != null)
    {
      context.Response.StatusCode = 500;
      context.Response.ContentType = "application/json";
      await context.Response.WriteAsync(JsonConvert.SerializeObject(
        new { success = false, error = error.Error.Message }
      ));
    }
    //when no error, do next.
    else await next();
  });
});

Cコントローラーで新しい Web API コントローラーを作成しますTokenAuthController.cs という名前のクラス。ここでログイン認証を完了します

ユーザーモデルとユーザーストレージをシミュレートするために使用される2つのクラスを同じファイルの下に追加します。コードは次のようになります

次に、TokenAuthControllerに次のメソッドを追加します。 .cs

app.UseJwtBearerAuthentication(new JwtBearerOptions {
  TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters {
    IssuerSigningKey = TokenAuthOption.Key,
    ValidAudience = TokenAuthOption.Audience,
    ValidIssuer = TokenAuthOption.Issuer,
    ValidateIssuerSigningKey = true,
    ValidateLifetime = true,
    ClockSkew = TimeSpan.FromMinutes(0)
  }
});

このメソッドは認証トークンを生成するだけです。次に、それを呼び出す別のメソッドを追加しましょう

同じファイルに次のコードを追加します

using System;
using Microsoft.AspNetCore.Builder;
using Microsoft.AspNetCore.Hosting;
using Microsoft.Extensions.Configuration;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using Microsoft.Extensions.Logging;
using Microsoft.AspNetCore.Authorization;
using Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer;
using CSTokenBaseAuth.Auth;
using Microsoft.AspNetCore.Diagnostics;
using Microsoft.IdentityModel.Tokens;
using Microsoft.AspNetCore.Http;
using Newtonsoft.Json;
 
namespace CSTokenBaseAuth
{
  public class Startup
  {
    public Startup(IHostingEnvironment env)
    {
      var builder = new ConfigurationBuilder()
        .SetBasePath(env.ContentRootPath)
        .AddJsonFile("appsettings.json", optional: true, reloadOnChange: true)
        .AddJsonFile($"appsettings.{env.EnvironmentName}.json", optional: true);
 
      if (env.IsEnvironment("Development"))
      {
        // This will push telemetry data through Application Insights pipeline faster, allowing you to view results immediately.
        builder.AddApplicationInsightsSettings(developerMode: true);
      }
 
      builder.AddEnvironmentVariables();
      Configuration = builder.Build();
    }
 
    public IConfigurationRoot Configuration { get; }
 
    // This method gets called by the runtime. Use this method to add services to the container
    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
      // Add framework services.
      services.AddApplicationInsightsTelemetry(Configuration);
 
      // Enable the use of an [Authorize("Bearer")] attribute on methods and classes to protect.
      services.AddAuthorization(auth =>
      {
        auth.AddPolicy("Bearer", new AuthorizationPolicyBuilder()
          .AddAuthenticationSchemes(JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme‌)
          .RequireAuthenticatedUser().Build());
      });
 
      services.AddMvc();
    }
 
    // This method gets called by the runtime. Use this method to configure the HTTP request pipeline
    public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env, ILoggerFactory loggerFactory)
    {
      loggerFactory.AddConsole(Configuration.GetSection("Logging"));
      loggerFactory.AddDebug();
 
      app.UseApplicationInsightsRequestTelemetry();
 
      app.UseApplicationInsightsExceptionTelemetry();
 
      #region Handle Exception
      app.UseExceptionHandler(appBuilder => {
        appBuilder.Use(async (context, next) => {
          var error = context.Features[typeof(IExceptionHandlerFeature)] as IExceptionHandlerFeature;
 
          //when authorization has failed, should retrun a json message to client
          if (error != null && error.Error is SecurityTokenExpiredException)
          {
            context.Response.StatusCode = 401;
            context.Response.ContentType = "application/json";
 
            await context.Response.WriteAsync(JsonConvert.SerializeObject(
              new { authenticated = false, tokenExpired = true }
            ));
          }
          //when orther error, retrun a error message json to client
          else if (error != null && error.Error != null)
          {
            context.Response.StatusCode = 500;
            context.Response.ContentType = "application/json";
            await context.Response.WriteAsync(JsonConvert.SerializeObject(
              new { success = false, error = error.Error.Message }
            ));
          }
          //when no error, do next.
          else await next();
        });
      });
      #endregion
 
      #region UseJwtBearerAuthentication
      app.UseJwtBearerAuthentication(new JwtBearerOptions {
        TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters {
          IssuerSigningKey = TokenAuthOption.Key,
          ValidAudience = TokenAuthOption.Audience,
          ValidIssuer = TokenAuthOption.Issuer,
          ValidateIssuerSigningKey = true,
          ValidateLifetime = true,
          ClockSkew = TimeSpan.FromMinutes(0)
        }
      });
      #endregion
 
      app.UseMvc(routes =>
      {
        routes.MapRoute(
          name: "default",
          template: "{controller=Login}/{action=Index}");
      });
    }
  }
}

ファイルの完全なコードは次のとおりです。このように

public class User
{
  public Guid ID { get; set; }
  public string Username { get; set; }
  public string Password { get; set; }
}
 
public static class UserStorage
{
  public static List<User> Users { get; set; } = new List<User> {
    new User {ID=Guid.NewGuid(),Username="user1",Password = "user1psd" },
    new User {ID=Guid.NewGuid(),Username="user2",Password = "user2psd" },
    new User {ID=Guid.NewGuid(),Username="user3",Password = "user3psd" }
  };
}

次に認可検証部分を完成させます

Controllersに新しいWeb APIコントローラークラスを作成し、ValuesController.csという名前を付けます

その中に次のコードを追加します

private string GenerateToken(User user, DateTime expires)
{
  var handler = new JwtSecurityTokenHandler();
   
  ClaimsIdentity identity = new ClaimsIdentity(
    new GenericIdentity(user.Username, "TokenAuth"),
    new[] {
      new Claim("ID", user.ID.ToString())
    }
  );
 
  var securityToken = handler.CreateToken(new SecurityTokenDescriptor
  {
    Issuer = TokenAuthOption.Issuer,
    Audience = TokenAuthOption.Audience,
    SigningCredentials = TokenAuthOption.SigningCredentials,
    Subject = identity,
    Expires = expires
  });
  return handler.WriteToken(securityToken);
}

装飾属性メソッドを追加します

[HttpPost]
public string GetAuthToken(User user)
{
  var existUser = UserStorage.Users.FirstOrDefault(u => u.Username == user.Username && u.Password == user.Password);
 
  if (existUser != null)
  {
    var requestAt = DateTime.Now;
    var expiresIn = requestAt + TokenAuthOption.ExpiresSpan;
    var token = GenerateToken(existUser, expiresIn);
 
    return JsonConvert.SerializeObject(new {
      stateCode = 1,
      requertAt = requestAt,
      expiresIn = TokenAuthOption.ExpiresSpan.TotalSeconds,
      accessToken = token
    });
  }
  else
  {
    return JsonConvert.SerializeObject(new { stateCode = -1, errors = "Username or password is invalid" });
  }
}

最後にビューを追加しましょう

Controllersで新しいWebコントローラクラスを作成し、LoginController.csという名前を付けます

コードは次のようになります

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using Newtonsoft.Json;
using System.IdentityModel.Tokens.Jwt;
using System.Security.Claims;
using System.Security.Principal;
using Microsoft.IdentityModel.Tokens;
using CSTokenBaseAuth.Auth;
 
namespace CSTokenBaseAuth.Controllers
{
  [Route("api/[controller]")]
  public class TokenAuthController : Controller
  {
    [HttpPost]
    public string GetAuthToken(User user)
    {
      var existUser = UserStorage.Users.FirstOrDefault(u => u.Username == user.Username && u.Password == user.Password);
 
      if (existUser != null)
      {
        var requestAt = DateTime.Now;
        var expiresIn = requestAt + TokenAuthOption.ExpiresSpan;
        var token = GenerateToken(existUser, expiresIn);
 
        return JsonConvert.SerializeObject(new {
          stateCode = 1,
          requertAt = requestAt,
          expiresIn = TokenAuthOption.ExpiresSpan.TotalSeconds,
          accessToken = token
        });
      }
      else
      {
        return JsonConvert.SerializeObject(new { stateCode = -1, errors = "Username or password is invalid" });
      }
    }
 
    private string GenerateToken(User user, DateTime expires)
    {
      var handler = new JwtSecurityTokenHandler();
       
      ClaimsIdentity identity = new ClaimsIdentity(
        new GenericIdentity(user.Username, "TokenAuth"),
        new[] {
          new Claim("ID", user.ID.ToString())
        }
      );
 
      var securityToken = handler.CreateToken(new SecurityTokenDescriptor
      {
        Issuer = TokenAuthOption.Issuer,
        Audience = TokenAuthOption.Audience,
        SigningCredentials = TokenAuthOption.SigningCredentials,
        Subject = identity,
        Expires = expires
      });
      return handler.WriteToken(securityToken);
    }
  }
 
  public class User
  {
    public Guid ID { get; set; }
 
    public string Username { get; set; }
 
    public string Password { get; set; }
  }
 
  public static class UserStorage
  {
    public static List<User> Users { get; set; } = new List<User> {
      new User {ID=Guid.NewGuid(),Username="user1",Password = "user1psd" },
      new User {ID=Guid.NewGuid(),Username="user2",Password = "user2psd" },
      new User {ID=Guid.NewGuid(),Username="user3",Password = "user3psd" }
    };
  }
}

Inプロジェクトの Views ディレクトリ Login という名前の新しいディレクトリを作成し、その中に新しい Index.cshtml ファイルを作成します。

コードは次のようになります

public string Get()
{
  var claimsIdentity = User.Identity as ClaimsIdentity;
 
  var id = claimsIdentity.Claims.FirstOrDefault(c => c.Type == "ID").Value;
 
  return $"Hello! {HttpContext.User.Identity.Name}, your ID is:{id}";
}

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