IdentityServer4系列 | 授权码模式

Posted 2021-08-31 可乐加冰

一、前言

在上一篇关于简化模式中，通过客户端以浏览器的形式请求IdentityServer服务获取访问令牌，从而请求获取受保护的资源，但由于token携带在url中，安全性方面不能保证。因此，我们可以考虑通过其他方式来解决这个问题。

我们通过Oauth2.0的授权码模式了解，这种模式不同于简化模式，在于授权码模式不直接返回token，而是先返回一个授权码，然后再根据这个授权码去请求token。这显得更为安全。

所以在这一篇中，我们将通过多种授权模式中的授权码模式进行说明，主要针对介绍IdentityServer保护API的资源，授权码访问API资源。

二、初识

(图片来源网络)

指的是第三方应用先申请一个授权码，然后再用该码获取令牌，实现与资源服务器的通信。

看一个常见的QQ登陆第三方网站的流程如下图所示：

2.1 适用范围

授权码模式(authorization code)是功能最完整、流程最严密的授权模式。

授权码模式适用于有后端的应用，因为客户端根据授权码去请求token时是需要把客户端密码转进来的，为了避免客户端密码被暴露，所以请求token这个过程需要放在后台。

2.2 授权流程：

 +----------+
     | Resource |
     |   Owner  |
     |          |
     +----------+
          ^
          |
         (B)
     +----|-----+          Client Identifier      +---------------+
     |         -+----(A)-- & Redirection URI ---->|               |
     |  User-   |                                 | Authorization |
     |  Agent  -+----(B)-- User authenticates --->|     Server    |
     |          |                                 |               |
     |         -+----(C)-- Authorization Code ---<|               |
     +-|----|---+                                 +---------------+
       |    |                                         ^      v
      (A)  (C)                                        |      |
       |    |                                         |      |
       ^    v                                         |      |
     +---------+                                      |      |
     |         |>---(D)-- Authorization Code ---------\'      |
     |  Client |          & Redirection URI                  |
     |         |                                             |
     |         |<---(E)----- Access Token -------------------\'
     +---------+       (w/ Optional Refresh Token)

授权码授权流程描述

（A）用户访问第三方应用，第三方应用将用户导向认证服务器；

（B）用户选择是否给予第三方应用授权；

（C）假设用户给予授权，认证服务器将用户导向第三方应用事先指定的重定向URI，同时带上一个授权码；

（D）第三方应用收到授权码，带上上一步时的重定向URI，向认证服务器申请访问令牌。这一步是在第三方应用的后台的服务器上完成的，对用户不可见；

（E）认证服务器核对了授权码和重定向URI，确认无误后，向第三方应用发送访问令牌(Access Token)和更新令牌(Refresh token)；

（F）访问令牌过期后，刷新访问令牌；

2.2.1 过程详解

---

访问令牌请求

（1）用户访问第三方应用，第三方应用将用户导向认证服务器

  (用户的操作：用户访问https://client.example.com/cb跳转到登录地址，选择授权服务器方式登录)

在授权开始之前，它首先生成state参数(随机字符串)。client端将需要存储这个（cookie，会话或其他方式），以便在下一步中使用。

GET /authorize?response_type=code&client_id=s6BhdRkqt3&state=xyz
        &redirect_uri=https%3A%2F%2Fclient%2Eexample%2Ecom%2Fcb HTTP/1.1
HTTP/1.1 Host: server.example.com

生成的授权URL如上所述（如上），请求这个地址后重定向访问授权服务器，其中 response_type参数为code,表示授权类型，返回code授权码。

参数	是否必须	含义
response_type	必需	表示授权类型，此处的值固定为"code"
client_id	必需	客户端ID
redirect_uri	可选	表示重定向的URI
scope	可选	表示授权范围。
state	可选	表示随机字符串,可指定任意值，认证服务器会返回这个值

（2）假设用户给予授权，认证服务器将用户导向第三方应用事先指定的重定向URI，同时带上一个授权码

HTTP/1.1 302 Found
Location: https://client.example.com/cb?code=SplxlOBeZQQYbYS6WxSbIA&state=xyz

参数	含义
code	表示授权码，必选项。该码的有效期应该很短，通常设为10分钟，客户端只能使用该码一次，否则会被授权服务器拒绝。该码与客户端ID和重定向URI，是一一对应关系。
state	如果客户端的请求中包含这个参数，认证服务器的回应也必须一模一样包含这个参数。

（3）第三方应用收到授权码，带上上一步时的重定向URI，向认证服务器申请访问令牌。这一步是在第三方应用的后台的服务器上完成的，对用户不可见。

POST /token HTTP/1.1
Host: server.example.com
Authorization: Bearer czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
grant_type=authorization_code&code=SplxlOBeZQQYbYS6WxSbIA
&redirect_uri=https%3A%2F%2Fclient%2Eexample%2Ecom%2Fcb

参数	含义
grant_type	表示使用的授权模式，必选项，此处的值固定为"authorization_code"。
code	表示上一步获得的授权码，必选项。
redirect_uri	表示重定向URI，必选项，且必须与步骤1中的该参数值保持一致。
client_id	表示客户端ID，必选项。

（4）认证服务器核对了授权码和重定向URI，确认无误后，向第三方应用发送访问令牌(Access Token)和更新令牌(Refresh token)

HTTP/1.1 200 OK
     Content-Type: application/json;charset=UTF-8
     Cache-Control: no-store
     Pragma: no-cache
     {
       "access_token":"2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA",
       "token_type":"Bearer",
       "expires_in":3600,
       "refresh_token":"tGzv3JOkF0XG5Qx2TlKWIA",
       "example_parameter":"example_value"
     }

参数	含义
access_token	表示访问令牌，必选项。
token_type	表示令牌类型，该值大小写不敏感，必选项，可以是Bearer类型或mac类型。
expires_in	表示过期时间，单位为秒。如果省略该参数，必须其他方式设置过期时间。
refresh_token	表示更新令牌，用来获取下一次的访问令牌，可选项。
scope	表示权限范围，如果与客户端申请的范围一致，此项可省略。

(5) 访问令牌过期后，刷新访问令牌

POST /token HTTP/1.1
Host: server.example.com
Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
grant_type=refresh_token&refresh_token=tGzv3JOkF0XG5Qx2TlKWIA

参数	含义
granttype	表示使用的授权模式，此处的值固定为"refreshtoken"，必选项。
refresh_token	表示早前收到的更新令牌，必选项。
scope	表示申请的授权范围，不可以超出上一次申请的范围，如果省略该参数，则表示与上一次一致。

三、实践

在示例实践中，我们将创建一个授权访问服务，定义一个MVC客户端，MVC客户端通过IdentityServer上请求访问令牌，并使用它来访问API。

3.1 搭建 Authorization Server 服务

搭建认证授权服务

3.1.1 安装Nuget包

IdentityServer4 程序包

3.1.2 配置内容

建立配置内容文件Config.cs

public static class Config
{
    public static IEnumerable<IdentityResource> IdentityResources =>
        new IdentityResource[]
    {
        new IdentityResources.OpenId(),
        new IdentityResources.Profile(),
    };

    public static IEnumerable<ApiScope> ApiScopes =>
        new ApiScope[]
    {
        new ApiScope("code_scope1")
    };

    public static IEnumerable<ApiResource> ApiResources =>
        new ApiResource[]
    {
        new ApiResource("api1","api1")
        {
            Scopes={ "code_scope1" },
            UserClaims={JwtClaimTypes.Role},  //添加Cliam 角色类型
            ApiSecrets={new Secret("apipwd".Sha256())}
        }
    };

    public static IEnumerable<Client> Clients =>
        new Client[]
    {
        new Client
        {
            ClientId = "code_client",
            ClientName = "code Auth",

            AllowedGrantTypes = GrantTypes.Code,

            RedirectUris ={
                "http://localhost:5002/signin-oidc", //跳转登录到的客户端的地址
            },
            // RedirectUris = {"http://localhost:5002/auth.html" }, //跳转登出到的客户端的地址
            PostLogoutRedirectUris ={
                "http://localhost:5002/signout-callback-oidc",
            },
            ClientSecrets = { new Secret("511536EF-F270-4058-80CA-1C89C192F69A".Sha256()) },

            AllowedScopes = {
                IdentityServerConstants.StandardScopes.OpenId,
                IdentityServerConstants.StandardScopes.Profile,
                "code_scope1"
            },
            //允许将token通过浏览器传递
            AllowAccessTokensViaBrowser=true,
            // 是否需要同意授权 （默认是false）
            RequireConsent=true
        }
    };
}

RedirectUris : 登录成功回调处理的客户端地址，处理回调返回的数据，可以有多个。

PostLogoutRedirectUris ：跳转登出到的客户端的地址。

这两个都是配置的客户端的地址，且是identityserver4组件里面封装好的地址，作用分别是登录，注销的回调

因为是授权码授权的方式，所以我们通过代码的方式来创建几个测试用户。

新建测试用户文件TestUsers.cs

    public class TestUsers
    {
        public static List<TestUser> Users
        {
            get
            {
                var address = new
                {
                    street_address = "One Hacker Way",
                    locality = "Heidelberg",
                    postal_code = 69118,
                    country = "Germany"
                };

                return new List<TestUser>
                {
                    new TestUser
                    {
                        SubjectId = "1",
                        Username = "i3yuan",
                        Password = "123456",
                        Claims =
                        {
                            new Claim(JwtClaimTypes.Name, "i3yuan Smith"),
                            new Claim(JwtClaimTypes.GivenName, "i3yuan"),
                            new Claim(JwtClaimTypes.FamilyName, "Smith"),
                            new Claim(JwtClaimTypes.Email, "[e-mail]"),
                            new Claim(JwtClaimTypes.EmailVerified, "true", ClaimValueTypes.Boolean),
                            new Claim(JwtClaimTypes.WebSite, "http://i3yuan.top"),
                            new Claim(JwtClaimTypes.Address, JsonSerializer.Serialize(address), IdentityServerConstants.ClaimValueTypes.Json)
                        }
                    }
                };
            }
        }
    }

返回一个TestUser的集合。

通过以上添加好配置和测试用户后，我们需要将用户注册到IdentityServer4服务中，接下来继续介绍。

3.1.3 注册服务

在startup.cs中ConfigureServices方法添加如下代码：

        public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            var builder = services.AddIdentityServer()
               .AddTestUsers(TestUsers.Users); //添加测试用户

            // in-memory, code config
            builder.AddInMemoryIdentityResources(Config.IdentityResources);
            builder.AddInMemoryApiScopes(Config.ApiScopes);
            builder.AddInMemoryApiResources(Config.ApiResources);
            builder.AddInMemoryClients(Config.Clients);

            // not recommended for production - you need to store your key material somewhere secure
            builder.AddDeveloperSigningCredential();
            services.ConfigureNonBreakingSameSiteCookies();
        }

3.1.4 配置管道

在startup.cs中Configure方法添加如下代码：

        public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
        {
            if (env.IsDevelopment())
            {
                app.UseDeveloperExceptionPage();
            }
            app.UseStaticFiles();
            app.UseRouting();
            app.UseCookiePolicy();
            app.UseAuthentication();
            app.UseAuthorization();
            app.UseIdentityServer();
            app.UseEndpoints(endpoints =>
            {
                endpoints.MapDefaultControllerRoute();
            }); 
        }

以上内容是快速搭建简易IdentityServer项目服务的方式。

这搭建 Authorization Server 服务跟上一篇简化模式有何不同之处呢？

1. 在Config中配置客户端(client)中定义了一个AllowedGrantTypes的属性，这个属性决定了Client可以被哪种模式被访问，GrantTypes.Code为授权码模式。所以在本文中我们需要添加一个Client用于支持授权码模式(Authorization Code)。

3.2 搭建API资源

实现对API资源进行保护

3.2.1 快速搭建一个API项目

3.2.2 安装Nuget包

IdentityServer4.AccessTokenValidation 包

3.2.3 注册服务

在startup.cs中ConfigureServices方法添加如下代码：

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        services.AddControllersWithViews();
        services.AddAuthentication(JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme)
        services.AddAuthentication("Bearer")
          .AddIdentityServerAuthentication(options =>
          {
              options.Authority = "http://localhost:5001";
              options.RequireHttpsMetadata = false;
              options.ApiName = "api1";
              options.ApiSecret = "apipwd"; //对应ApiResources中的密钥
          });
    }

AddAuthentication把Bearer配置成默认模式，将身份认证服务添加到DI中。

AddIdentityServerAuthentication把IdentityServer的access token添加到DI中，供身份认证服务使用。

3.2.4 配置管道

在startup.cs中Configure方法添加如下代码：

        public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
        {
            if (env.IsDevelopment())
            {
                app.UseDeveloperExceptionPage();
            }    
            app.UseRouting();
            app.UseAuthentication();
            app.UseAuthorization();
            app.UseEndpoints(endpoints =>
            {
                endpoints.MapDefaultControllerRoute();
            });
        }

UseAuthentication将身份验证中间件添加到管道中；

UseAuthorization 将启动授权中间件添加到管道中，以便在每次调用主机时执行身份验证授权功能。

3.2.5 添加API资源接口

[Route("api/[Controller]")]
[ApiController]
public class IdentityController:ControllerBase
{
    [HttpGet("getUserClaims")]
    [Authorize]
    public IActionResult GetUserClaims()
    {
        return new JsonResult(from c in User.Claims select new { c.Type, c.Value });
    }
}

在IdentityController 控制器中添加 [Authorize] , 在进行请求资源的时候，需进行认证授权通过后，才能进行访问。

3.3 搭建MVC 客户端

实现对客户端认证授权访问资源

3.3.1 快速搭建一个MVC项目

3.3.2 安装Nuget包

IdentityServer4.AccessTokenValidation 包

3.3.3 注册服务

要将对 OpenID Connect 身份认证的支持添加到MVC应用程序中。

在startup.cs中ConfigureServices方法添加如下代码：

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        services.AddControllersWithViews();
        services.AddAuthorization();

        services.AddAuthentication(options =>
            {
                options.DefaultScheme = "Cookies";
                options.DefaultChallengeScheme = "oidc";
            })
               .AddCookie("Cookies")  //使用Cookie作为验证用户的首选方式
              .AddOpenIdConnect("oidc", options =>
              {
                  options.Authority = "http://localhost:5001";  //授权服务器地址
                  options.RequireHttpsMetadata = false;  //暂时不用https
                  options.ClientId = "code_client";
                  options.ClientSecret = "511536EF-F270-4058-80CA-1C89C192F69A";
                  options.ResponseType = "code"; //代表Authorization Code
                  options.Scope.Add("code_scope1"); //添加授权资源
                  options.SaveTokens = true; //表示把获取的Token存到Cookie中
                  options.GetClaimsFromUserInfoEndpoint = true;
              });
         services.ConfigureNonBreakingSameSiteCookies();
    }

1. AddAuthentication注入添加认证授权，当需要用户登录时，使用 cookie 来本地登录用户（通过“Cookies”作为DefaultScheme），并将 DefaultChallengeScheme 设置为“oidc”，

2. 使用 AddCookie 添加可以处理 cookie 的处理程序。

3. 在AddOpenIdConnect用于配置执行 OpenID Connect 协议的处理程序和相关参数。Authority表明之前搭建的 IdentityServer 授权服务地址。然后我们通过ClientId、ClientSecret,识别这个客户端。 SaveTokens用于保存从IdentityServer获取的token至cookie,ture标识ASP.NETCore将会自动存储身份认证session的access和refresh token。

3.3.4 配置管道

然后要确保认证服务执行对每个请求的验证，加入UseAuthentication和UseAuthorization到Configure中,在startup.cs中Configure方法添加如下代码：

        public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
        {
            if (env.IsDevelopment())
            {
                app.UseDeveloperExceptionPage();
            }
            else
            {
                app.UseExceptionHandler("/Home/Error");
            }
            app.UseStaticFiles();
            app.UseRouting();
            app.UseCookiePolicy();
            app.UseAuthentication();
            app.UseAuthorization();
            app.UseEndpoints(endpoints =>
            {
                endpoints.MapControllerRoute(
                    name: "default",
                    pattern: "{controller=Home}/{action=Index}/{id?}");
            });
        }

UseAuthentication将身份验证中间件添加到管道中；

UseAuthorization 将启动授权中间件添加到管道中，以便在每次调用主机时执行身份验证授权功能。

3.3.5 添加授权

在HomeController控制器并添加[Authorize]特性到其中一个方法。在进行请求的时候，需进行认证授权通过后，才能进行访问。

        [Authorize]
        public IActionResult Privacy()
        {
            ViewData["Message"] = "Secure page.";
            return View();
        }

还要修改主视图以显示用户的Claim以及cookie属性。

@using Microsoft.AspNetCore.Authentication

<h2>Claims</h2>

<dl>
    @foreach (var claim in User.Claims)
    {
        <dt>@claim.Type</dt>
        <dd>@claim.Value</dd>
    }
</dl>

<h2>Properties</h2>

<dl>
    @foreach (var prop in (await Context.AuthenticateAsync()).Properties.Items)
    {
        <dt>@prop.Key</dt>
        <dd>@prop.Value</dd>
    }
</dl>

访问 Privacy 页面，跳转到认证服务地址，进行账号密码登录，Logout 用于用户的注销操作。

3.3.6 添加资源访问

在HomeController控制器添加对API资源访问的接口方法。在进行请求的时候，访问API受保护资源。

        /// <summary>
        /// 测试请求API资源(api1)
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public async Task<IActionResult> getApi()
        {
            var client = new HttpClient();
            var accessToken = await HttpContext.GetTokenAsync(OpenIdConnectParameterNames.AccessToken);
            if (string.IsNullOrEmpty(accessToken))
            {
                return Json(new { msg = "accesstoken 获取失败" });
            }
            client.DefaultRequestHeaders.Authorization = new AuthenticationHeaderValue("Bearer", accessToken);
            var httpResponse = await client.GetAsync("http://localhost:5003/api/identity/GetUserClaims"); 
            var result = await httpResponse.Content.ReadAsStringAsync();
            if (!httpResponse.IsSuccessStatusCode)
            {
                return Json(new { msg = "请求 api1 失败。", error = result });
            }
            return Json(new
            {
                msg = "成功",
                data = JsonConvert.DeserializeObject(result)
            });
        }

测试这里通过获取accessToken之后，设置client请求头的认证，访问API资源受保护的地址，获取资源。

3.4 效果

3.4.1 动图

3.4.2 过程

在用户访问MVC程序时候，将用户导向认证服务器，

在客户端向授权服务器Authorization Endpoint进行验证的时候，我们可以发现，向授权服务器发送的请求附带的那些参数就是我们之前说到的数据(clientid,redirect_url,type等)

继续往下看，发现在用户给予授权完成登录之后，可以看到在登录后，授权服务器向重定向URL地址同时带上一个授权码数据带给MVC程序。

随后MVC向授权客户端的Token终结点发送请求，从下图可以看到这次请求包含了client_id，client_secret，code，grant_type和redirect_uri，向授权服务器申请访问令牌token, 并且在响应中可以看到授权服务器核对了授权码和重定向地址URI，确认无误后，向第三方应用发送访问令牌(Access Token)和更新令牌(Refresh token)

完成获取令牌后，访问受保护资源的时候，带上令牌请求访问，可以成功响应获取用户信息资源。

四、总结

1. 本篇主要阐述以授权码授权，编写一个MVC客户端，并通过客户端以浏览器的形式请求IdentityServer上请求获取访问令牌，从而访问受保护的API资源。
2. 授权码模式解决了简化模式由于token携带在url中，安全性方面不能保证问题，而通过授权码的模式不直接返回token，而是先返回一个授权码，然后再根据这个授权码去请求token，这个请求token这个过程需要放在后台，这种方式也更为安全。适用于有后端的应用。
3. 在后续会对这方面进行介绍继续说明，数据库持久化问题，以及如何应用在API资源服务器中和配置在客户端中，会进一步说明。
4. 如果有不对的或不理解的地方，希望大家可以多多指正，提出问题，一起讨论,不断学习,共同进步。
5. 项目地址

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