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使用.NET 6开发TodoList应用(25)——实现RefreshToken


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需求

在上一篇文章使用.NET 6开发TodoList应用(24)——实现基于JWT的Identity功能中,我们演示了如何使用.NET框架的Identity组件实现基于JWT Token的认证和授权功能。我们可以想象一下场景:当获取到的Token过期以后,我们必须要重新请求认证接口以获取新的Token,在实际的应用中,表现出来就是虽然当前用户一直在进行业务的操作,但是到了一个固定的时间点后,就会要求用户重新登陆一次来获取新Token,这对用户的体验是非常不友好的。所以我们引出了本文将要介绍的Refresh Token的概念。

那么我们为什么一定需要一个Refresh Token而不是将Token的过期时间设置的长一点呢?最主要的原因是如果这个长期的Token一旦被暴露,那么即使我们修改登录密码,也无法阻止已经被暴露的Token被用来访问我们受保护的API资源,只能等到这个Token自己过期。所以我们希望设置一个短时间有效的Token,当客户端Token失效后,服务端将会返回一个Token过期的响应,那么此时客户端就可以携带这个已过期的Token和服务器之前签发的一次性的Refresh Token去服务端换取一个新的Token和一个新的一次性Refresh Token。客户端就可以在不需要重新登陆的情况下携带这个新的Token去访问后端资源,同时也将Token暴露的影响降低了。

目标

TodoList实现Refresh Token功能。

原理与思路

为了实现Refresh Token功能,我们需要做这几件事:

  1. 在用户请求Token时同时创建一个Refresh Token返回给客户端;
  2. 修改认证服务,使其能够从已过期的Token中获取用户的Principal数据;
  3. 创建一个refresh token的API接口用于响应客户端的获取新Token的逻辑。

实现

使ApplicationUser支持RefreshToken

  • ApplicationUser.cs
using Microsoft.AspNetCore.Identity;  namespace TodoList.Infrastructure.Identity;  public class ApplicationUser : IdentityUser {     public string? RefreshToken { get; set; }     public DateTime RefreshTokenExpiryTime { get; set; } } 

运行Migration使修改生效。

修改CreateToken签名使其同时返回Refresh Token

新建创建Token返回的响应体对象ApplicationToken

  • ApplicationToken.cs
namespace TodoList.Application.Common.Models;  public record ApplicationToken(string AccessToken, string RefreshToken); 

修改接口定义

Task<ApplicationToken> CreateTokenAsync(bool populateExpiry); 

并对应修改实现:

  • IdentityService.cs
public async Task<ApplicationToken> CreateTokenAsync(bool populateExpiry) {     var signingCredentials = GetSigningCredentials();     var claims = await GetClaims();     var tokenOptions = GenerateTokenOptions(signingCredentials, claims);     var refreshToken = GenerateRefreshToken();      User!.RefreshToken = refreshToken;     if(populateExpiry)         User!.RefreshTokenExpiryTime = DateTime.Now.AddDays(7);     await _userManager.UpdateAsync(User);      var accessToken = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(tokenOptions);      return new ApplicationToken(accessToken, refreshToken); } private string GenerateRefreshToken() {     // 创建一个随机的Token用做Refresh Token     var randomNumber = new byte[32];      using var rng = RandomNumberGenerator.Create();     rng.GetBytes(randomNumber);      return Convert.ToBase64String(randomNumber); } 

修改login方法

  • AuthenticationController.cs
[HttpPost("login")] public async Task<IActionResult> Authenticate([FromBody] UserForAuthentication userForAuthentication) {     if (!await _identityService.ValidateUserAsync(userForAuthentication))     {         return Unauthorized();     }      var token = await _identityService.CreateTokenAsync(true);     return Ok(token); } 

到目前为止,我们已经为应用程序添加了Refresh Token所需要的一些基础功能了,接下来就需要实现一个refresh token接口用于换取新的Token

实现refresh token接口

我们新建一个Action用于refresh token接口。

  • AuthenticationController.cs
[HttpPost("refresh")] public async Task<IActionResult> Refresh([FromBody] ApplicationToken token) {     var tokenToReturn = await _identityService.RefreshTokenAsync(token);     return Ok(tokenToReturn); } 

实现refresh token功能

我们在认证服务中添加Controller中调用的方法

  • IIdentityService.cs
Task<ApplicationToken> RefreshTokenAsync(ApplicationToken token); 

并实现接口方法:

  • IdentityService.cs
// 省略其他... public async Task<ApplicationToken> RefreshTokenAsync(ApplicationToken token) {     var principal = GetPrincipalFromExpiredToken(token.AccessToken);      var user = await _userManager.FindByNameAsync(principal.Identity?.Name);     if (user == null || user.RefreshToken != token.RefreshToken || user.RefreshTokenExpiryTime <= DateTime.Now)     {         throw new BadHttpRequestException("provided token has some invalid value");     }      User = user;     return await CreateTokenAsync(true); }  private ClaimsPrincipal GetPrincipalFromExpiredToken(string token) {     // 根据已过期的Token获取用户相关的Principal数据,用来生成新的Token     var jwtSettings = _configuration.GetSection("JwtSettings");     var tokenValidationParameters = new TokenValidationParameters {         ValidateAudience = true,         ValidateIssuer = true,         ValidateIssuerSigningKey = true,         IssuerSigningKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes(Environment.GetEnvironmentVariable("SECRET") ?? "TodoListApiSecretKey")), ValidateLifetime = true,         ValidIssuer = jwtSettings["validIssuer"],         ValidAudience = jwtSettings["validAudience"]     };      var tokenHandler = new JwtSecurityTokenHandler();     var principal = tokenHandler.ValidateToken(token, tokenValidationParameters, out var securityToken);     if (securityToken is not JwtSecurityToken jwtSecurityToken ||          !jwtSecurityToken.Header.Alg.Equals(SecurityAlgorithms.HmacSha256, StringComparison.InvariantCultureIgnoreCase))     {         throw new SecurityTokenException("Invalid token");     }      return principal; } 

接下来我们就可以验证refresh token的功能了。

验证

启动Api项目,首先我们获取Token:
使用.NET 6开发TodoList应用(25)——实现RefreshToken
可以看到同时返回了refresh token。

然后我们请求refresh token接口:
使用.NET 6开发TodoList应用(25)——实现RefreshToken
获取到了一个新的Access Token和一个新的refresh token。

接下来使用新获取到的access token去请求创建TodoList
使用.NET 6开发TodoList应用(25)——实现RefreshToken
可以看到新的access token是可以用来作为认证和授权的凭证请求接口的。

总结

在本文中我们实现了关于refresh token的功能,在实际应用中,客户端程序可能需要根据原始Token中payload里的exp字段去判断是否将要过期,提前请求refresh token,以实现用户无感知的持续携带有效的token去请求后端API资源。

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