ASP.NET Core 认证与授权[5]:初识授权

经过前面几章的姗姗学步，我们了解了在 ASP.NET Core 中是如何认证的，终于来到了授权阶段。在认证阶段我们通过用户令牌获取到用户的Claims，而授权便是对这些的Claims的验证，如：是否拥有Admin的角色，姓名是否叫XXX等等。本章就来介绍一下 ASP.NET Core 的授权系统的简单使用。

目录

1. 简单授权
   • IAllowAnonymous
   • IAuthorizeData
2. 授权策略详解
   • AddAuthorization
   • AuthorizationOptions
   • AuthorizationPolicy
   • IAuthorizationRequirement
   • AuthorizationPolicyBuilder
3. 基于策略的授权进阶
   • 自定义策略
   • 多Handler模式

简单授权

在ASP.NET 4.x中，我们通常使用Authorize过滤器来进行授权，它可以作用在Controller和Action上面，也可以添加到全局过滤器中。而在ASP.NET Core中也有一个Authorize特性（但不是过滤器），用法类似：

[Authorize] // Controller级别
public class SampleDataController : Controller
{
    [Authorize] // Action级别
    public IActionResult SampleAction()
    {
    }
}

IAllowAnonymous

在ASP.NET 4.x中，我们最常用的另一个特性便是AllowAnonymous，用来设置某个Controller或者Action跳过授权，它在 ASP.NET Core 中同样适用：

[Authorize]
public class AccountController : Controller
{
    [AllowAnonymous]
    public ActionResult Login()
    {
    }

    public ActionResult Logout()
    {
    }
}

如上，LoginAction便不再需要授权，同样，在 ASP.NET Core 中提供了一个统一的IAllowAnonymous接口，在授权逻辑中都是通过该接口来判断是否跳过授权验证的。

public interface IAllowAnonymous
{
}

[AttributeUsage(AttributeTargets.Class | AttributeTargets.Method, AllowMultiple = false, Inherited = true)]
public class AllowAnonymousAttribute : Attribute, IAllowAnonymous
{
}

IAuthorizeData

上面提到，在 ASP.NET Core 中，AuthorizeAttribute不再是一个MVC中的Filter了，而只是一个简单的实现了IAuthorizeData接口的Attribute：

public interface IAuthorizeData
{
    string Policy { get; set; }
    string Roles { get; set; }
    string AuthenticationSchemes { get; set; }
}

[AttributeUsage(AttributeTargets.Class | AttributeTargets.Method, AllowMultiple = true, Inherited = true)]
public class AuthorizeAttribute : Attribute, IAuthorizeData
{
    public AuthorizeAttribute() { }
    public AuthorizeAttribute(string policy)
    {
        Policy = policy;
    }
    public string Policy { get; set; }
    public string Roles { get; set; }
    public string AuthenticationSchemes { get; set; }
}

记得第一次在ASP.NET Core中实现自定义授权时，按照以前的经验，直接继承自AuthorizeAttribute，然后准备重写OnAuthorization方法，结果懵逼了。然后在MVC的源码中，苦苦搜寻AuthorizeAttribute的踪迹，却毫无所获，后来才注意到它实现了IAuthorizeData接口，该接口才是认证的源头，而Authorize特性只是认证信息的载体，并不包含任何逻辑。IAuthorizeData中定义的Policy, Roles, AuthenticationSchemes三个属性分别代表着 ASP.NET Core 授权系统中的三种授权方式。

基于角色的授权

基于角色的授权，我们都比较熟悉，使用方式如下：

[Authorize(Roles = "Admin")] // 多个Role可以使用,分割
public class SampleDataController : Controller
{
    ...
}

基于角色的授权的逻辑与ASP.NET 4.x类似，都是使用我在《初识认证》中介绍的IsInRole方法来实现的。

基于Scheme的授权

对于AuthenticationScheme我在前面几章也都介绍过，比如Cookie认证默认使用的AuthenticationScheme就是Cookies，在JwtBearer认证中，默认的Scheme就是Bearer。

当初在学习认证时，还在疑惑，如何在使用Cookie认证的同时又支持Bearer认证呢？在认证中明明只能设置一个Scheme来执行。当看到这里时，豁然开朗，后面会详细介绍。

[Authorize(AuthenticationSchemes = "Cookies")] // 多个Scheme可以使用,分割
public class SampleDataController : Controller
{
    ...
}

当我们的应用程序中，同时使用了多种认证Scheme时，AuthenticationScheme授权就非常有用，在该授权模式下，会通过context.AuthenticateAsync(scheme)重新获取Claims。

基于策略的授权

在ASP.NET Core中，重新设计了一种更加灵活的授权方式：基于策略的授权，也是授权的核心。

在使用基于策略的授权时，首先要定义授权策略，而授权策略本质上就是对Claims的一系列断言。

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    services.AddMvc();

    services.AddAuthorization(options =>
    {
        options.AddPolicy("EmployeeOnly", policy => policy.RequireClaim("EmployeeNumber"));
    });
}

如上，我们定义了一个名称为EmployeeOnly的授权策略，它要求用户的Claims中必须包含类型为EmployeeNumber的Claim。

其实，基于角色的授权和基于Scheme的授权，只是一种语法上的便捷，最终都会生成授权策略，后文会详解介绍。

然后便可以在Authorize特性中通过Policy属性来指定授权策略：

[Authorize(Policy = "EmployeeOnly")]
public class SampleDataController : Controller
{
    
}

授权策略详解

AddAuthorization

授权策略的定义使用了AddAuthorization扩展方法，我们来看看它的源码：

public static class AuthorizationServiceCollectionExtensions
{
    public static IServiceCollection AddAuthorization(this IServiceCollection services)
    {        
        services.TryAdd(ServiceDescriptor.Transient<IAuthorizationService, DefaultAuthorizationService>());
        services.TryAdd(ServiceDescriptor.Transient<IAuthorizationPolicyProvider, DefaultAuthorizationPolicyProvider>());
        services.TryAdd(ServiceDescriptor.Transient<IAuthorizationHandlerProvider, DefaultAuthorizationHandlerProvider>());
        services.TryAdd(ServiceDescriptor.Transient<IAuthorizationEvaluator, DefaultAuthorizationEvaluator>());
        services.TryAdd(ServiceDescriptor.Transient<IAuthorizationHandlerContextFactory, DefaultAuthorizationHandlerContextFactory>());
        services.TryAddEnumerable(ServiceDescriptor.Transient<IAuthorizationHandler, PassThroughAuthorizationHandler>());
        return services;
    }

    public static IServiceCollection AddAuthorization(this IServiceCollection services, Action<AuthorizationOptions> configure)
    {
        services.Configure(configure);
        return services.AddAuthorization();
    }
}

首先，是对授权进行配置的AuthorizationOptions，然后在DI系统中注册了几个核心对象的默认实现，我们一一来看。

AuthorizationOptions

对于Options模式，大家应该都比较熟悉了，AuthorizationOptions是添加和获取授权策略的入口点：

public class AuthorizationOptions
{
    private IDictionary<string, AuthorizationPolicy> PolicyMap { get; } = new Dictionary<string, AuthorizationPolicy>(StringComparer.OrdinalIgnoreCase);
    // 在上一个策略验证失败后，是否继续执行下一个授权策略
    public bool InvokeHandlersAfterFailure { get; set; } = true;
    public AuthorizationPolicy DefaultPolicy { get; set; } = new AuthorizationPolicyBuilder().RequireAuthenticatedUser().Build();

    public void AddPolicy(string name, AuthorizationPolicy policy)
    {
        PolicyMap[name] = policy;
    }

    public void AddPolicy(string name, Action<AuthorizationPolicyBuilder> configurePolicy)
    {
        var policyBuilder = new AuthorizationPolicyBuilder();
        configurePolicy(policyBuilder);
        AddPolicy(name,policyBuilder.Build());
    }

    public AuthorizationPolicy GetPolicy(string name)
    {
        return PolicyMap.ContainsKey(name) ? PolicyMap[name] : null;
    }
}

首先是一个PolicyMap字典，我们定义的策略都保存在其中，AddPolicy方法只是简单的将策略添加到该字典中，而其DefaultPolicy属性表示默认策略，初始值为：“已认证用户”。

在AuthorizationOptions中主要涉及到AuthorizationPolicy和AuthorizationPolicyBuilder两个对象。

AuthorizationPolicy

在 ASP.NET Core 中，授权策略具体表现为一个AuthorizationPolicy对象：

public class AuthorizationPolicy
{
    public AuthorizationPolicy(IEnumerable<IAuthorizationRequirement> requirements, IEnumerable<string> authenticationSchemes) {}
    public IReadOnlyList<IAuthorizationRequirement> Requirements { get; }
    public IReadOnlyList<string> AuthenticationSchemes { get; }

    public static AuthorizationPolicy Combine(params AuthorizationPolicy[] policies) 
    {
        return Combine((IEnumerable<AuthorizationPolicy>)policies);
    }
    public static AuthorizationPolicy Combine(IEnumerable<AuthorizationPolicy> policies) 
    {
        foreach (var policy in policies)
        {
            builder.Combine(policy);
        }
        return builder.Build();
    }
    public static async Task<AuthorizationPolicy> CombineAsync(IAuthorizationPolicyProvider policyProvider, IEnumerable<IAuthorizeData> authorizeData) 
    {
        foreach (var authorizeDatum in authorizeData)
        {
            any = true;
            var useDefaultPolicy = true;
            if (!string.IsNullOrWhiteSpace(authorizeDatum.Policy))
            {
                policyBuilder.Combine(await policyProvider.GetPolicyAsync(authorizeDatum.Policy));
                useDefaultPolicy = false;
            }
            var rolesSplit = authorizeDatum.Roles?.Split(',');
            if (rolesSplit != null && rolesSplit.Any())
            {
                policyBuilder.RequireRole(rolesSplit.Where(r => !string.IsNullOrWhiteSpace(r)).Select(r => r.Trim()));
                useDefaultPolicy = false;
            }
            var authTypesSplit = authorizeDatum.AuthenticationSchemes?.Split(',');
            if (authTypesSplit != null && authTypesSplit.Any())
            {
                foreach (var authType in authTypesSplit)
                {
                    if (!string.IsNullOrWhiteSpace(authType))
                    {
                        policyBuilder.AuthenticationSchemes.Add(authType.Trim());
                    }
                }
            }
            if (useDefaultPolicy)
            {
                policyBuilder.Combine(await policyProvider.GetDefaultPolicyAsync());
            }
        }
        return any ? policyBuilder.Build() : null;
    }
}

如上，Combine方法通过调用AuthorizationPolicyBuilder来完成授权策略的合并，而CombineAsync则是将我们上面介绍的IAuthorizeData转换为授权策略，因此上面说基于角色/Scheme的授权本质上都是基于策略的授权。

对于AuthenticationSchemes属性，我们在前几章介绍认证时经常看到，用来表示我们使用哪个认证Scheme来获取用户的Claims，如果指定多个，则会合并它们的Claims，其实现《下一章》中再来详细介绍。

而Requirements属性则是策略的核心了，每一个Requirement都代表一个授权条件，我们就先来了解一下它。

IAuthorizationRequirement

Requirement使用IAuthorizationRequirement接口来表示：

public interface IAuthorizationRequirement
{
}

IAuthorizationRequirement接口中并没有任何成员，在 ASP.NET Core 中内置了一些常用的实现：

• AssertionRequirement ：使用最原始的断言形式来声明授权策略。

• DenyAnonymousAuthorizationRequirement ：用于表示禁止匿名用户访问的授权策略，并在AuthorizationOptions中将其设置为默认策略。

• ClaimsAuthorizationRequirement ：用于表示判断Cliams中是否包含预期的Claims的授权策略。

• RolesAuthorizationRequirement ：用于表示使用ClaimsPrincipal.IsInRole来判断是否包含预期的Role的授权策略。

• NameAuthorizationRequirement：用于表示使用ClaimsPrincipal.Identities.Name来判断是否包含预期的Name的授权策略。

• OperationAuthorizationRequirement：用于表示基于操作的授权策略。

其逻辑也都非常简单，我就不再一一介绍，只展示一下RolesAuthorizationRequirement的代码片段：

public class RolesAuthorizationRequirement : AuthorizationHandler<RolesAuthorizationRequirement>, IAuthorizationRequirement
{
    public IEnumerable<string> AllowedRoles { get; }

    protected override Task HandleRequirementAsync(AuthorizationHandlerContext context, RolesAuthorizationRequirement requirement)
    {
        ...

        if (requirement.AllowedRoles.Any(r => context.User.IsInRole(r)))
        {
            context.Succeed(requirement);
        }
        return Task.CompletedTask;
    }
}

其AllowedRoles表示允许授权通过的角色，而它还实现了IAuthorizationHandler接口，用来完成授权的逻辑。

public interface IAuthorizationHandler
{
    Task HandleAsync(AuthorizationHandlerContext context);
}

AuthorizationRequirement并不是一定要实现IAuthorizationHandler接口，后文会详细介绍。

AuthorizationPolicyBuilder

在上面已经多次用到AuthorizationPolicyBuilder，它提供了一系列创建AuthorizationPolicy的快捷方法：

public class AuthorizationPolicyBuilder
{
    public AuthorizationPolicyBuilder(params string[] authenticationSchemes);
    public AuthorizationPolicyBuilder(AuthorizationPolicy policy);

    public IList<IAuthorizationRequirement> Requirements { get; set; }
    public IList<string> AuthenticationSchemes { get; set; }
    public AuthorizationPolicyBuilder AddAuthenticationSchemes(params string[] schemes);
    public AuthorizationPolicyBuilder AddRequirements(params IAuthorizationRequirement[] requirements);

    public AuthorizationPolicyBuilder RequireAssertion(Func<AuthorizationHandlerContext, bool> handler);
    public AuthorizationPolicyBuilder RequireAssertion(Func<AuthorizationHandlerContext, Task<bool>> handler)
    {
        Requirements.Add(new AssertionRequirement(handler));
        return this;
    }
    public AuthorizationPolicyBuilder RequireAuthenticatedUser()
    {
        Requirements.Add(new DenyAnonymousAuthorizationRequirement());
        return this;
    }
    public AuthorizationPolicyBuilder RequireClaim(string claimType);
    public AuthorizationPolicyBuilder RequireClaim(string claimType, params string[] requiredValues);
    public AuthorizationPolicyBuilder RequireClaim(string claimType, IEnumerable<string> requiredValues)
    {
        Requirements.Add(new ClaimsAuthorizationRequirement(claimType, requiredValues));
        return this;
    }
    public AuthorizationPolicyBuilder RequireRole(params string[] roles);
    public AuthorizationPolicyBuilder RequireRole(IEnumerable<string> roles)
    {
        Requirements.Add(new RolesAuthorizationRequirement(roles));
        return this;
    }
    public AuthorizationPolicyBuilder RequireUserName(string userName)
    {
        Requirements.Add(new NameAuthorizationRequirement(userName));
        return this;
    }

    public AuthorizationPolicy Build();
    public AuthorizationPolicyBuilder Combine(AuthorizationPolicy policy);
}

在上面介绍的几个Requirement，除了OperationAuthorizationRequirement外，都有对应的快捷添加方法，由于OperationAuthorizationRequirement并不属于基于资源的授权，所以不在这里，其用法留在其后续章节再来介绍。

整个授权策略的内容也就这么多，并不复杂，整个结构大致如下：

基于策略的授权进阶

在上一小节，我们探索了一下授权策略的源码，现在就来实战一下。

我们使用AuthorizationPolicyBuilder可以很容易的在策略定义中组合我们需要的Requirement：

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    var commonPolicy = new AuthorizationPolicyBuilder().RequireClaim("MyType").Build();

    services.AddAuthorization(options =>
    {
        options.AddPolicy("User", policy => policy
            .RequireAssertion(context => context.User.HasClaim(c => (c.Type == "EmployeeNumber" || c.Type == "Role")))
        );

        options.AddPolicy("Employee", policy => policy
            .RequireRole("Admin")
            .RequireUserName("Alice")
            .RequireClaim("EmployeeNumber")
            .Combine(commonPolicy));
    });
}

如上，如果需要，我们还可以定义一个公共的策略对象，然后在策略定义中直接将其合并进来。

自定义策略

当内置的Requirement不能满足我们的需求时，我们也可以很容易的定义自己的Requirement：

public class MinimumAgeRequirement : AuthorizationHandler<NameAuthorizationRequirement>, IAuthorizationRequirement
{

    public MinimumAgeRequirement(int minimumAge)
    {
        MinimumAge = minimumAge;
    }

    public int MinimumAge { get; private set; }

    protected override Task HandleRequirementAsync(AuthorizationHandlerContext context, NameAuthorizationRequirement requirement)
    {
        if (context.User != null && context.User.HasClaim(c => c.Type == ClaimTypes.DateOfBirth)
        {
            var dateOfBirth = Convert.ToDateTime(context.User.FindFirst(c => c.Type == ClaimTypes.DateOfBirth).Value);
            int calculatedAge = DateTime.Today.Year - dateOfBirth.Year;
            if (dateOfBirth > DateTime.Today.AddYears(-calculatedAge))
            {
                calculatedAge--;
            }
            if (calculatedAge >= requirement.MinimumAge)
            {
                context.Succeed(requirement);
            }
        }
        return Task.CompletedTask;
    }
}

然后就可以直接在AddPolicy中使用了：

services.AddAuthorization(options =>
{
    options.AddPolicy("Over21", policy => policy.Requirements.Add(new MinimumAgeRequirement(21)));
});

我们自定义的 Requirement 若想得到 ASP.NET Core 授权系统的执行，除了上面示例中的实现IAuthorizationHandler接口外，也可以单独定义AuthorizationHandler，这样可以更好的使用DI系统，并且还可以定义多个Handler，下面就来演示一下。

多Handler模式

授权策略中的多个Requirement，它们属于 & 的关系，只用全部验证通过，才能最终授权成功。但是在有些场景下，我们可能希望一个授权策略可以适用多种情况，比如，我们进入公司时需要出示员工卡才可以被授权进入，但是如果我们忘了带员工卡，可以去申请一个临时卡，同样可以授权成功:

public class EnterBuildingRequirement : IAuthorizationRequirement
{
}

public class BadgeEntryHandler : AuthorizationHandler<EnterBuildingRequirement>
{
    protected override Task HandleRequirementAsync(AuthorizationHandlerContext context, EnterBuildingRequirement requirement)
    {
        if (context.User.HasClaim(c => c.Type == ClaimTypes.BadgeId)
        {
            context.Succeed(requirement);
        }
        else
        {
            // context.Fail();
        }
        return Task.CompletedTask;
    }
}

public class HasTemporaryStickerHandler : AuthorizationHandler<EnterBuildingRequirement>
{
    protected override Task HandleRequirementAsync(AuthorizationHandlerContext context, EnterBuildingRequirement requirement)
    {
        if (context.User.HasClaim(c => c.Type == ClaimTypes.TemporaryBadgeId)
        {
            context.Succeed(requirement);
        }
        return Task.CompletedTask;
    }
}

如上，我们定义了两个Handler，但是想让它们得到执行，还需要将其注册到DI系统中：

services.AddSingleton<IAuthorizationHandler, BadgeEntryHandler>();
services.AddSingleton<IAuthorizationHandler, HasTemporaryStickerHandler>();

此时，在我们的应该程序中使用EnterBuildingRequirement的授权时，将会依次执行这两个Handler。而在上面介绍AuthorizationOptions时，提到它还有一个InvokeHandlersAfterFailure属性，在这里就派上用场了，只有其为true时（默认为True），才会在当前 AuthorizationHandler 授权失败时，继续执行下一个 AuthorizationHandler。

在上面的示例中，我们使用context.Succeed(requirement)将授权结果设置为成功，而失败时并没有做任何标记，正常情况下都是这样做的。但是如果需要，我们可以通过调用context.Fail()方法显式的将授权结果设置为失败，那么，不管其他 AuthorizationHandler 是成功还是失败，最终结果都将是授权失败。

总结

ASP.NET Core 授权策略是一种非常强大、灵活的权限验证方案，提供了更丰富、更易表达的验证模型，能够满足大部分的授权场景。通过本文对授权策略的详细介绍，我们应该能够灵活的使用基于策略的授权了，但是授权策略到底是怎么执行的呢？在《下一章》中，就来完整的探索一下 ASP.NET Core 授权系统的执行流程。