.NET Core如何通过认证机制访问Kafka？

大家好，我是Edison。

最近有一个ASP.NET Core使用认证机制访问Kafka的需求，加之我们又使用了CAP这个开源项目使用的Kafka，于是网上寻找了一番发现对应资料太少，于是调查了一番，做了如下的笔记，希望对你有用。

背景

在实际场景中，开发环境的Kafka服务器一般没有要求通过认证即可发布和读取消息，并且还可以随意创建Topic和Consumer Group。但是，在生产环境中则一般有较强的安全需求，无法随意创建Topic和Consumer，还做了一些认证和权限约束。而在ASP.NET Core的解决方案中，我们经常使用到CAP这个开源项目作为事件总线，在CAP.Kafka项目中，只提供了最基础的Servers配置，文档示例中也只给出了这种只适合开发环境的配置示例，而对于对安全要求较高的生产环境，则需要我们研究一下Kafka官方的配置文档，在CAP.Kafka的MainConfig对象中进行主动配置Key/Value。

本文会首先介绍一下Kafka的认证机制，然后会给出基于CAP项目通过认证方式访问Kafka的示例。

Kafka认证机制

自 0.9.0.0 版本开始，Kafka 正式引入了认证机制，用于实现基础的安全用户认证，这是将 Kafka 上云或进行多租户管理的必要步骤。目前Kafka的版本，已支持基于 SSL 和基于 SASL 的安全认证机制。

基于 SSL 的认证主要是指 Broker 和客户端的双路认证（2-way authentication）。通常来说，SSL 加密（Encryption）已经启用了单向认证，即客户端认证 Broker 的证书（Certificate）。如果要做 SSL 认证，那么我们要启用双路认证，也就是说 Broker 也要认证客户端的证书。

Note：Kafka 的源码中依然是使用 SSL 而不是 TLS 来表示这类东西的。不过，今天出现的所有 SSL 字眼，我们都可以认为它们是和 TLS 等价的。

Kafka 还支持通过 SASL 做客户端认证。SASL 是提供认证和数据安全服务的框架。Kafka 支持的 SASL 机制有 5 种：

GSSAPI：也就是 Kerberos 使用的安全接口，是在 0.9 版本中被引入的。
PLAIN：是使用简单的用户名 / 密码认证的机制，在 0.10 版本中被引入。
SCRAM：主要用于解决 PLAIN 机制安全问题的新机制，是在 0.10.2 版本中被引入的。
OAUTHBEARER：是基于 OAuth 2 认证框架的新机制，在 2.0 版本中被引进。
Delegation Token：补充现有 SASL 机制的轻量级认证机制，是在 1.1.0 版本被引入的。

在实际应用中，一般建议使用 SSL 来做通信加密，使用 SASL 来做 Kafka 的认证实现。对于小型公司来说，SASL/PLAIN 的配置和运维成本相对较小，比较适合Kafka集群配置。

下图将这些认证机制进行了汇总，源自极客时间胡夕《Kafka核心技术与实战》。

通过认证机制使用Kafka

这里假设我们已经搭建好了一个Kafka集群，并且配置了SASL/PLAIN方式，并且创建了一个账号“kafka_user”，密码为"kakfa_user_password@2022abcdlk!"，约束客户端只能通过SSL方式带上CA证书加密访问。

假设我们已经有了一个ASP.NET Core应用，并且之前已经在开发环境通过CAP项目使用了Kafka，那么对于生产环境或安全要求较高的测试环境，我们应该如何修改呢？

通过查看CAP的文档，在CAP.Kafka中其实只提供了几个最基础的配置项：

而其他的配置项，我们只能通过CAP.Kafka提供的MainConfig这个Dictionary类进行手动添加，如下所示：

services.AddCap(capOptions => 
{
    capOptions.UseKafka(kafkaOption=>
    {
        // kafka options.
        // kafkaOptions.MainConfig.Add("", "");
    });
});

那么，我们应该添加哪些配置呢？它们的key和可选的value又是哪些呢？CAP给出了一个参考链接：https://github.com/edenhill/librdkafka/blob/master/CONFIGURATION.md，它是librdkafka项目的配置参数的文档。

通过研究配置项文档，我们大概需要以下一些参数，将其添加到MainConfig字典中，这些参数不仅适配Producer也适配Consumer。

namespace Microsoft.Extensions.DependencyInjection
{
    public static class ApplicationServiceCollectionExtensions
    {
        public static IServiceCollection AddEventBus(this IServiceCollection services, IConfigurationSection configuration)
        {
            services.AddCap(option =>
            {
                option.UseInMemoryStorage();
                option.UseKafka(kfkOption =>
                {
                    kfkOption.Servers = configuration["KafkaBootstrapServers"];
                    if (Convert.ToBoolean(configuration["EnableAuthorization"]))
                    {
                        kfkOption.MainConfig.Add("security.protocol", "sasl_ssl");
                        kfkOption.MainConfig.Add("sasl.mechanism", "PLAIN");
                        kfkOption.MainConfig.Add("sasl.username", configuration["SaslUserName"]);                        
                        kfkOption.MainConfig.Add("sasl.password", configuration["SaslPassword"]);                        
                        kfkOption.MainConfig.Add("ssl.ca.location", configuration["SslCertificatePath"]);                        
                        kfkOption.MainConfig.Add("enable.ssl.certificate.verification", configuration["EnableSslCertificateVerification"]);                        
                    }
                });
                option.SucceedMessageExpiredAfter = 3600 * 24 * Convert.ToInt32(configuration["SuccessMsgExpireDays"]);
            });
            return services;
        }
    }
}

在Program.cs中调用AddEventBus方法：

builder.Services.AddEventBus(builder.Configuration.GetSection("EventBusConfigs"));

在appsettings中的配置如下：

{
  "EventBusConfigs": {
    "KafkaBootstrapServers": "prd.kafka01.com:9093, prd.kafka02.com:9093, prd.kafka03.com:9093",
    "SuccessMsgExpireDays": 7,
    "EnableAuthorization": true,
    "SaslUserName": "kafka_user",
    "SaslPassword": "kakfa_user_password@2022abcdlk!",
    "SslCertificatePath": "resources/certificates/intranet_server_ca.cer",
    "EnableSslCertificateVerification": true
  }
}

既然是通过证书访问，那么我们得告诉ASP.NET Core这个证书放在什么位置，本文示例是放在这个ASP.NET Core应用目录下的，在实际中建议由运维管理员统一放在一个中心服务器位置，挂载到容器内部可以访问，从而保证证书的安全。如果是通过K8s部署，那么将其添加为一个Secret存放是更好的方式。

CAP中的异构系统集成

顺带说一下，在CAP这个项目中，如果你的项目都是基于它来做事件总线，那么CAP可以正常的Publish和Subscribe消息，但是如果在你使用它之前已经有了许多的Topic Messages，它需要和一些第三方系统进行消息传输，这就会涉及到异构系统的集成。如果我们不做一些配置，CAP是无法正常Subscribe和Consume消息的。

因此，在CAP中，我们需要主动对Message做一些改造，添加传递一些额外信息以便于CAP能够在收到消息时提取到关键特征从而正常运作。否则，你会在启动时收到这样一个错误：The given key "cap-msg-id" is not existed........。

我们只需要在注册CAP组件时添加自定义Headers，确保"cap-msg-id"和"cap-msg-name"两个Header值能够被解析到：

namespace Microsoft.Extensions.DependencyInjection
{
    public static class ApplicationServiceCollectionExtensions
    {
        public static IServiceCollection AddEventBus(this IServiceCollection services, IConfigurationSection configuration)
        {
            services.AddCap(option =>
            {
                option.UseInMemoryStorage();
                option.UseKafka(kfkOption =>
                {
                    kfkOption.Servers = configuration["KafkaBootstrapServers"];
                    if (Convert.ToBoolean(configuration["EnableAuthorization"]))
                    {
                        kfkOption.MainConfig.Add("security.protocol", "sasl_ssl");
                        kfkOption.MainConfig.Add("sasl.mechanism", "PLAIN");
                        kfkOption.MainConfig.Add("sasl.username", configuration["SaslUserName"]);                        
                        kfkOption.MainConfig.Add("sasl.password", configuration["SaslPassword"]);                        
                        kfkOption.MainConfig.Add("ssl.ca.location", configuration["SslCertificatePath"]);                        
                        kfkOption.MainConfig.Add("enable.ssl.certificate.verification", configuration["EnableSslCertificateVerification"]);                        
                    }
                    // 以下为新增自定义Headers配置
                    option.CustomHeaders = e => new List<KeyValuePair<string, string>>
                    {
                        new KeyValuePair<string, string>(DotNetCore.CAP.Messages.Headers.MessageId, SnowflakeId.Default().NextId().ToString()),
                        new KeyValuePair<string, string>(DotNetCore.CAP.Messages.Headers.MessageName, e.Topic)
                    };
                });
                option.SucceedMessageExpiredAfter = 3600 * 24 * Convert.ToInt32(configuration["SuccessMsgExpireDays"]);
            });
            return services;
        }
    }
}