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ASP.NET Core 數(shù)據(jù)保護（Data Protection 集群場景）下篇

更新時間：2016年09月10日 14:41:07 作者：Savorboard

這篇文章主要為大家再一次介紹了ASP.NET Core 數(shù)據(jù)保護（Data Protection）,具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

前言

接【中篇】，在有一些場景下，我們需要對 ASP.NET Core 的加密方法進行擴展，來適應我們的需求，這個時候就需要使用到了一些 Core 提供的高級的功能。

本文還列舉了在集群場景下，有時候我們需要實現(xiàn)自己的一些方法來對Data Protection進行分布式配置。

加密擴展

IAuthenticatedEncryptor 和 IAuthenticatedEncryptorDescriptor

IAuthenticatedEncryptor是 Data Protection 在構建其密碼加密系統(tǒng)中的一個基礎的接口。
一般情況下一個key 對應一個IAuthenticatedEncryptor，IAuthenticatedEncryptor封裝了加密操作中需要使用到的秘鑰材料和必要的加密算法信息等。

下面是IAuthenticatedEncryptor接口提供的兩個 api方法：
Decrypt(ArraySegment<byte> ciphertext, ArraySegment<byte> additionalAuthenticatedData) : byte[]
Encrypt(ArraySegment<byte> plaintext, ArraySegment<byte> additionalAuthenticatedData) : byte[]

其中接口中的參數(shù)additionalAuthenticatedData表示在構建加密的時候提供的一些附屬信息。

IAuthenticatedEncryptorDescriptor接口提供了一個創(chuàng)建包含類型信息IAuthenticatedEncryptor實例方法。

CreateEncryptorInstance() : IAuthenticatedEncryptor
ExportToXml() : XmlSerializedDescriptorInfo

密鑰管理擴展

在密鑰系統(tǒng)管理中，提供了一個基礎的接口IKey，它包含以下屬性：

Activation
creation
expiration dates
Revocation status
Key identifier (a GUID)

IKey還提供了一個創(chuàng)建IAuthenticatedEncryptor實例的方法CreateEncryptorInstance。

IKeyManager接口提供了一系列用來操作Key的方法，包括存儲，檢索操作等。他提供的高級操作有：

•創(chuàng)建一個Key 并且持久存儲
•從存儲庫中獲取所有的 Key
•撤銷保存到存儲中的一個或多個鍵

XmlKeyManager
通常情況下，開發(fā)人員不需要去實現(xiàn)IKeyManager來自定義一個 KeyManager。我們可以使用系統(tǒng)默認提供的XmlKeyManager類。

XMLKeyManager是一個具體實現(xiàn)IKeyManager的類，它提供了一些非常有用的方法。

 public sealed class XmlKeyManager : IKeyManager, IInternalXmlKeyManager
{
 public XmlKeyManager(IXmlRepository repository, IAuthenticatedEncryptorConfiguration configuration, IServiceProvider services);

 public IKey CreateNewKey(DateTimeOffset activationDate, DateTimeOffset expirationDate);
 public IReadOnlyCollection<IKey> GetAllKeys();
 public CancellationToken GetCacheExpirationToken();
 public void RevokeAllKeys(DateTimeOffset revocationDate, string reason = null);
 public void RevokeKey(Guid keyId, string reason = null);
}

•IAuthenticatedEncryptorConfiguration 主要是規(guī)定新 Key 使用的算法。
•IXmlRepository 主要控制 Key 在哪里持久化存儲。

IXmlRepository

IXmlRepository接口主要提供了持久化以及檢索XML的方法，它只要提供了兩個API:
•GetAllElements() : IReadOnlyCollection
•StoreElement(XElement element, string friendlyName)

我們可以通過實現(xiàn)IXmlRepository接口的StoreElement方法來定義data protection xml的存儲位置。

GetAllElements來檢索所有存在的加密的xml文件。

接口部分寫到這里吧，因為這一篇我想把重點放到下面，更多接口的介紹大家還是去官方文檔看吧～

集群場景

上面的API估計看著有點枯燥，那我們就來看看我們需要在集群場景下借助于Data Protection來做點什么吧。

就像我在【上篇】總結中末尾提到的，在做分布式集群的時候，Data Protection的一些機制我們需要知道，因為如果不了解這些可能會給你的部署帶來一些麻煩，下面我們就來看看吧。

在做集群的時，我們必須知道并且明白關于 ASP.NET Core Data Protection 的三個東西：

1、程序識別者

“Application discriminator”，它是用來標識應用程序的唯一性。
為什么需要這個東西呢？因為在集群環(huán)境中，如果不被具體的硬件機器環(huán)境所限制，就要排除運行機器的一些差異，就需要抽象出來一些特定的標識，來標識應用程序本身并且使用該標識來區(qū)分不同的應用程序。這個時候，我們可以指定ApplicationDiscriminator。

在services.AddDataProtection(DataProtectionOptions option)的時候，ApplicationDiscriminator可以作為參數(shù)傳遞，來看一下代碼：

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

 services.AddDataProtection(DataProtectionOptions option);
}

//===========擴展方法如下：

public static class DataProtectionServiceCollectionExtensions
{
 public static IDataProtectionBuilder AddDataProtection(this IServiceCollection services);
 
 //具有可傳遞參數(shù)的重載，在集群環(huán)境中需要使用此項配置
 public static IDataProtectionBuilder AddDataProtection(this IServiceCollection services, Action<DataProtectionOptions> setupAction);
}

// DataProtectionOptions 屬性：
public class DataProtectionOptions
{
 public string ApplicationDiscriminator { get; set; }
}

可以看到這個擴展返回的是一個IDataProtectionBuilder，在IDataProtectionBuilder還有一個擴展方法叫 SetApplicationName ,這個擴展方法在內(nèi)部還是修改的ApplicationDiscriminator的值。也就說以下寫法是等價的：

services.AddDataProtection(x => x.ApplicationDiscriminator = "my_app_sample_identity");

services.AddDataProtection().SetApplicationName("my_app_sample_identity");

也就是說集群環(huán)境下同一應用程序他們需要設定為相同的值（ApplicationName or ApplicationDiscriminator）。

2、主加密鍵

“Master encryption key”，主要是用來加密解密的，包括一客戶端服務器在請求的過程中的一些會話數(shù)據(jù)，狀態(tài)等。有幾個可選項可以配置，比如使用證書或者是windows DPAPI或者注冊表等。如果是非windows平臺，注冊表和Windows DPAPI就不能用了。

 public void ConfigureServices(IServiceCollection services) 
{
 services.AddDataProtection()
 
 //windows dpaip 作為主加密鍵
 .ProtectKeysWithDpapi()
 
 //如果是 windows 8+ 或者windows server2012+ 可以使用此選項（基于Windows DPAPI-NG）
 .ProtectKeysWithDpapiNG("SID={current account SID}", DpapiNGProtectionDescriptorFlags.None)
 
 //如果是 windows 8+ 或者windows server2012+ 可以使用此選項（基于證書）
 .ProtectKeysWithDpapiNG("CERTIFICATE=HashId:3BCE558E2AD3E0E34A7743EAB5AEA2A9BD2575A0", DpapiNGProtectionDescriptorFlags.None)
 
 //使用證書作為主加密鍵，目前只有widnows支持，linux還不支持。
 .ProtectKeysWithCertificate();
}

如果在集群環(huán)境中，他們需要具有配置相同的主加密鍵。

3、加密后存儲位置

在【上篇】的時候說過，默認情況下Data Protection會生成 xml 文件用來存儲session或者是狀態(tài)的密鑰文件。這些文件用來加密或者解密session等狀態(tài)數(shù)據(jù)。

就是上篇中說的那個私鑰存儲位置：

1、如果程序寄宿在 Microsoft Azure下，存儲在“%HOME%\ASP.NET\DataProtection-Keys” 文件夾。
2、如果程序寄宿在IIS下，它被保存在HKLM注冊表的ACLed特殊注冊表鍵，并且只有工作進程可以訪問，它使用windows的DPAPI加密。
3、如果當前用戶可用，即win10或者win7中，它存儲在“%LOCALAPPDATA%\ASP.NET\DataProtection-Keys”文件夾，同樣使用的windows的DPAPI加密。
4、如果這些都不符合，那么也就是私鑰是沒有被持久化的，也就是說當進程關閉的時候，生成的私鑰就丟失了。

集群環(huán)境下：
最簡單的方式是通過文件共享、DPAPI或者注冊表，也就是說把加密過后的xml文件都存儲在相同的地方。為什么說最簡單，因為系統(tǒng)已經(jīng)給封裝好了，不需要寫多余的代碼了，但是要保證文件共享相關的端口是開放的。如下：

 public void ConfigureServices(IServiceCollection services) 
{
 services.AddDataProtection()
 //windows、Linux、macOS 下可以使用此種方式 保存到文件系統(tǒng)
 .PersistKeysToFileSystem(new System.IO.DirectoryInfo("C:\\share_keys\\"))
 //windows 下可以使用此種方式 保存到注冊表
 .PersistKeysToRegistry(Microsoft.Win32.RegistryKey.FromHandle(null)) 
}

你也可以自己擴展方法來自己定義一些存儲，比如使用數(shù)據(jù)庫或者Redis等。

不過通常情況下，如果在linux上部署的話，都是需要擴展的。下面來看一下我們想要用redis存儲，該怎么做呢？

如何擴展加密鍵集合的存儲位置？

首先，定義個針對IXmlRepository接口的 redis 實現(xiàn)類RedisXmlRepository.cs：

 public class RedisXmlRepository : IXmlRepository, IDisposable
{

 public static readonly string RedisHashKey = "DataProtectionXmlRepository";
 
 private IConnectionMultiplexer _connection;
 
 private bool _disposed = false;
 
 public RedisXmlRepository(string connectionString, ILogger<RedisXmlRepository> logger)
  : this(ConnectionMultiplexer.Connect(connectionString), logger)
 {
 }
 
 public RedisXmlRepository(IConnectionMultiplexer connection, ILogger<RedisXmlRepository> logger)
 {
  if (connection == null)
  {
   throw new ArgumentNullException(nameof(connection));
  }
 
  if (logger == null)
  {
   throw new ArgumentNullException(nameof(logger));
  }
 
  this._connection = connection;
  this.Logger = logger;
 
  var configuration = Regex.Replace(this._connection.Configuration, @"password\s*=\s*[^,]*", "password=****", RegexOptions.IgnoreCase);
  this.Logger.LogDebug("Storing data protection keys in Redis: {RedisConfiguration}", configuration);
 }
 
 public ILogger<RedisXmlRepository> Logger { get; private set; }
 
 public void Dispose()
 {
  this.Dispose(true);
 }
 public IReadOnlyCollection<XElement> GetAllElements()
 {
  var database = this._connection.GetDatabase();
  var hash = database.HashGetAll(RedisHashKey);
  var elements = new List<XElement>();
 
  if (hash == null || hash.Length == 0)
  {
   return elements.AsReadOnly();
  }
 
  foreach (var item in hash.ToStringDictionary())
  {
   elements.Add(XElement.Parse(item.Value));
  }
 
  this.Logger.LogDebug("Read {XmlElementCount} XML elements from Redis.", elements.Count);
  return elements.AsReadOnly();
 }
 
 public void StoreElement(XElement element, string friendlyName)
 {
  if (element == null)
  {
   throw new ArgumentNullException(nameof(element));
  }
 
  if (string.IsNullOrEmpty(friendlyName))
  {
   friendlyName = Guid.NewGuid().ToString();
  }
 
  this.Logger.LogDebug("Storing XML element with friendly name {XmlElementFriendlyName}.", friendlyName);
 
  this._connection.GetDatabase().HashSet(RedisHashKey, friendlyName, element.ToString());
 }
 protected virtual void Dispose(bool disposing)
 {
  if (!this._disposed)
  {
   if (disposing)
   {
    if (this._connection != null)
    {
     this._connection.Close();
     this._connection.Dispose();
    }
   }
 
   this._connection = null;
   this._disposed = true;
  }
 }
}

然后任意一個擴展類中先定義一個擴展方法：

 public static IDataProtectionBuilder PersistKeysToRedis(this IDataProtectionBuilder builder, string redisConnectionString)
{
 if (builder == null)
 {
  throw new ArgumentNullException(nameof(builder));
 }

 if (redisConnectionString == null)
 {
  throw new ArgumentNullException(nameof(redisConnectionString));
 }

 if (redisConnectionString.Length == 0)
 {
  throw new ArgumentException("Redis connection string may not be empty.", nameof(redisConnectionString));
 }
 
 //因為在services.AddDataProtection()的時候，已經(jīng)注入了IXmlRepository，所以應該先移除掉
 //此處應該封裝成為一個方法來調(diào)用，為了讀者好理解，我就直接寫了
 for (int i = builder.Services.Count - 1; i >= 0; i--)
 {
  if (builder.Services[i]?.ServiceType == descriptor.ServiceType)
  {
   builder.Services.RemoveAt(i);
  }
 }

  var descriptor = ServiceDescriptor.Singleton<IXmlRepository>(services => new RedisXmlRepository(redisConnectionString, services.GetRequiredService<ILogger<RedisXmlRepository>>()))
  
  builder.Services.Add(descriptor);
  
  return builder.Use();
}

最終Services中關于DataProtection是這樣的：

 public void ConfigureServices(IServiceCollection services) 
{
 services.AddDataProtection()
 
 // ================以下是唯一標識==============
 
 //設置應用程序唯一標識
 .SetApplicationName("my_app_sample_identity");
 
 
 // =============以下是主加密鍵===============
 
 //windows dpaip 作為主加密鍵
 .ProtectKeysWithDpapi()
 
 //如果是 windows 8+ 或者windows server2012+ 可以使用此選項（基于Windows DPAPI-NG）
 .ProtectKeysWithDpapiNG("SID={current account SID}", DpapiNGProtectionDescriptorFlags.None)
 
 //如果是 windows 8+ 或者windows server2012+ 可以使用此選項（基于證書）
 .ProtectKeysWithDpapiNG("CERTIFICATE=HashId:3BCE558E2AD3E0E34A7743EAB5AEA2A9BD2575A0", DpapiNGProtectionDescriptorFlags.None)
 
 //使用證書作為主加密鍵，目前只有widnows支持，linux還不支持。
 .ProtectKeysWithCertificate();
 
 
 // ==============以下是存儲位置=================
 
 //windows、Linux、macOS 下可以使用此種方式 保存到文件系統(tǒng)
 .PersistKeysToFileSystem(new System.IO.DirectoryInfo("C:\\share_keys\\"))
 
 //windows 下可以使用此種方式 保存到注冊表
 .PersistKeysToRegistry(Microsoft.Win32.RegistryKey.FromHandle(null)) 
 
  // 存儲到redis
 .PersistKeysToRedis(Configuration.Section["RedisConnection"])
}

在上面的配置中，我把所有可以使用的配置都列出來了哦，實際項目中應該視實際情況選擇。

總結

關于ASP.NET Core Data Protection 系列終于寫完了，其實這這部分花了蠻多時間的，對于Data Protection來說我也是一個循循漸進的學習過程，希望能幫助到一些人。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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