详解.NET Core中的数据保护组件

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背景介绍

在 OWASP(开放式 Web 应用程序安全项目) 2013 年发布的报告中，将不安全的直接对象引用(Insecure Direct Object Reference)标记为十大 Web 应用程序风险之一, 其表现形式是对象的引用(例如数据库主键)被各种恶意攻击利用, 所以对于Api返回的各种主键外键ID, 我们需要进行加密。

.NET Core 的数据保护组件

.NET Core 中内置了一个IDataProtectionProvider接口和一个IDataProtector接口。其中IDataProtectionProvider是创建保护组件的接口，IDataProtector是数据保护的接口。开发人员可以实现这 2 个接口，创建数据保护组件。
内置的数据保护组件

.NET Core 中默认提供了一个数据保护组件, 下面我们来尝试使用这个默认组件来保护我们的数据。

例: 当前我们有一个Movie类，代码如下, 我们期望当获取Movie对象的时候，Id字段是加密的。

public class Movie
 {
  public Movie(int id, string title)
  {
   Id = id;
   Title = title;
  }

  public int Id { get; set; }
  public string Title { get; set; }
 }

首先我们需要在Startup.cs中ConfigureService方法中配置使用默认的数据保护组件。

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

这段代码会启用.NET Core默认的数据保护器。

然后我们创建一个MoviesController, 并在构造函数中注入IDataProtectionProvider对象, 然后使用这个Provider对象创建一个实现IDataProtector接口的数据保护器对象

[Route("movies")]
 public class MoviesController : Controller
 {
  private readonly IDataProtector protector;
 
  public MoviesController(IDataProtectionProvider provider)
  {
   this.protector = provider.CreateProtector("protect_my_query_string");
  }
 }

TIPS: 使用Provider创建Protector的时候，我们传入了一个参数"protect_my_query_string", 这个参数标明了这个保护器的用途，你也可以把它就当成这个保护器的名字。

注意：不同用途的保护器不能解密对方的加密字符串。, 如果使用了保护器A去解密保护器B生成的字符串，会产生以下异常CryptographicException: The payload was invalid.

然后我们在MovieController中添加2个Api, 一个是获取所有Movies对象的，一个是获取指定Movie对象的

[HttpGet]
 public IActionResult Get()
 {
  var model = GetMovies();
  
  var outputModel = model.Select(item => new
  {
   Id = this.protector.Protect(item.Id.ToString()),
   item.Title,
   item.ReleaseYear,
   item.Summary
  });

  return Ok(outputModel);
 }

 [HttpGet("{id}")]
 public IActionResult Get(string id)
 {
  var orignalId = int.Parse(this.protector.Unprotect(id));

  var model = GetMovies(); 
  
  var outputModel = model.Where(item => item.Id == orignalId);

  return Ok(outputModel);
 }

代码解释

在获取Movie列表的api中，我们使用了IDataProtector接口的Protect方法对Id字段进行了加密
相应的在获取单个Movie对象的api中, 我们需要使用IDataProtector接口的Unprotect方法对Id字段进行解密。

最终效果

首先我们调用/api/movies, 返回结果如下, id字段已经被正确加密了

[{
 "id": "CfDJ8D9KlbQBeipPoQwll5uLR6ygyO6avkgI2teCQGZQShNwsxC9ApDdsnyYd1K5IyNHjhZcRoGd6W31se3W6TWM8H9UdLEPn4fJpS5uKkqUa0PMV6a0ZZHBQSnlGoisSnj29g",
 "title": "泰坦尼克号"
}, {
 "id": "CfDJ8D9KlbQBeipPoQwll5uLR6wkMUYyzflIzy3CwoMhcaO-np2WOy4czIL3WZd2FWi7Tsy119tDeFq7yAeye4o2W-KmbffpGXnTDZzNv2QbCrAm7-AyEN35g3pkfAYHa3X7aQ",
 "title": "我是谁"
}, {
 "id": "CfDJ8D9KlbQBeipPoQwll5uLR6x2AXM6ulCwts2-uQSfzIU8UquTz-OAZIl-49D5-CYYl5H4mfZH8VihhCBJ60MMrZOlZla9qvb8EIP6GYRkEap4nhktbzGxW0Qu5r3edm6_Kg",
 "title": "蜘蛛侠"
}, {
 "id": "CfDJ8D9KlbQBeipPoQwll5uLR6zDZeLtPIVlkRLCd_V6Mr2kTzWsCkfYgmS0-cqhFAOu4dUWGtx6d402_eKnObAOFUClEDdF4mrUeDQawE71DDa805umhbAvX2712i7UgYO5MA",
 "title": "钢铁侠"
}]

然后我们继续调用api, 查询钢铁侠的电影信息

/api/movies/CfDJ8D9KlbQBeipPoQwll5uLR6zDZeLtPIVlkRLCd_V6Mr2kTzWsCkfYgmS0-cqhFAOu4dUWGtx6d402_eKnObAOFUClEDdF4mrUeDQawE71DDa805umhbAvX2712i7UgYO5MA

结果也正确的返回了。

[{"id":4,"title":"钢铁侠"}]

带过期时间的数据保护器(Limited Lifetime)

.NET Core默认还提供了一种带过期时间的数据保护器, 这种数据保护器许多使用场景，最常用的场景就是当为一个重置密码操作的Token设置失效时间, 这样一旦超时的, Token就不能解密成功, 从而我们就可以认定重置密码操作超时了。

.NET Core中, 我们可以使用IDataProtector接口的ToTimeLimitedDataProtector方法创建一个带过期时间的数据保护器。

这里我们还是使用默认还是继续以上面的例子为例, 代码修改如下

private readonly ITimeLimitedDataProtector protector;

 public MoviesController(IDataProtectionProvider provider)
 {
  this.protector = provider.CreateProtector("protect_my_query_string")
     .ToTimeLimitedDataProtector();
 }

 [HttpGet]
 public IActionResult Get()
 {
  var model = GetMovies(); // simulate call to repository
  
  var outputModel = model.Select(item => new
  {
   Id = this.protector.Protect(item.Id.ToString(), 
          TimeSpan.FromSeconds(10)),
   item.Title,
   item.ReleaseYear,
   item.Summary
  });

  return Ok(outputModel);
 }

代码解释

这里我们定义了一个ITimeLimitedDataProtector接口对象protector, 并在构造函数中使用ToTimeLimitedDataProtector方法，将一个普通的数据保护器转换成了一个带过期时间的数据保护器
在获取Movie列表的api中, 我们依然使用Protect方法来加密Id字段, 与之前不同的是，这里我们加入了第二个TimeSpan参数，这个参数表示了当前加密的有效时间只有10秒。

最终效果

现在我们重新运行项目，还是和之前一样先调用/api/movies方法来获取Movies列表, 结果如下

[{
 "id": "CfDJ8D9KlbQBeipPoQwll5uLR6yzbDbZ931toH32VC6Jqg8DWsrmiLrOxOFFViH4QWZne43jwSVzBjzJIfctYKZniZKNVbr50RRIZpW2fe9UtPajEzBhI-H32Effm-F0ColUaA",
 "title": "泰坦尼克号"
}, {
 "id": "CfDJ8D9KlbQBeipPoQwll5uLR6zDDVymvftZK9lKBIjEyuoNTzOEu0SC2-qfTy6quXir2S8f3A1r44f9Yz3Sd_cyLZUp-_4gfJAasMfE8_ngYLrJmdsjN9LZ0g4vox0WJLjiGA",
 "title": "我是谁"
}, {
 "id": "CfDJ8D9KlbQBeipPoQwll5uLR6zL-M2jzv2HCeTiHjevkXvI2216NERplp43TOjCXtj4S52ll68sLyQNtG2FhhWlsOmFGvYY5G4gm5SKfASMMgE1jBr20xc2b_djWdLhWLIxnA",
 "title": "蜘蛛侠"
}, {
 "id": "CfDJ8D9KlbQBeipPoQwll5uLR6wAoZKCHTG0lvgYS3If_0_eAD30a2YV8RjNagwLXUdCSKsO3kyS58hqDqAPHw_KHwNpd-hjDFl3hFPa8LOWHyk901oc6ZuSxwzxFlljaVreFA",
 "title": "钢铁侠"
}]

等待10秒钟后，我们继续调用api, 查询钢铁侠的电影信息

/api/movies/CfDJ8D9KlbQBeipPoQwll5uLR6wAoZKCHTG0lvgYS3If_0_eAD30a2YV8RjNagwLXUdCSKsO3kyS58hqDqAPHw_KHwNpd-hjDFl3hFPa8LOWHyk901oc6ZuSxwzxFlljaVreFA

返回了错误信息CryptographicException: The payload expired at 9/29/2018 11:25:05 AM +00:00. 这说明当前加密的有效期已过, 不能正确解密了。

Tips: 使用Action Filter解密参数

在之前的代码中，我们在获取单个Movie的方法中，我们手动调用了Unprotected方法来解密id属性

[HttpGet("{id}")]
 public IActionResult Get(string id)
 {
  var orignalId = int.Parse(this.protector.Unprotect(id));

  var model = GetMovies(); // simulate call to repository
  
  var outputModel = model.Where(item => item.Id == orignalId);

  return Ok(outputModel);
 }

下面我们改用Action Filter来改进这部分代码。

首先我们创建一个DecryptReferenceFilter, 代码如下：

public class DecryptReferenceFilter : IActionFilter
 {
  private readonly IDataProtector protector;

  public DecryptReferenceFilter(IDataProtectionProvider provider)
  {
   this.protector = provider.CreateProtector("protect_my_query_string");
  }

  public void OnActionExecuting(ActionExecutingContext context)
  {
   object param = context.RouteData.Values["id"].ToString();
   var id = int.Parse(this.protector.Unprotect(param.ToString()));
   context.ActionArguments["id"] = id;
  }

  public void OnActionExecuted(ActionExecutedContext context)
  {

  }
 }

 public class DecryptReferenceAttribute : TypeFilterAttribute
 {
  public DecryptReferenceAttribute() :
   base(typeof(DecryptReferenceFilter))
  { }
 }

代码解释

这里DecryptReferenceFilter实现了IActionFilter接口, 并实现了OnActionExecuting和OnActionExecuted方法
在DecryptReferenceFilter类中，我们注入了默认的数据保护器提供器，并在构造函数中初始化了一个数据保护器
在OnActionExecuting中我们从RouteData中获取到未解密的id字段, 然后将其解密之后，替换了之前未解密的id字段，这样ModelBinder就会使用解密后的字符串来绑定模型。

最终修改

最后我们修改一下获取单个Movie的api, 代码如下：

[HttpGet("{id}")]
 [DecryptReference]
 public IActionResult Get(int id)
 {
  var model = GetMovies();

  var outputModel = model.Where(item => item.Id == id);

  return Ok(outputModel);
 }

我们在获取单个Movie的方法上添加了DecryptReference特性。

运行代码之后，代码和之前的效果一样。

源码地址：http://xiazai.ogeek.net/201809/yuanma/id_protector_ogeek.rar