ASP.NETWebAPI安全验证之摘要（Digest）认证

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在基本认证的方式中，主要的安全问题来自于用户信息的明文传输，而在摘要认证中，主要通过一些手段避免了此问题，大大增加了安全性。

1.客户端匿名的方式请求 (无认证)

2.服务器响应

服务端返回401未验证的状态，并且返回WWW-Authenticate信息,包含了验证方式Digest，realm，qop，nonce，opaque的值。其中：

Digest：认证方式；

realm：领域，领域参数是强制的，在所有的盘问中都必须有，它的目的是鉴别SIP消息中的机密，在SIP实际应用中，它通常设置为SIP代理服务器所负责的域名；

qop(Quanlity of Protection)：保护的质量，这个参数规定服务器支持哪种保护方案，客户端可以从列表中选择一个。值 “auth”表示只进行身份查验， “auth-int”表示进行查验外，还有一些完整性保护。

nonce：为一串随机值，在下面的请求中会一直使用到，当过了存活期后服务端将刷新生成一个新的nonce值；

opaque：一个不透明的（不让外人知道其意义）数据字符串，在盘问中发送给用户。

HTTP/1.0 401 Unauthorized  
Server: HTTPd/0.9  
Date: Sun, 10 Apr 2005 20:26:47 GMT  
WWW-Authenticate: Digest realm="[email protected]",  
                        qop="auth,auth-int",  
                        nonce="dcd98b7102dd2f0e8b11d0f600bfb0c093",  
                        opaque="5ccc069c403ebaf9f0171e9517f40e41"

3.客户端请求 (用户名 "Mufasa", 密码 "Circle Of Life")

客户端接受到请求返回后，进行HASH运算，返回Authorization参数

其中：realm，nonce，qop由服务器产生；

uri：客户端想要访问的URI；

nc：“现时”计数器，这是一个16进制的数值，即客户端发送出请求的数量（包括当前这个请求），这些请求都使用了当前请求中这个“现时”值。例如，对一个给定的“现时”值，在响应的第一个请求中，客户端将发送“nc=00000001”。这个指示值的目的，是让服务器保持这个计数器的一个副本，以便检测重复的请求。如果这个相同的值看到了两次，则这个请求是重复的；

cnonce：这是一个不透明的字符串值，由客户端提供，并且客户端和服务器都会使用，以避免用明文文本。这使得双方都可以查验对方的身份，并对消息的完整性提供一些保护；

response：这是由用户代理软件计算出的一个字符串，以证明用户知道口令。

<strong>response计算过程：</strong>  
HA1=MD5(A1)=MD5(username:realm:password)  
如果 qop 值为“auth”或未指定，那么 HA2 为  
HA2=MD5(A2)=MD5(method:digestURI)  
如果 qop 值为“auth-int”，那么 HA2 为  
HA2=MD5(A2)=MD5(method:digestURI:MD5(entityBody))  
如果 qop 值为“auth”或“auth-int”，那么如下计算 response：  
response=MD5(HA1:nonce:nonceCount:clientNonce:qop:HA2)  
如果 qop 未指定，那么如下计算 response：  
response=MD5(HA1:nonce:HA2)

请求头：

GET /dir/index.html HTTP/1.0  
Host: localhost  
Authorization: Digest username="Mufasa",  
                     realm="[email protected]",  
                     nonce="dcd98b7102dd2f0e8b11d0f600bfb0c093",  
                     uri="/dir/index.html",  
                     qop=auth,  
                     nc=00000001,  
                     cnonce="0a4f113b",  
                     response="6629fae49393a05397450978507c4ef1",  
                     opaque="5ccc069c403ebaf9f0171e9517f40e41"

4.服务器响应

当服务器接收到摘要响应，也要重新计算响应中各参数的值，并利用客户端提供的参数值，和服务器上存储的口令，进行比对。如果计算结果与收到的客户响应值是相同的，则客户已证明它知道口令，因而客户的身份验证通过。

二、服务端验证

编写一个自定义消息处理器，需要通过System.Net.Http.DelegatingHandler进行派生，并重写SendAsync方法。

AuthenticationHandler类：

public class AuthenticationHandler : DelegatingHandler  
{  
    protected async override Task<HttpResponseMessage> SendAsync(HttpRequestMessage request, CancellationToken cancellationToken)  
    {  
        try  
        {  
            HttpRequestHeaders headers = request.Headers;  
            if (headers.Authorization != null)  
            {  
                Header header = new Header(request.Headers.Authorization.Parameter, request.Method.Method);  
  
                if (Nonce.IsValid(header.Nonce, header.NounceCounter))  
                {  
                    // Just assuming password is same as username for the purpose of illustration  
                    string password = header.UserName;  
  
                    string ha1 = String.Format("{0}:{1}:{2}", header.UserName, header.Realm, password).ToMD5Hash();  
  
                    string ha2 = String.Format("{0}:{1}", header.Method, header.Uri).ToMD5Hash();  
  
                    string computedResponse = String.Format("{0}:{1}:{2}:{3}:{4}:{5}",  
                                        ha1, header.Nonce, header.NounceCounter,header.Cnonce, "auth", ha2).ToMD5Hash();  
  
                    if (String.CompareOrdinal(header.Response, computedResponse) == 0)  
                    {  
                        // digest computed matches the value sent by client in the response field.  
                        // Looks like an authentic client! Create a principal.  
                        var claims = new List<Claim>  
                        {  
                                        new Claim(ClaimTypes.Name, header.UserName),  
                                        new Claim(ClaimTypes.AuthenticationMethod, AuthenticationMethods.Password)  
                        };  
  
                        ClaimsPrincipal principal = new ClaimsPrincipal(new[] { new ClaimsIdentity(claims, "Digest") });  
  
                        Thread.CurrentPrincipal = principal;  
  
                        if (HttpContext.Current != null)  
                            HttpContext.Current.User = principal;  
                    }  
                }  
            }  
  
            HttpResponseMessage response = await base.SendAsync(request, cancellationToken);  
  
            if (response.StatusCode == HttpStatusCode.Unauthorized)  
            {  
                response.Headers.WwwAuthenticate.Add(new AuthenticationHeaderValue("Digest",Header.UnauthorizedResponseHeader.ToString()));  
            }  
  
            return response;  
        }  
        catch (Exception)  
        {  
            var response = request.CreateResponse(HttpStatusCode.Unauthorized);  
            response.Headers.WwwAuthenticate.Add(new AuthenticationHeaderValue("Digest",Header.UnauthorizedResponseHeader.ToString()));  
  
            return response;  
        }  
    }  
}

Header类：

public class Header  
{  
    public Header() { }  
  
    public Header(string header, string method)  
    {  
        string keyValuePairs = header.Replace("\"", String.Empty);  
  
        foreach (string keyValuePair in keyValuePairs.Split(','))  
        {  
            int index = keyValuePair.IndexOf("=", System.StringComparison.Ordinal);  
            string key = keyValuePair.Substring(0, index);  
            string value = keyValuePair.Substring(index + 1);  
  
            switch (key)  
            {  
                case "username": this.UserName = value; break;  
                case "realm": this.Realm = value; break;  
                case "nonce": this.Nonce = value; break;  
                case "uri": this.Uri = value; break;  
                case "nc": this.NounceCounter = value; break;  
                case "cnonce": this.Cnonce = value; break;  
                case "response": this.Response = value; break;  
                case "method": this.Method = value; break;  
            }  
        }  
  
        if (String.IsNullOrEmpty(this.Method))  
            this.Method = method;  
    }  
  
    public string Cnonce { get; private set; }  
    public string Nonce { get; private set; }  
    public string Realm { get; private set; }  
    public string UserName { get; private set; }  
    public string Uri { get; private set; }  
    public string Response { get; private set; }  
    public string Method { get; private set; }  
    public string NounceCounter { get; private set; }  
  
    // This property is used by the handler to generate a  
    // nonce and get it ready to be packaged in the  
    // WWW-Authenticate header, as part of 401 response  
    public static Header UnauthorizedResponseHeader  
    {  
        get  
        {  
            return new Header()  
            {  
                Realm = "MyRealm",  
                Nonce = WebApiDemo.Nonce.Generate()  
            };  
        }  
    }  
  
    public override string ToString()  
    {  
        StringBuilder header = new StringBuilder();  
        header.AppendFormat("realm=\"{0}\"", Realm);  
        header.AppendFormat(",nonce=\"{0}\"", Nonce);  
        header.AppendFormat(",qop=\"{0}\"", "auth");  
        return header.ToString();  
    }  
}

nonce类

public class Nonce  
{  
    private static ConcurrentDictionary<string, Tuple<int, DateTime>>  
    nonces = new ConcurrentDictionary<string, Tuple<int, DateTime>>();  
  
    public static string Generate()  
    {  
        byte[] bytes = new byte[16];  
  
        using (var rngProvider = new RNGCryptoServiceProvider())  
        {  
            rngProvider.GetBytes(bytes);  
        }  
  
        string nonce = bytes.ToMD5Hash();  
  
        nonces.TryAdd(nonce, new Tuple<int, DateTime>(0, DateTime.Now.AddMinutes(10)));  
  
        return nonce;  
    }  
  
    public static bool IsValid(string nonce, string nonceCount)  
    {  
        Tuple<int, DateTime> cachedNonce = null;  
        //nonces.TryGetValue(nonce, out cachedNonce);  
        nonces.TryRemove(nonce, out cachedNonce);//每个nonce只允许使用一次  
  
        if (cachedNonce != null) // nonce is found  
        {  
            // nonce count is greater than the one in record  
            if (Int32.Parse(nonceCount) > cachedNonce.Item1)  
            {  
                // nonce has not expired yet  
                if (cachedNonce.Item2 > DateTime.Now)  
                {  
                    // update the dictionary to reflect the nonce count just received in this request  
                    //nonces[nonce] = new Tuple<int, DateTime>(Int32.Parse(nonceCount), cachedNonce.Item2);  
  
                    // Every thing looks ok - server nonce is fresh and nonce count seems to be   
                    // incremented. Does not look like replay.  
                    return true;  
                }  
                     
            }  
        }  
  
        return false;  
    }  
}

需要使用摘要验证可在代码里添加Attribute [Authorize]，如：

[Authorize]  
public class ProductsController : ApiController

最后Global.asax里需注册下

GlobalConfiguration.Configuration.MessageHandlers.Add(  
new AuthenticationHandler());

三、客户端的调用

这里主要说明使用WebClient调用

public static string Request(string sUrl, string sMethod, string sEntity, string sContentType,  
    out string sMessage)  
{  
    try  
    {  
        sMessage = "";  
        using (System.Net.WebClient client = new System.Net.WebClient())  
        {  
            client.Credentials = CreateAuthenticateValue(sUrl);  
            client.Headers = CreateHeader(sContentType);  
  
            Uri url = new Uri(sUrl);  
            byte[] bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(sEntity);  
            byte[] buffer;  
            switch (sMethod.ToUpper())  
            {  
                case "GET":  
                    buffer = client.DownloadData(url);  
                    break;  
                case "POST":  
                    buffer = client.UploadData(url, "POST", bytes);  
                    break;  
                default:  
                    buffer = client.UploadData(url, "POST", bytes);  
                    break;  
            }  
  
            return Encoding.UTF8.GetString(buffer);  
        }  
    }  
    catch (WebException ex)  
    {  
        sMessage = ex.Message;  
        var rsp = ex.Response as HttpWebResponse;  
        var httpStatusCode = rsp.StatusCode;  
        var authenticate = rsp.Headers.Get("WWW-Authenticate");  
  
        return "";  
    }  
    catch (Exception ex)  
    {  
        sMessage = ex.Message;  
        return "";  
    }  
}

关键代码，在这里添加用户认证，使用NetworkCredential

private static CredentialCache CreateAuthenticateValue(string sUrl)  
{  
    CredentialCache credentialCache = new CredentialCache();  
    credentialCache.Add(new Uri(sUrl), "Digest", new NetworkCredential("Lime", "Lime"));  
  
    return credentialCache;  
}