前言 

上一篇記錄了如何在 Kestrel 中使用 HTTPS（SSL）, 也是我們目前項目中實際使用到的。 

數(shù)據(jù)安全往往是開發(fā)人員很容易忽略的一個部分，包括我自己。近兩年業(yè)內(nèi)也出現(xiàn)了很多因為安全問題導(dǎo)致了很多嚴(yán)重事情發(fā)生，所以安全對我們開發(fā)人員很重要，我們要對我們的代碼的安全負(fù)責(zé)。 

在工作中，我們常常會見到 encode，base64，sha256, rsa, hash，encryption, md5 等，一些人對他們還傻傻分不清楚，也不知道什么時候使用他們，還有一些人認(rèn)為MD5就是加密算法。 

在 ASP.NET Core 中，為數(shù)據(jù)保護相關(guān)提供了一批新的 API，包括加密解密機制，下面就讓我們來看看吧。 

目錄
 •加密，編碼，哈希之間的區(qū)別
 •數(shù)據(jù)保護（Data Protection）介紹
 •ASP.NET Core 中的數(shù)據(jù)保護
 •總結(jié) 

編碼，加密，哈希之間的區(qū)別 

1、編碼

 編碼是信息從一種形式或格式轉(zhuǎn)換為另一種形式的過程，他們是可逆的。
 如 url、base64、jsunicode、utf-8等等。 

2、加密
 加密是可逆的，類似于編碼也是把數(shù)據(jù)從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，它通過一個特定的加密的密匙，相對應(yīng)的有解密的過程。加解密的算法有2種：對稱加密算法和非對稱加密算法。
 對稱：DES、AES、SM1、RC4 等等。
 非對稱：RSA、ECC、SM2 等等。 

3、哈希
 又叫"散列"，就是把任意長度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成固定長度的“指紋”，這個過程是不可逆的。而且只要輸入發(fā)生改變，輸出的 hash值也會有很大不同。
 它還有一個特性是相同的輸入總是有相同的結(jié)果, 這種特性恰好合適用來用來保存密碼。
 如：MD5、SHA256, SHA512, RipeMD, WHIRLPOOL等等。 

數(shù)據(jù)保護（Data Protection）介紹 

在看數(shù)據(jù)保護官方文檔的時候，微軟的文檔是這樣寫的，大致意思就是他們基于幾點需求，要開發(fā)一套數(shù)據(jù)保護的庫以便用來給受信任的客戶端和不受信任的客戶端來使用。這幾點要求就是： 

1、真實性、完整性
 舉了一個身份驗證cookie的例子，就是服務(wù)端生成了一個包含xyz權(quán)限的token，然后會在將來的某個時間過期，這個時候就需要重新請求生成一個，怎么樣來保證請求的token不是被篡改過的。 

2、機密性
 服務(wù)器要保證請求是受信任的，所以就需要一些包含特定操作環(huán)境的信息，比如一個路徑，一個權(quán)限或者一個句柄或者其他的一些東西特定于服務(wù)器的東西，這些信息不應(yīng)該透漏給不受信任的客戶端，也就是說類似于私鑰。 

3、隔離性
 然后就是要求做成一個組件，并且這個組件具有獨立性，可以不依賴于系統(tǒng)中的其他組件。如一個bearer token的組件，它要使用這個組件的話，也不需要引用anti-CSRF這種機制了。 

再進一步的縮小需求范圍，加密的數(shù)據(jù)不需要在系統(tǒng)之外的其他系統(tǒng)中使用，另外處理速度要盡可能的快，因為每一次web請求都會使用加密組件一次或者多次。 

基于以上要求，微軟提出來可以使用密碼學(xué)，因為這是一個典型的密碼學(xué)應(yīng)用的場景。確實這是一個密碼學(xué)的應(yīng)用場景，并且是一個非對稱加密算法的場景。但是大家都知道，非對稱加密是由一個公鑰和私鑰用來保證安全性的，即使公鑰遭泄露，整個通訊仍然是安全的，這就是它比對稱加密的好處。但是非對稱加密也是有缺點的，就是加密和解密花費的時間長，速度慢。 

但是上面的要求又是需要速度盡可能快，怎么辦呢？ 于是微軟的工程師們想出了可以通過精簡并且優(yōu)化非對稱加密機制，來達到這個要求。因為不需要跨系統(tǒng)或者跨語言什么的，所以也不需要什么協(xié)議之類的，這就給優(yōu)化帶來了更多的可能性。 

到這里，我就想，如果讓我來基于以上幾點來設(shè)計開發(fā)這樣一個系統(tǒng)，我應(yīng)該怎么樣設(shè)計？怎么樣達到要求？
 帶著這個問題，我們來進一步看看微軟是怎么樣做的吧？ 

下面是一些總結(jié)的設(shè)計原則 ： 

1、配置應(yīng)該盡量的簡單，默認(rèn)情況下應(yīng)該可以零配置，開發(fā)人員可以直接運行。 

2、提供一個簡單的API，應(yīng)該容易使用，并且不會輕易用錯。 

3、開發(fā)人員不需要專門學(xué)習(xí)怎么樣管理這些鑰（公鑰，私鑰），系統(tǒng)應(yīng)該自動的選擇算法和管理鑰的生命周期。理想情況下開發(fā)人員都不應(yīng)該訪問這些鑰的原始文件。 

4、鑰應(yīng)該是受保護的，不會被遠(yuǎn)程調(diào)用到。系統(tǒng)應(yīng)該有一個自動保護機制并且可以自動應(yīng)用。 

如果讓我設(shè)計這樣一個庫，我可能不會想到這么多，也許只會想到前3點。 

再看一下針對的受眾群體： 

1、應(yīng)用程序開發(fā)人員和框架開發(fā)人員（不需要學(xué)習(xí)任何知識）。 

2、應(yīng)用開發(fā)人員和系統(tǒng)管理員（不使用默認(rèn)配置，只是設(shè)定一些路徑等）。 

3、針對具有更高安全意識的開發(fā)人員提供可擴展api，或特定需求擴展（需要重寫系統(tǒng)的組件，有一些獨特的需求）。 

以上，可以看到微軟在開發(fā)一個組件的時候?qū)栴}的分析，也許我們可以從中學(xué)到一些東西。 

ASP.NET Core 中的數(shù)據(jù)保護 

Web應(yīng)用程序中經(jīng)常需要存儲一些敏感數(shù)據(jù)（如用戶密碼），Windows 系統(tǒng)為桌面程序提供了DPAPI用來使用，但是并不適用于 Web 系統(tǒng)。ASP.NET Core提供了一套簡單易用的API 用來保護數(shù)據(jù)。 

ASP.NET Core 中，數(shù)據(jù)保護主要是用來給服務(wù)端設(shè)計的，用來替換ASP.NET 1.x-4.x中的，machineKey主要是用來保證使用Form身份驗證時Cookie數(shù)據(jù)的加密解密，以確保不會被修改。或者ViewState數(shù)據(jù)的加密解密不被篡改，以及對session狀態(tài)標(biāo)識進行驗證。 

先看一下最簡單的使用方法：

 using System;
using Microsoft.AspNetCore.DataProtection;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;

public class Program
{
  public static void Main(string[] args)
  {
    // 添加數(shù)據(jù)保護到服務(wù)中
    var serviceCollection = new ServiceCollection();
    serviceCollection.AddDataProtection();
    var services = serviceCollection.BuildServiceProvider();

    // 從DI中創(chuàng)建一個MyClass的實例 
    var instance = ActivatorUtilities.CreateInstance<MyClass>(services);
    instance.RunSample();
  }

  public class MyClass
  {
    IDataProtector _protector;

    // 參數(shù) 'provider' 來自 DI
    public MyClass(IDataProtectionProvider provider)
    {
      _protector = provider.CreateProtector("Contoso.MyClass.v1");
    }

    public void RunSample()
    {
      Console.Write("Enter input: ");
      string input = Console.ReadLine();

      // 加密
      string protectedPayload = _protector.Protect(input);
      Console.WriteLine($"Protect returned: {protectedPayload}");

      // 解密
      string unprotectedPayload = _protector.Unprotect(protectedPayload);
      Console.WriteLine($"Unprotect returned: {unprotectedPayload}");
    }
  }
}

/*
 * 輸出：
 *
 * Enter input: Hello world!
 * Protect returned: CfDJ8ICcgQwZZhlAlTZT...OdfH66i1PnGmpCR5e441xQ
 * Unprotect returned: Hello world!
 */ 

在CreateProtector("Contoso.MyClass.v1")中，參數(shù)“Contoso.MyClass.v1”可以理解為一個公鑰，因為 ASP.NET Core Data Protection 是非對稱加密（見前面介紹），所以系統(tǒng)中應(yīng)該還有一個密鑰，那么此處的密鑰 ASP.NET Core 在系統(tǒng)內(nèi)部幫你維護了。 

讀到這里，有同學(xué)可能會問了，那系統(tǒng)中是如何幫我維護我的密鑰的呢？ 我們不妨先來做一個測試。 

首先，我在我的開發(fā)環(huán)境中，先把上面的程序中的解密部分代碼注釋掉，然后運行上面的程序，輸入一個“Hello World!” ，得到了一個加密的字符串CfDJ8ICcgQwZZhlAlTZT...OdfH66i1PnGmpCR5e441xQ(略寫)。 

然后我把同樣的程序拷貝到另外一臺開發(fā)環(huán)境的機器上，然后把上面的加密部分代碼注釋掉，使用第一步生成的CfDJ8ICcgQwZZhlAlTZT...OdfH66i1PnGmpCR5e441xQ來解密，注意這兩步中我們都使用 "Contoso.MyClass.v1" 來做為公鑰。 

運行程序，查看結(jié)果：

程序拋出了一個“System.Security.Cryptography.CryptographicException”異常的結(jié)果。 

為什么呢？ 這是因為每一臺機器都有一個自有的私鑰，由于在解密的過程中，這個私鑰是不同的，所以解密失敗，拋出了一個異常。 

私鑰 

私鑰存放在哪里呢？ 

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(dāng)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(dāng)進程關(guān)閉的時候，生成的私鑰就丟失了。 

下面是博主機器上的私鑰文件： 

一個xml配置文件，位于C:\Users\用戶名\AppData\Local\ASP.NET\DataProtection-Keys文件夾，名為：key-c37e3ed9-fbb5-47bc-9e8c-128afaf1c6d9.xml，內(nèi)容如下：

 <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<key id="c37e3ed9-fbb5-47bc-9e8c-128afaf1c6d9" version="1">
 <creationDate>2016-08-15T05:21:16.7925949Z</creationDate>
 <activationDate>2016-08-15T05:21:16.7165905Z</activationDate>
 <expirationDate>2016-11-13T05:21:16.7165905Z</expirationDate>
 <descriptor deserializerType="Microsoft.AspNetCore.DataProtection.AuthenticatedEncryption.ConfigurationModel.AuthenticatedEncryptorDescriptorDeserializer, Microsoft.AspNetCore.DataProtection, Version=1.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=adb9793829ddae60">
  <descriptor>
   <encryption algorithm="AES_256_CBC" />
   <validation algorithm="HMACSHA256" />
   <encryptedSecret decryptorType="Microsoft.AspNetCore.DataProtection.XmlEncryption.DpapiXmlDecryptor, Microsoft.AspNetCore.DataProtection, Version=1.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=adb9793829ddae60" xmlns="http://schemas.asp.net/2015/03/dataProtection">
    <encryptedKey xmlns="">
     <!-- This key is encrypted with Windows DPAPI. -->
     <value>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</value>
    </encryptedKey>
   </encryptedSecret>
  </descriptor>
 </descriptor>
</key> 

文件包含一個創(chuàng)建日期，一個過期日期。間隔為90天，當(dāng)90天之后密鑰就會失效，系統(tǒng)將自動生成一個新的密鑰并設(shè)置新的密鑰作為活動的密鑰。只要已過期的密鑰還存在于系統(tǒng)上，你仍然可以解密任何受保護的數(shù)據(jù)。 

文章不宜太長，下篇再接著寫。 

總結(jié) 

這篇文章算是對ASP.NET Core Data Protection做了一個大致的介紹，并且包含了一個簡單的使用方法。 在實際使用過程中，其實很多組件內(nèi)部都會使用到它，比如Session中間件，Identity中間件，Authercation中間件等等，對于普通開發(fā)人員在編碼的時候可能不會用到，但是在做系統(tǒng)分布式部署的時候如果你不了解這個機制可能就會遇到麻煩了（詳見蟋蟀博客的這篇文章），所以還是可以期待一下下文，更加深入的了解它，掌握它。

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

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