ASP.NET Cookie是怎麼生成的(推薦)
可能有人知道Cookie的生成由machineKey有關，machineKey用於決定Cookie生成的演算法和金鑰，並如果使用多臺伺服器做負載均衡時，必須指定一致的machineKey用於解密，那麼這個過程到底是怎樣的呢？
如果需要在.NET Core中使用ASP.NET Cookie，本文將提到的內容也將是一些必經之路。
抽絲剝繭，一步一步分析
首先使用者通過AccountController->Login進行登入：
//
// POST: /Account/Login
public async Task<ActionResult> Login(LoginViewModel model,string returnUrl)
{
if (!ModelState.IsValid)
{
return View(model);
}
var result = await SignInManager.PasswordSignInAsync(model.Email,model.Password,model.RememberMe,shouldLockout: false);
switch (result)
{
case SignInStatus.Success:
return RedirectToLocal(returnUrl);
// ......省略其它程式碼
}
}它呼叫了SignInManager的PasswordSignInAsync方法，該方法程式碼如下（有刪減）：
public virtual async Task<SignInStatus> PasswordSignInAsync(string userName,string password,bool isPersistent,bool shouldLockout)
{
// ...省略其它程式碼
if (await UserManager.CheckPasswordAsync(user,password).WithCurrentCulture())
{
if (!await IsTwoFactorEnabled(user))
{
await UserManager.ResetAccessFailedCountAsync(user.Id).WithCurrentCulture();
}
return await SignInOrTwoFactor(user,isPersistent).WithCurrentCulture();
}
// ...省略其它程式碼
return SignInStatus.Failure;
}想瀏覽原始程式碼，可參見官方的Github連結：
https://github.com/aspnet/AspNetIdentity/blob/master/src/Microsoft.AspNet.Identity.Owin/SignInManager.cs#L235-L276
可見它先需要驗證密碼，密碼驗證正確後，它呼叫了SignInOrTwoFactor方法，該方法程式碼如下：
private async Task<SignInStatus> SignInOrTwoFactor(TUser user,bool isPersistent)
{
var id = Convert.ToString(user.Id);
if (await IsTwoFactorEnabled(user) && !await AuthenticationManager.TwoFactorBrowserRememberedAsync(id).WithCurrentCulture())
{
var identity = new ClaimsIdentity(DefaultAuthenticationTypes.TwoFactorCookie);
identity.AddClaim(new Claim(ClaimTypes.NameIdentifier,id));
AuthenticationManager.SignIn(identity);
return SignInStatus.RequiresVerification;
}
await SignInAsync(user,isPersistent,false).WithCurrentCulture();
return SignInStatus.Success;
}該程式碼只是判斷了是否需要做雙重驗證，在需要雙重驗證的情況下，它呼叫了AuthenticationManager的SignIn方法；否則呼叫SignInAsync方法。SignInAsync的原始碼如下：
public virtual async Task SignInAsync(TUser user,bool rememberBrowser)
{
var userIdentity = await CreateUserIdentityAsync(user).WithCurrentCulture();
// Clear any partial cookies from external or two factor partial sign ins
AuthenticationManager.SignOut(DefaultAuthenticationTypes.ExternalCookie,DefaultAuthenticationTypes.TwoFactorCookie);
if (rememberBrowser)
{
var rememberBrowserIdentity = AuthenticationManager.CreateTwoFactorRememberBrowserIdentity(ConvertIdToString(user.Id));
AuthenticationManager.SignIn(new AuthenticationProperties { IsPersistent = isPersistent },userIdentity,rememberBrowserIdentity);
}
else
{
AuthenticationManager.SignIn(new AuthenticationProperties { IsPersistent = isPersistent },userIdentity);
}
}
可見，最終所有的程式碼都是呼叫了AuthenticationManager.SignIn方法，所以該方法是建立Cookie的關鍵。
AuthenticationManager的實現定義在Microsoft.Owin中，因此無法在ASP.NET Identity中找到其原始碼，因此我們開啟Microsoft.Owin的原始碼繼續跟蹤（有刪減）：
public void SignIn(AuthenticationProperties properties,params ClaimsIdentity[] identities)
{
AuthenticationResponseRevoke priorRevoke = AuthenticationResponseRevoke;
if (priorRevoke != null)
{
// ...省略不相關程式碼
AuthenticationResponseRevoke = new AuthenticationResponseRevoke(filteredSignOuts);
}
AuthenticationResponseGrant priorGrant = AuthenticationResponseGrant;
if (priorGrant == null)
{
AuthenticationResponseGrant = new AuthenticationResponseGrant(new ClaimsPrincipal(identities),properties);
}
else
{
// ...省略不相關程式碼
AuthenticationResponseGrant = new AuthenticationResponseGrant(new ClaimsPrincipal(mergedIdentities),priorGrant.Properties);
}
}
AuthenticationManager的Github連結如下：https://github.com/aspnet/AspNetKatana/blob/c33569969e79afd9fb4ec2d6bdff877e376821b2/src/Microsoft.Owin/Security/AuthenticationManager.cs
可見它用到了AuthenticationResponseGrant，繼續跟蹤可以看到它實際是一個屬性：
public AuthenticationResponseGrant AuthenticationResponseGrant
{
// 省略get
set
{
if (value == null)
{
SignInEntry = null;
}
else
{
SignInEntry = Tuple.Create((IPrincipal)value.Principal,value.Properties.Dictionary);
}
}
}
發現它其實是設定了SignInEntry，繼續追蹤：
public Tuple<IPrincipal,IDictionary<string,string>> SignInEntry
{
get { return _context.Get<Tuple<IPrincipal,string>>>(OwinConstants.Security.SignIn); }
set { _context.Set(OwinConstants.Security.SignIn,value); }
}
其中，_context的型別為IOwinContext，OwinConstants.Security.SignIn的常量值為"security.SignIn"。
跟蹤完畢……
啥？跟蹤這麼久，居然跟丟啦！？
當然沒有！但接下來就需要一定的技巧了。
原來，ASP.NET是一種中介軟體（Middleware）模型，在這個例子中，它會先處理MVC中介軟體，該中介軟體處理流程到設定AuthenticationResponseGrant/SignInEntry為止。但接下來會繼續執行CookieAuthentication中介軟體，該中介軟體的核心程式碼在aspnet/AspNetKatana倉庫中可以看到，關鍵類是CookieAuthenticationHandler，核心程式碼如下：
protected override async Task ApplyResponseGrantAsync()
{
AuthenticationResponseGrant signin = Helper.LookupSignIn(Options.AuthenticationType);
// ... 省略部分程式碼
if (shouldSignin)
{
var signInContext = new CookieResponseSignInContext(
Context,Options,Options.AuthenticationType,signin.Identity,signin.Properties,cookieOptions);
// ... 省略部分程式碼
model = new AuthenticationTicket(signInContext.Identity,signInContext.Properties);
// ... 省略部分程式碼
string cookieValue = Options.TicketDataFormat.Protect(model);
Options.CookieManager.AppendResponseCookie(
Context,Options.CookieName,cookieValue,signInContext.CookieOptions);
}
// ... 又省略部分程式碼
}
這個原始函式有超過200行程式碼，這裡我省略了較多，但保留了關鍵、核心部分，想查閱原始程式碼可以移步Github連結：https://github.com/aspnet/AspNetKatana/blob/0fc4611e8b04b73f4e6bd68263e3f90e1adfa447/src/Microsoft.Owin.Security.Cookies/CookieAuthenticationHandler.cs#L130-L313
這裡挑幾點最重要的講。
與MVC建立關係
建立關係的核心程式碼就是第一行，它從上文中提到的位置取回了AuthenticationResponseGrant，該Grant儲存了Claims、AuthenticationTicket等Cookie重要組成部分：
AuthenticationResponseGrant signin = Helper.LookupSignIn(Options.AuthenticationType);
繼續查閱LookupSignIn原始碼，可看到，它就是從上文中的AuthenticationManager中取回了AuthenticationResponseGrant（有刪減）：
public AuthenticationResponseGrant LookupSignIn(string authenticationType)
{
// ...
AuthenticationResponseGrant grant = _context.Authentication.AuthenticationResponseGrant;
// ...
foreach (var claimsIdentity in grant.Principal.Identities)
{
if (string.Equals(authenticationType,claimsIdentity.AuthenticationType,StringComparison.Ordinal))
{
return new AuthenticationResponseGrant(claimsIdentity,grant.Properties ?? new AuthenticationProperties());
}
}
return null;
}
如此一來，柳暗花明又一村，所有的線索就立即又明朗了。
Cookie的生成
從AuthenticationTicket變成Cookie位元組串，最關鍵的一步在這裡：
string cookieValue = Options.TicketDataFormat.Protect(model);
在接下來的程式碼中，只提到使用CookieManager將該Cookie位元組串新增到Http響應中，翻閱CookieManager可以看到如下程式碼：
public void AppendResponseCookie(IOwinContext context,string key,string value,CookieOptions options)
{
if (context == null)
{
throw new ArgumentNullException("context");
}
if (options == null)
{
throw new ArgumentNullException("options");
}
IHeaderDictionary responseHeaders = context.Response.Headers;
// 省去“1萬”行計算chunk和處理細節的流程
responseHeaders.AppendValues(Constants.Headers.SetCookie,chunks);
}
有興趣的朋友可以訪問Github看原始版本的程式碼：https://github.com/aspnet/AspNetKatana/blob/0fc4611e8b04b73f4e6bd68263e3f90e1adfa447/src/Microsoft.Owin/Infrastructure/ChunkingCookieManager.cs#L125-L215
可見這個實現比較……簡單，就是往Response.Headers中加了個頭，重點只要看TicketDataFormat.Protect方法即可。
逐漸明朗
該方法原始碼如下：
public string Protect(TData data)
{
byte[] userData = _serializer.Serialize(data);
byte[] protectedData = _protector.Protect(userData);
string protectedText = _encoder.Encode(protectedData);
return protectedText;
}
可見它依賴於_serializer、_protector、_encoder三個類，其中，_serializer的關鍵程式碼如下：
public virtual byte[] Serialize(AuthenticationTicket model)
{
using (var memory = new MemoryStream())
{
using (var compression = new GZipStream(memory,CompressionLevel.Optimal))
{
using (var writer = new BinaryWriter(compression))
{
Write(writer,model);
}
}
return memory.ToArray();
}
}
其本質是進行了一次二進位制序列化，並緊接著進行了gzip壓縮，確保Cookie大小不要失去控制（因為.NET的二進位制序列化結果較大，並且微軟喜歡搞xml，更大😂）。
然後來看一下_encoder原始碼：
public string Encode(byte[] data)
{
if (data == null)
{
throw new ArgumentNullException("data");
}
return Convert.ToBase64String(data).TrimEnd('=').Replace('+','-').Replace('/','_');
}
可見就是進行了一次簡單的base64-url編碼，注意該編碼把=號刪掉了，所以在base64-url解碼時，需要補=號。
這兩個都比較簡單，稍複雜的是_protector，它的型別是IDataProtector。
IDataProtector
它在CookieAuthenticationMiddleware中進行了初始化，建立程式碼和引數如下：
IDataProtector dataProtector = app.CreateDataProtector( typeof(CookieAuthenticationMiddleware).FullName,"v1");
注意它傳了三個引數，第一個引數是CookieAuthenticationMiddleware的FullName，也就是"Microsoft.Owin.Security.Cookies.CookieAuthenticationMiddleware"，第二個引數如果沒定義，預設值是CookieAuthenticationDefaults.AuthenticationType，該值為定義為"Cookies"。
但是，在預設建立的ASP.NET MVC模板專案中，該值被重新定義為ASP.NET Identity的預設值，即"ApplicationCookie"，需要注意。
然後來看看CreateDataProtector的原始碼：
public static IDataProtector CreateDataProtector(this IAppBuilder app,params string[] purposes)
{
if (app == null)
{
throw new ArgumentNullException("app");
}
IDataProtectionProvider dataProtectionProvider = GetDataProtectionProvider(app);
if (dataProtectionProvider == null)
{
dataProtectionProvider = FallbackDataProtectionProvider(app);
}
return dataProtectionProvider.Create(purposes);
}
public static IDataProtectionProvider GetDataProtectionProvider(this IAppBuilder app)
{
if (app == null)
{
throw new ArgumentNullException("app");
}
object value;
if (app.Properties.TryGetValue("security.DataProtectionProvider",out value))
{
var del = value as DataProtectionProviderDelegate;
if (del != null)
{
return new CallDataProtectionProvider(del);
}
}
return null;
}
可見它先從IAppBuilder的"security.DataProtectionProvider"屬性中取一個IDataProtectionProvider，否則使用DpapiDataProtectionProvider。
我們翻閱程式碼，在OwinAppContext中可以看到，該值被指定為MachineKeyDataProtectionProvider：
builder.Properties[Constants.SecurityDataProtectionProvider] = new MachineKeyDataProtectionProvider().ToOwinFunction();
文中的Constants.SecurityDataProtectionProvider，剛好就被定義為"security.DataProtectionProvider"。
我們翻閱MachineKeyDataProtector的原始碼，剛好看到它依賴於MachineKey：
internal class MachineKeyDataProtector
{
private readonly string[] _purposes;
public MachineKeyDataProtector(params string[] purposes)
{
_purposes = purposes;
}
public virtual byte[] Protect(byte[] userData)
{
return MachineKey.Protect(userData,_purposes);
}
public virtual byte[] Unprotect(byte[] protectedData)
{
return MachineKey.Unprotect(protectedData,_purposes);
}
}
最終到了我們的老朋友MachineKey。
逆推過程，破解Cookie
首先總結一下這個過程，對一個請求在Mvc中的流程來說，這些程式碼集中在ASP.NET Identity中，它會經過：
- AccountController
- SignInManager
- AuthenticationManager
設定AuthenticatinResponseGrant
然後進入CookieAuthentication的流程，這些程式碼集中在Owin中，它會經過：
CookieAuthenticationMiddleware（讀取AuthenticationResponseGrant）
ISecureDataFormat（實現類：SecureDataFormat<T>）
IDataSerializer（實現類：TicketSerializer）
IDataProtector（實現類：MachineKeyDataProtector）
ITextEncoder（實現類：Base64UrlTextEncoder）
這些過程，結果上文中找到的所有引數的值，我總結出的“祖傳破解程式碼”如下：
string cookie = "nZBqV1M-Az7yJezhb6dUzS_urj1urB0GDufSvDJSa0pv27CnDsLHRzMDdpU039j6ApL-VNfrJULfE85yU9RFzGV_aAGXHVkGckYqkCRJUKWV8SqPEjNJ5ciVzW--uxsCBNlG9jOhJI1FJIByRzYJvidjTYABWFQnSSd7XpQRjY4lb082nDZ5lwJVK3gaC_zt6H5Z1k0lUFZRb6afF52laMc___7BdZ0mZSA2kRxTk1QY8h2gQh07HqlR_p0uwTFNKi0vW9NxkplbB8zfKbfzDj7usep3zAeDEnwofyJERtboXgV9gIS21fLjc58O-4rR362IcCi2pYjaKHwZoO4LKWe1bS4r1tyzW0Ms-39Njtiyp7lRTN4HUHMUi9PxacRNgVzkfK3msTA6LkCJA3VwRm_UUeC448Lx5pkcCPCB3lGat_5ttGRjKD_lllI-YE4esXHB5eJilJDIZlEcHLv9jYhTl17H0Jl_H3FqXyPQJR-ylQfh"; var bytes = TextEncodings.Base64Url.Decode(cookie); var decrypted = MachineKey.Unprotect(bytes,"Microsoft.Owin.Security.Cookies.CookieAuthenticationMiddleware","ApplicationCookie","v1"); var serializer = new TicketSerializer(); var ticket = serializer.Deserialize(decrypted); ticket.Dump(); // Dump為LINQPad專有函式，用於方便除錯顯示，此處可以用迴圈輸出代替
執行前請設定好app.config/web.config中的machineKey節點，並安裝NuGet包：Microsoft.Owin.Security，執行結果如下（完美破解）：
總結
學習方式有很多種，其中看程式碼是我個人非常喜歡的一種方式，並非所有程式碼都會一馬平川。像這個例子可能還需要有一定ASP.NET知識背景。
注意這個“祖傳程式碼”是基於.NET Framework，由於其用到了MachineKey，因此無法在.NET Core中執行。我稍後將繼續深入聊聊MachineKey這個類，看它底層程式碼是如何工作的，然後最終得以在.NET Core中直接破解ASP.NET Identity中的Cookie，敬請期待！
以上所述是小編給大家介紹的ASP.NET Cookie是怎麼生成的，希望對大家有所幫助！