Web API应用架构设计分析（2）

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在上篇随笔《Web API应用架构设计分析（1）》，我对Web API的各种应用架构进行了概括性的分析和设计，Web API 是一种应用接口框架，它能够构建HTTP服务以支撑更广泛的客户端（包括浏览器，手机和平板电脑等移动设备）的框架，本篇继续这个主题，介绍如何利用ASP.NET Web API 来设计Web API层以及相关的调用处理。

1、Web API的接口访问分类

Web API接口的访问方式，大概可以分为几类：
1）一个是使用用户令牌，通过Web API接口进行数据访问。这种方式，可以有效识别用户的身份，为用户接口返回用户相关的数据，如包括用户信息维护、密码修改、或者用户联系人等与用户身份相关的数据。
2）一种是使用安全签名进行数据提交。这种方式提交的数据，URL连接的签名参数是经过安全一定规则的加密的，服务器收到数据后也经过同样规则的安全加密，确认数据没有被中途篡改后，再进行数据修改处理。因此我们可以为不同接入方式，如Web/APP/Winfrom等不同接入方式指定不同的加密秘钥，但是秘钥是双方约定的，并不在网络连接上传输，连接传输的一般是这个接入的AppID，服务器通过这个AppID来进行签名参数的加密对比，这种方式，类似微信后台的回调处理机制，它们就是经过这样的处理。
3）一种方式是提供公开的接口调用，不需要传入用户令牌、或者对参数进行加密签名的，这种接口一般较少，只是提供一些很常规的数据显示而已。
下面图示就是这几种接入方式的说明和大概应用场景。

2、Web API使用安全签名的实现

首先我们为用户注册的时候，需要由我们认可的终端发起，也就是它们需要进行安全签名，后台确认签名有效性，才能正常实现用户注册，否则遭到伪造数据，系统就失去原有的意义了。

/// <summary>
/// 注册用户信息接口
/// </summary>
public interface IUserApi
{
    /// <summary>
    /// 注册用户处理，包括用户名，密码，身份证号，手机等信息
    /// </summary>
    /// <param name="json">注册用户信息</param>
    /// <param name="signature">加密签名字符串</param>
    /// <param name="timestamp">时间戳</param>
    /// <param name="nonce">随机数</param>
    /// <param name="appid">应用接入ID</param>
    /// <returns></returns>
    ResultData Add(UserJson json,
        string signature, string timestamp, string nonce, string appid);
}

其实我们获得用户的令牌，也是需要进行用户安全签名认证的，这样我们才有效保证用户身份令牌获取的合法性。

/// <summary>
/// 系统认证等基础接口
/// </summary>
public interface IAuthApi
{
    /// <summary>
    /// 注册用户获取访问令牌接口
    /// </summary>
    /// <param name="username">用户登录名称</param>
    /// <param name="password">用户密码</param>
    /// <param name="signature">加密签名字符串</param>
    /// <param name="timestamp">时间戳</param>
    /// <param name="nonce">随机数</param>
    /// <param name="appid">应用接入ID</param>
    /// <returns></returns>
    TokenResult GetAccessToken(string username, string password,
        string signature, string timestamp, string nonce, string appid);
}

上面介绍到的参数，我们提及了几个参数，一个是加密签名字符串，一个是时间戳，一个是随机数，一个是应用接入ID，我们一般的处理规则如下所示。

1）Web API 为各种应用接入，如APP、Web、Winform等接入端分配应用AppID以及通信密钥AppSecret，双方各自存储。
2）接入端在请求Web API接口时需携带以下参数：signature、 timestamp、nonce、appid，签名是根据几个参数和加密秘钥生成。
3） Web API 收到接口调用请求时需先检查传递的签名是否合法，验证后才调用相关接口。

加密签名在服务端（Web API端）的验证流程参考微信的接口的处理方式，处理逻辑如下所示。

1）检查timestamp 与系统时间是否相差在合理时间内，如10分钟。
2）将appSecret、timestamp、nonce三个参数进行字典序排序
3）将三个参数字符串拼接成一个字符串进行SHA1加密
4）加密后的字符串可与signature对比，若匹配则标识该次请求来源于某应用端，请求是合法的。

C#端代码校验如下所示。

/// <summary>
/// 检查应用接入的数据完整性
/// </summary>
/// <param name="signature">加密签名内容</param>
/// <param name="timestamp">时间戳</param>
/// <param name="nonce">随机字符串</param>
/// <param name="appid">应用接入Id</param>
/// <returns></returns>
public CheckResult ValidateSignature(string signature, string timestamp, string nonce, string appid)
{
    CheckResult result = new CheckResult();
    result.errmsg = "数据完整性检查不通过";

    //根据Appid获取接入渠道的详细信息
    AppInfo channelInfo = BLLFactory<App>.Instance.FindByAppId(appid);
    if (channelInfo != null)
    {
        #region 校验签名参数的来源是否正确
        string[] ArrTmp = { channelInfo.AppSecret, timestamp, nonce };

        Array.Sort(ArrTmp);
        string tmpStr = string.Join("", ArrTmp);

        tmpStr = FormsAuthentication.HashPasswordForStoringInConfigFile(tmpStr, "SHA1");
        tmpStr = tmpStr.ToLower();

        if (tmpStr == signature && ValidateUtil.IsNumber(timestamp))
        {
            DateTime dtTime = timestamp.ToInt32().IntToDateTime();
            double minutes = DateTime.Now.Subtract(dtTime).TotalMinutes;
            if (minutes > timspanExpiredMinutes)
            {
                result.errmsg = "签名时间戳失效";
            }
            else
            {
                result.errmsg = "";
                result.success = true;
                result.channel = channelInfo.Channel;
            }
        }
        #endregion
    }
    return result;
}

一旦我们完成对安全签名进行成功认证，也就是我们对数据提交的来源和完整性进行了确认，就可以进行更多和安全性相关的操作了，如获取用户的访问令牌信息的操作如下所示。
第一步是验证用户的签名是否符合要求，符合要求后进行用户信息的比对，并生成用户访问令牌数据JSON，返回给调用端即可。

3、Web API使用安全令牌的实现

通过上面的接口，我们获取到的用户访问令牌，以后和用户相关的信息调用，我们就可以通过这个令牌参数进行传递就可以了，这个令牌带有用户的一些基础信息，如用户ID，过期时间等等，这个Token的设计思路来源于JSON Web Token (JWT)，具体可以参考http://self-issued.info/docs/draft-ietf-oauth-json-web-token.html，以及GitHub上的项目https://github.com/jwt-dotnet/jwt。
由于Web API的调用，都是一种无状态方式的调用方式，我们通过token来传递我们的用户信息，这样我们只需要验证Token就可以了。
JWT的令牌生成逻辑如下所示

令牌生成后，我们需要在Web API调用处理前，对令牌进行校验，确保令牌是正确有效的。
检查的代码，就是把令牌生成的过程逆反过来，获取相应的信息，并且对令牌签发的时间进行有效性判断，一般可以约定一个失效时间，如1天或者7天，也不用设置太短。

/// <summary>
/// 检查用户的Token有效性
/// </summary>
/// <param name="token"></param>
/// <returns></returns>
public CheckResult ValidateToken(string token)
{
    //返回的结果对象
    CheckResult result = new CheckResult();
    result.errmsg = "令牌检查不通过";

    if (!string.IsNullOrEmpty(token))
    {
        try
        {
            string decodedJwt = JsonWebToken.Decode(token, sharedKey);
            if (!string.IsNullOrEmpty(decodedJwt))
            {
                #region 检查令牌对象内容
                dynamic root = JObject.Parse(decodedJwt);
                string username = root.name;
                string userid = root.iss;
                int jwtcreated = (int)root.iat;

                //检查令牌的有效期，7天内有效
                TimeSpan t = (DateTime.UtcNow - new DateTime(1970, 1, 1));
                int timestamp = (int)t.TotalDays;
                if (timestamp - jwtcreated > expiredDays)
                {
                    throw new ArgumentException("用户令牌失效.");
                }

                //成功校验
                result.success = true;
                result.errmsg = "";
                result.userid = userid;
                #endregion
            }
        }
        catch (Exception ex)
        {
            LogTextHelper.Error(ex);
        }
    }
    return result;
}

一般来说，访问令牌不能永久有效，对于访问令牌的重新更新问题，可以设置一个规则，只允许最新的令牌使用，并把它存储在接口缓存里面进行对比，应用系统退出的时候，就把内存里面的Token移除就可以了。

4、ASP.NET Web API的开发

上面我们定义了一般的Web API接口，以及实现相应的业务实现，如果我们需要创建Web API层，还需要构建一个Web API项目的。

创建好相应的项目后，可以为项目添加一个Web API基类，方便控制共同的接口。

然后我们就可以在Controller目录上创建更多的应用API控制器了。

最后我们为了统一所有的API接口都是返回JSON方式，我们需要对WebApiConfig里面的代码进行设置下。

public static class WebApiConfig
{
    public static void Register(HttpConfiguration config)
    {
        // Web API 配置和服务
        config.SetCorsPolicyProviderFactory(new CorsPolicyFactory());
        config.EnableCors();

        // Web API 路由
        config.MapHttpAttributeRoutes();

        config.Routes.MapHttpRoute(
            name: "DefaultApi",
            routeTemplate: "api/{controller}/{action}/{id}",
            defaults: new { action = "post", id = RouteParameter.Optional }
        );

        // Remove the JSON formatter
        //config.Formatters.Remove(config.Formatters.JsonFormatter);

        // Remove the XML formatter
        config.Formatters.Remove(config.Formatters.XmlFormatter);
    }
}

5、Web API 接口的测试

接下来我们要做的就是需要增加业务接口，以便进行具体的测试了，建议使用Winform项目，对每个接口进行一个测试，或者也可以考虑使用单元测试的方式，看个人喜好吧。

例如我们如果要测试用户登陆的接口的话，我们的测试代码如下所示。

/// <summary>
/// 生成签名字符串
/// </summary>
/// <param name="appSecret">接入秘钥</param>
/// <param name="timestamp">时间戳</param>
/// <param name="nonce">随机数</param>
private string SignatureString(string appSecret, string timestamp, string nonce)
{
    string[] ArrTmp = { appSecret, timestamp, nonce };

    Array.Sort(ArrTmp);
    string tmpStr = string.Join("", ArrTmp);

    tmpStr = FormsAuthentication.HashPasswordForStoringInConfigFile(tmpStr, "SHA1");
    return tmpStr.ToLower();
}

private TokenResult GetTokenResult()
{
    string timestamp = DateTime.Now.DateTimeToInt().ToString();
    string nonce = new Random().NextDouble().ToString();
    string signature = SignatureString(appSecret, timestamp, nonce);

    string appended = string.Format("&signature={0}&timestamp={1}&nonce={2}&appid={3}", signature, timestamp, nonce, appId);
    string queryUrl = url + "Auth/GetAccessToken?username=test&password=123456" + appended;

    HttpHelper helper = new HttpHelper();
    string token = helper.GetHtml(queryUrl);
    Console.WriteLine(token);
    TokenResult tokenResult = JsonConvert.DeserializeObject<TokenResult>(token);
    return tokenResult;
}

如果我们已经获得了令牌，我们根据令牌传递参数给连接，并获取其他数据的测试处理代码如下所示。

//获取访问令牌
TokenResult tokenResult = GetTokenResult();

string queryUrl = url + "/Contact/get?token=" + tokenResult.access_token;
HttpHelper helper = new HttpHelper();
string result = helper.GetHtml(queryUrl);
Console.WriteLine(result);

如果需要POST数据的话，那么调用代码如下所示。

//使用POST方式
var data = new
{
    name = "张三",
    certno = "123456789",
};
var postData = data.ToJson();

queryUrl = url + "/Contact/Add?token=" + tokenResult.access_token;
helper = new HttpHelper();
helper.ContentType = "application/json";
result = helper.GetHtml(queryUrl, postData, true);
Console.WriteLine(result);

Web API后台，会自动把POST的JSON数据转换为对应的对象的。
如果是GET方式，我们可能可以直接通过浏览器进行调试，如果是POST方式，我们需要使用一些协助工具，如Fiddler等处理工具，但是最好的方式是自己根据需要弄一个测试工具，方便测试。
以下就是我为了自己Web API 接口开发的需要，专门弄的一个调试工具，可以自动组装相关的参数，包括使用安全签名的参数，还可以把所有参数数据进行存储。