ASP.NET Core 中，Cookie 认证在集群环境下的应用

在 ASP.NET Core 中，Cookie 认证在集群环境下的应用通常会遇到一些挑战。主要的问题是 Cookie 存储在客户端的浏览器中，而认证信息（比如 Session 或身份令牌）通常是保存在 Cookie 中，多个应用实例需要共享这些 Cookie 信息，以便用户在集群中各个实例间无缝切换。

1. 集群环境中的 Cookie 认证问题

ASP.NET Core 使用 Cookie Authentication 来实现用户身份验证。虽然 Cookie 本身是存储在客户端的，但它是依赖于服务端来进行身份验证的。当你的应用部署在多个服务器或实例时，每个实例都需要能访问用户的 Cookie 数据，并且能够验证这些 Cookie 是否有效。

在集群环境中，你可能遇到以下问题：

• Cookie 数据不一致：不同实例之间的 Cookie 数据需要能够共享，否则用户在不同服务器上访问时可能会出现认证失败或需要重新登录的情况。

• Cookie 签名密钥不一致：不同实例的 Cookie 认证需要使用相同的签名密钥。如果签名密钥不一致，一个实例无法验证另一个实例生成的 Cookie 是否有效。

2. 解决方案：共享 Cookie 认证密钥

要在集群中使用 Cookie 认证并保证一致性，主要有两个方面需要解决：

• 确保所有实例使用相同的密钥来签署 Cookie。

• 确保集群中的每个实例能够验证 Cookie。

3. 配置 Cookie 认证共享密钥

ASP.NET Core 允许你配置应用程序以确保 Cookie 认证密钥的一致性，特别是在集群场景中。你可以使用 数据保护系统 来确保密钥在不同实例间共享，避免因密钥不一致而导致的问题。

3.1 使用共享的密钥存储（Redis、SQL Server 或共享文件系统）

为了确保所有实例使用相同的密钥，你可以将数据保护的密钥存储在 Redis、SQL Server 或共享文件系统中。这将使得所有实例能够使用相同的密钥来签署和验证 Cookie。

配置步骤：

1. 安装 Redis 支持的 NuGet 包：

dotnet add package Microsoft.AspNetCore.DataProtection.StackExchangeRedis

1. 配置数据保护存储在 Redis 中：

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{// 配置数据保护使用 Redis 存储密钥services.AddDataProtection().PersistKeysToStackExchangeRedis(ConnectionMultiplexer.Connect("localhost"), "DataProtection-Keys");// 配置 Cookie 认证services.AddAuthentication(CookieAuthenticationDefaults.AuthenticationScheme).AddCookie(options =>{options.Cookie.Name = "MyApp.Cookie"; // Cookie 名称options.Cookie.SecurePolicy = CookieSecurePolicy.Always; // 确保在 HTTPS 下发送options.LoginPath = "/Account/Login"; // 登录路径options.LogoutPath = "/Account/Logout"; // 登出路径options.AccessDeniedPath = "/Account/AccessDenied"; // 权限拒绝路径});// 其他服务配置services.AddControllersWithViews();
}

通过 AddDataProtection().PersistKeysToStackExchangeRedis，我们将数据保护的密钥存储在 Redis 中，从而确保所有实例能够访问相同的密钥。

3.2 使用 SQL Server 存储密钥

如果你希望使用 SQL Server 存储密钥，可以通过以下配置：

1. 安装 SQL Server 支持的 NuGet 包：

dotnet add package Microsoft.AspNetCore.DataProtection.SqlServer

1. 配置数据保护使用 SQL Server 存储密钥：

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{// 配置数据保护使用 SQL Server 存储密钥services.AddDataProtection().PersistKeysToSqlServer(Configuration.GetConnectionString("DefaultConnection"), "DataProtectionKeys");// 配置 Cookie 认证services.AddAuthentication(CookieAuthenticationDefaults.AuthenticationScheme).AddCookie(options =>{options.Cookie.Name = "MyApp.Cookie";options.LoginPath = "/Account/Login";options.LogoutPath = "/Account/Logout";});services.AddControllersWithViews();
}

在这个配置中，PersistKeysToSqlServer 指定了 SQL Server 的连接字符串和存储密钥的表。

3.3 使用共享文件系统存储密钥

如果你使用共享的文件系统（例如 NFS 或 SMB），可以通过以下方式配置数据保护存储在文件系统中：

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{// 配置数据保护使用共享文件系统存储密钥services.AddDataProtection().PersistKeysToFileSystem(new DirectoryInfo(@"\\SharedStorage\Keys"));// 配置 Cookie 认证services.AddAuthentication(CookieAuthenticationDefaults.AuthenticationScheme).AddCookie(options =>{options.Cookie.Name = "MyApp.Cookie";options.LoginPath = "/Account/Login";options.LogoutPath = "/Account/Logout";});services.AddControllersWithViews();
}

通过这种方式，所有实例都可以通过访问共享文件夹来读取和写入数据保护密钥。

4. 配置负载均衡和 Cookie 域

在集群场景中，除了共享密钥外，你还需要确保 Cookie 的 域 配置正确。通常，Cookie 的域需要跨越所有实例和子域，确保用户在集群中的所有实例间都能够保持登录状态。

4.1 配置 Cookie 的域

你可以在 Cookie 认证配置中指定 Cookie 的 Domain 属性，以便 Cookie 能够跨多个子域共享。

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{services.AddAuthentication(CookieAuthenticationDefaults.AuthenticationScheme).AddCookie(options =>{options.Cookie.Name = "MyApp.Cookie";options.Cookie.Domain = ".mydomain.com"; // 设置共享域options.LoginPath = "/Account/Login";options.LogoutPath = "/Account/Logout";});services.AddControllersWithViews();
}

在这个配置中，options.Cookie.Domain = ".mydomain.com" 允许所有子域共享 Cookie（如 app1.mydomain.com、app2.mydomain.com 等）。

5. 其他集群场景注意事项

除了上述配置，还需要考虑以下问题：

• 会话一致性：如果你使用 Cookie 认证，还需要确保 会话数据 在集群中的一致性。在集群中，你可以使用 Redis 来存储会话数据。

• 负载均衡器配置：确保负载均衡器支持 sticky session 或 会话粘性，即所有来自同一用户的请求被路由到同一个实例。

• 安全性：确保 Cookie 的安全配置，如 Secure（仅在 HTTPS 上发送）、HttpOnly（防止客户端脚本访问）以及 SameSite（防止跨站请求伪造）等。

6. 总结

在 ASP.NET Core 集群环境中使用 Cookie 认证时，确保密钥的共享和一致性是非常关键的。可以通过 Redis、SQL Server 或 共享文件系统 来持久化数据保护密钥，从而确保所有实例使用相同的密钥进行 Cookie 验证。同时，配置 Cookie 的 Domain 属性以便跨多个子域共享 Cookie，确保在负载均衡和集群环境中用户能够无缝地保持登录状态。