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ASP.NET と HttpClient

by WebSurfer 8. November 2020 14:52

ASP.NET Core 3.1 MVC アプリから HttpClient を利用して他のサイトの ASP.NET Web API にアクセスして情報を取得する方法を書きます。

ASP.NET と HttpClient

HttpClient のインスタンスを生成すると、そのたびにソケットも生成されます。しかし、HttpClient のインスタンスを Dispose してもソケットはクローズされないので(下記注参照)、何度も繰り返すとソケットの枯渇につながるという問題があり、それを避けるため、HttpClient のインスタンスはシングルトンにしてアプリで使いまわすということを行うそうです。ただし、そうすると DNS の変更が反映されないという別の問題があるそうですが。

注: Microsoft のドキュメント「ASP.NET Core パフォーマンスのベストプラクティス」によると "Closed HttpClient instances leave sockets open in the TIME_WAIT state for a short period of time" とのことです。別の記事「開発者を苦しめる.NETのHttpClientのバグと紛らわしいドキュメント」にはデフォルトは 4 分と書いてあります。

.NET Framework 版の ASP.NET Web アプリでの対処方法は Microsoft のドキュメント「Improper Instantiation antipattern」の How to fix the problem というセクションに書かれているのを見つけました。

そのドキュメントには、コントローラーに、

private static readonly HttpClient httpClient;

という static フィールドを設けて、コントローラーのコンストラクタで、

httpClient = new HttpClient();

とすると書いてあります。しかし、コントローラーのコンストラクタはクライアントから要求を受けるたびに呼び出されるので、要求を受けるたびに HttpClient のインスタンスを新たに作るということになってしまうと思うのですが・・・ 無知な自分には何故それが問題ないのか理解し難いです。

でも、まぁ、Microsoft のドキュメントですし、検証したようですし、.NET Framework 版の ASP.NET アプリでは他に適当な手はなさそうですし、もし問題が起きたら Microsoft のせいにできるので(笑)、その方法を使ってみるのが良いかもしれません。

しかし、Core 2.1 以降の ASP.NET Web アプリでは話が違ってくるようで、Microsoft の以下のドキュメントに書いてある IHttpClientFactory を利用する手段があるそうです。

詳しい仕組みの理解はちょっと置いといて、要するに上の一番目の記事の IHttpClientFactory の代替手段のセクションに書いてある以下の点を信じればよさそうです。(翻訳がイマイチなので英語版)

Using IHttpClientFactory in a DI-enabled app avoids:

  • Resource exhaustion problems by pooling HttpMessageHandler instances.
  • Stale DNS problems by cycling HttpMessageHandler instances at regular intervals.

上の 2 つの問題の前者は HttpClient のインスタンスの生成・廃棄を繰り返すことによるソケットの枯渇、後者はそれに対処するためシングルトンにして長期に使いまわすと DNS の変更が反映されないことを言っており、Core に備わっている DI 機能を使って IHttpClientFactory オブジェクトを注入する方法でそれらの問題を回避できるということのようです。

というわけで、詳しい仕組みは理解できてませんが、とりあえず上の一番目の記事の「基本的な使用方法」のセクションに従って実装してみました。

Startup.cs

namespace MvcCoreApp
{
    public class Startup
    {        
        // ・・・中略・・・

        public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            // 以下を追加。これにより IHttpClientFactory を DI できる
            services.AddHttpClient();

        // ・・・中略・・・
}

Controller / Action Method

using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using System.Net.Http;
using System.IO;
using System.Text.Json;
using System.Text.Encodings.Web;
using System.Text.Unicode;

namespace MvcCoreApp.Controllers
{
    public class IHttpClientFactoryController : Controller
    {
        private readonly IHttpClientFactory _clientFactory;

        public IHttpClientFactoryController(
                              IHttpClientFactory clientFactory)
        {
            _clientFactory = clientFactory;
        }

        public async Task<IActionResult> Index()
        {
            var request = new HttpRequestMessage(HttpMethod.Get, 
                                    "https://localhost:44365/values");
            HttpClient client = _clientFactory.CreateClient();
            HttpResponseMessage response = await client.SendAsync(request);
            List<Hero> list = null;

            if (response.IsSuccessStatusCode)
            {
                using (Stream responseStream = 
                              await response.Content.ReadAsStreamAsync())
                {
                    list = await System.Text.Json.JsonSerializer.
                           DeserializeAsync<List<Hero>>(responseStream);
                }
            }

            // JSON 文字列のエスケープ回避&インデント設定
            return Json(list, new JsonSerializerOptions
            {
                Encoder = JavaScriptEncoder.Create(UnicodeRanges.All),
                WriteIndented = true,
            });
        }
    }

    public class Hero
    {
        public int id { get; set; }
        public string name { get; set; }
    }
}

上のコントローラーの Index アクションメソッドを呼び出した結果がこの記事の上の方にある画像です。一応動くということを確認しただけで、ソケットの枯渇とか DNS の変更に対応できているかは分かりませんが。(汗)

最後に、本題とは全く関係ないことですが、忘れないように書いておきます。それは ASP.NET Core 3.1 Web API が返す JSON 文字列のキーの最初の文字が小文字になってしまうことです。上の Hero クラスのプロパティの最初の文字を小文字にしておかないとデシリアライズに失敗します。それに気が付かず半日以上ハマってしまいました。

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CORE

ASP.NET Core Identity タイムアウト判定

by WebSurfer 31. October 2020 18:18

先の記事「ASP.NET Identity タイムアウト判定」の Core 3.1 版です。(先の記事は .NET Framework 版です。Core 版とはかなりの部分で異なります)

有効期限切れの通��

ASP.NET Identity の認証システムは、基本的に旧来のフォーム認証と同様で、ログイン後はクッキーに認証チケットを入れて要求毎にサーバーに送信するので認証状態が維持されるという仕組みになっています。

一旦認証を受けたユーザーがログオフせずブラウザを立ち上げたままタイムアウトとなって、再度どこかのページを要求したとすると、要求したページが匿名アクセスを許可してなければ、ログインページにリダイレクトされます。

その時、認証チケットが期限切れになった(認証されているか否かではありません)というのを、どのようすれば判定できるかということを書きます。

Web サーバー側では以下の条件で判定できるはずです。

  • 要求 HTTP ヘッダーに認証クッキーが含まれる。
  • 認証クッキーの中の認証チケットが期限切れ。

Web サーバーが認証クッキーを取得できれば、それを復号して認証チケットを取得し、チケットの中の有効期限の日時の情報を取得できます。それで上記の 2 つの条件を確認できます。

認証クッキーを復号する方法ですが、旧来のフォーム認証の場合とはもちろん、.NET Framework 版の ASP.NET Identity の場合ともかなり異なっています。

そのあたりはググって調べた stackoverflow の記事 How to decrypt .AspNetCore.Identity.Application cookie in ASP.NET Core 3.0?How to manually decrypt an ASP.NET Core Authentication cookie? の回答を参考にさせていただきました。

それを先の記事と同様に HTTP モジュールとして実装してみようと思いましたが、Core には HTTP モジュールも HTTP ハンドラも web.config もないとのこと。

.NET Framework の ASP.NET の HTTP モジュールに代わるものが ASP.NET Core ではミドルウエアになるらしいです。なので、以下の Microsoft のドキュメントを参考に、ミドルウェアを作ってみました。

以下がそのミドルウェアのコードです。上の画像がこのミドルウェアにより認証チケットの期限切れをチェックして Login 画面上でユーザーに通知したものです。

ただし、ユーザーへの通知を下のコードの最後の方にあるように HttpResponse.WriteAsync を使って書き込んだ場合、見かけは上の画像のようになりますが、実は <html></html> タグの外(この例では最後)に書き込まれています。また、上の記事「ASP.NET Core のミドルウェア」の警告に書いてありますが、next.Invoke の前後で応答本文に書き込むというのはそもそもやってはいけないことのようです。

今回はミドルウェアに実装してしまいましたが、ユーザーへの通知を行うならミドルウェアでなく Login ページに下のコードを実装して期限切れを判定し、所定の位置に書き込むようにする方がよさそうです。

using System;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Http;
using Microsoft.AspNetCore.Authentication.Cookies;
using Microsoft.Extensions.Options;
using Microsoft.AspNetCore.DataProtection;
using Microsoft.AspNetCore.Authentication;
using System.Security.Claims;
using System.Security.Principal;

namespace MvcCoreApp.Middleware
{
    public class AuthExpireCheckMiddleware
    {
        private readonly RequestDelegate _next;
        private readonly CookieAuthenticationOptions _options;

        // コンストラクタの引数を以下のように設定しておくことにより
        // CookieAuthenticationOptions を DI 機能により取得できる
        public AuthExpireCheckMiddleware(
            RequestDelegate next,
            IOptions<CookieAuthenticationOptions> options)
        {
            _next = next;
            _options = options.Value;
        }

        public async Task InvokeAsync(HttpContext context)
        {
            // ここでの処理は必要ないので即後続のミドルウェアに処理を渡す。
            // 応答がクライアントに送信された後に _next.Invoke を呼び出すと
            // 例外がスローされるそうなので注意(ここで Response.WriteAsync
            // は書けない)

            await _next.Invoke(context);

            // 認証チケットの期限が切れた後、認証が必要なページにアクセス
            // して Login ページにリダイレクトされた時のみ対応。
            // "/Identity/Account/Login" は Visual Studio のテンプレートで
            // プロジェクトを作った際のデフォルト。必要あれば変更可
            if (context.Request.Path.ToString().
                                     Contains("/Identity/Account/Login"))
            {
                // 認証クッキーが送られてくる時のみ対応。クッキー名
                // .AspNetCore.Identity.Application はデフォルト。
                // 必要あれば変更可
                string cookie 
                    = context.Request.Cookies[".AspNetCore.Identity.Application"];
                if (!string.IsNullOrEmpty(cookie))
                {
                    IDataProtectionProvider provider = 
                        _options.DataProtectionProvider;
                    IDataProtector protector = provider.CreateProtector(
                        "Microsoft.AspNetCore.Authentication.Cookies." +
                        "CookieAuthenticationMiddleware",
                        "Identity.Application",
                        "v2");

                    // 認証クッキーから暗号化された認証チケットを復号
                    TicketDataFormat format = new TicketDataFormat(protector);
                    AuthenticationTicket authTicket = format.Unprotect(cookie);

                    // ユーザー名を取得
                    ClaimsPrincipal principal = authTicket.Principal;
                    IIdentity identity = principal.Identity;
                    string userName = identity.Name;

                    // 認証チケットの有効期限の日時を取得
                    AuthenticationProperties property = authTicket.Properties;
                    DateTimeOffset? expiersUrc = property.ExpiresUtc;

                    // ExpiresUtc と現在の時刻を比較して期限切れか否かを判定
                    if (expiersUrc.Value < DateTimeOffset.UtcNow)
                    {    
                        // ユーザーに通知
                        // 以下のコードでは <html></html> 外に書き込まれるので注意
                        await context.Response.WriteAsync("<h3><font color=red>" +
                            userName +
                            " さん、認証チケットの有効期限が切れています" +
                            "</font></h3>");
                    }
                }
            }
        }
    }
}

注1

上のコードのように DI 機能により CookieAuthenticationOptions オブジェクトを取得できます。それをベースに復号に必要な TicketDataFormat オブジェクトを取得し、認証クッキーから認証チケットを復号しています。

Visual Studio のテンプレートを使って「個別のユーザーアカウント」を認証に選んで作成したプロジェクトでは以下のコードが Startup.cs 含まれています。その場合、コンストラクタの引数に IOptions<CookieAuthenticationOptions> options を含めるだけで DI 機能が働きます。コントローラーのコンストラクタでも同じです。

services.AddDefaultIdentity<IdentityUser>(options => 
    options.SignIn.RequireConfirmedAccount = true)
    .AddEntityFrameworkStores<ApplicationDbContext>();

上の設定が Startup.cs に含まれない場合、上に紹介した stackoverflow の記事 How to decrypt .AspNetCore.Identity.Application cookie in ASP.NET Core 3.0? にあるようなサービスの登録が必要です、

注2

IDataProtectionProvider.CreateProtector の引数ですが、これは .NET Framework の MachineKey.Protect / MachineKey.Unprotect の第 2 引数と同様に暗号化テキストを特定の目的にロックするためのもののようです。

上の紹介した stackoverflow の記事に少し記述があります。Microsoft のドキュメントでは「ASP.NET アプリ間での認証の共有」に記載があるのを見つけました。

注3

上に書いたミドルウェアが動くようにするには、Startup.cs の Configure メソッドでの登録が必要です。その具体例は以下の通りです。場所は既存の app.UseEndpoints の直前で良いです。

public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
{

    // ・・・中略・・・

    // これを追記
    app.UseMiddleware<MvcCoreApp.Middleware.AuthExpireCheckMiddleware>();

    app.UseEndpoints(endpoints =>
    {
        endpoints.MapControllerRoute(
            name: "default",
            pattern: "{controller=Home}/{action=Index}/{id?}");

        endpoints.MapRazorPages();
    });
}

注4

上にも書きましたが、next.Invoke の前後で応答本文に書き込むというのはそもそもやってはいけないことのようですし(特に next.Invoke の前はエラーになるとのこと)、 <html></html> タグの外に書き込まれてしまうので、ユーザーへの通知を行うならミドルウェアではなく Login ページ内で行うべきと思います。

認証に「個別のユーザーアカウント」を選んでプロジェクトを作成すると Login, Register 他の認証関係の機能は Razor Class Library (RCL) として提供され、ソースコードはプロジェクトには含まれないというところが問題ですが、スキャフォールディング機能を利用して Login ページをオーバーライドすることで対応できそうです。

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Authentication

ASP.NET Identity タイムアウト判定

by WebSurfer 23. October 2020 18:22

先の記事「Forms 認証のタイムアウト判定」の ASP.NET Identity 版です。(Core ではなく .NET Framework 用の ASP.NET Identity です。Core 3.1 版は別の記事「ASP.NET Core Identity タイムアウト判定」に書きました)

有効期限切れの通知

Visual Studio 2019 などのテンプレートを使って ASP.NET Web アプリのプロジェクトを作る際、認証を「個別のユーザーアカウント」に設定すると ASP.NET Identity を利用したユーザー認証が実装されます。

基本的には旧来のフォーム認証と同様で、ログイン後はクッキーに認証チケットを入れて要求毎にサーバーに送信するので認証状態が継続されるという仕組みになっています。

そこで、一旦認証を受けたユーザーがログオフせずブラウザを立ち上げたまま長時間席を外すなどして、タイムアウトに設定した時間を超えてアクセスしなかった場合を考えてください。

ユーザーが席に戻ってきて再度アクセスした場合、アクセスしたページが匿名アクセスを許可してなければ、ログインページにリダイレクトされます。

その際、ユーザーに認証チケットが期限切れとなっていることを知らせるためにどのようなことができるかということを書きます。

User.Identity.IsAuthenticated ではダメです。認証されているか否かは判定できますが、認証チケットが期限切れになったのか、それとも最初からログインしてなかったのかはわかりませんから。

一旦認証を受けたが、認証チケットが期限切れになっているというのは、Web サーバー側では以下の条件で判定できるはずです。

  • 要求 HTTP ヘッダーに認証クッキーが含まれる。
  • 認証クッキーの中の認証チケットが期限切れ。

認証クッキーと認証チケットは違うことに注意してください。クッキーはチケットの入れ物に過ぎません。認証チケットの有効期限は認証クッキーの Value の中に入っている情報の一つです。HttpCookie.Expires ではありません。

一般的に、一旦認証クッキーの発行を受ければ、ブラウザを閉じない限り次の要求の時にブラウザはサーバーにクッキーを送ります。(注:認証クッキーを「永続化」している場合は話が違ってきます。詳しくは別の記事「Froms 認証クッキーの永続化」を見てください)

Web サーバーが認証クッキーを取得できれば、その Value を復号して認証チケットを取得し、期限切れか否かの情報を取得できます。それで上記の 2 つの条件を確認できます。

しかし、認証クッキーを復号する方法が旧来のフォーム認証の場合とは全く異なっているのが問題でした。そこは、ググって調べた記事 ASP.NET Identity 2.0 decrypt Owin cookieReading Katana Cookie Authentication Middleware’s Cookie from FormsAuthenticationModule を参考にさせていただきました。

記事のコードでは MemoryStream などを使って ClaimsIdentity などを取得していますが、前者の記事のコメント欄に書いてあるように TicketSerializer クラスの Deserialize メソッドを使って AuthenticationTicket オブジェクトを取得し、それから必要な情報を得る方が良さそうです。

と言うより、認証チケットが有効期限切れかどうかは、AuthenticationTicket.Properties で取得できる AuthenticationProperties の ExpiresUtc プロパティをチェックしないと分からないので、そうせざるを得ないようです。

コードは以下のように HTTP モジュールとして実装してみました。上の画像がこのモジュールにより認証チケットの期限切れをチェックして Login 画面上でユーザーに通知したものです。

ただし、ユーザーへの通知を下のコードの最後の方にあるように Response.Write を使って書き込んだ場合、見かけは上の画像のようになりますが、実は <html></html> タグの外(この例では先頭)に書き込まれています。

なので、ユーザーへの通知が必要なら、HTTP モジュールで通知を行うのではなく、Login ページに下のようなコードを含めて判定し、ページの所定の位置に書き込むようにする方がよさそうです。

using System;
using System.Linq;
using System.Web;
using System.Security.Claims;
using Microsoft.Owin.Security;
using Microsoft.Owin.Security.DataHandler.Serializer;

namespace Mvc5ProfileInfo.Modules
{
    public class MyHttpModule : IHttpModule
    {
        // IHttpModule に Dispose メソッドが含まれるので定義が必要
        public void Dispose()
        {
            
        }

        public void Init(HttpApplication context)
        {
            context.AuthenticateRequest += Context_AuthenticateRequest;
        }

        private void Context_AuthenticateRequest(object sender, EventArgs e)
        {
            HttpRequest request = HttpContext.Current.Request;

            // 認証チケットの期限が切れた後、認証が必要なページにアクセス
            // して Login ページにリダイレクトされた時のみ対応します。
            // "/Account/Login" は実際に合わせて適宜変更してください
            if (request.CurrentExecutionFilePath != "/Account/Login")
            {
                return;
            }

            // 認証クッキーが送られてくる時のみ対応します。クッキー名の
            // .AspNet.ApplicationCookie はデフォルト。必要あれば変更
            HttpCookie cookie = request.Cookies.Get(".AspNet.ApplicationCookie");
            if (cookie == null) 
            { 
                return; 
            }

            // (注1)・・・下の注記参照
            string ticket = cookie.Value;
            ticket = ticket.Replace('-', '+').Replace('_', '/');

            int padding = 3 - ((ticket.Length + 3) % 4);
            if (padding != 0)
            {
                ticket = ticket + new string('=', padding);
            }

            byte[] bytes = Convert.FromBase64String(ticket);

            // (注2)・・・下の注記参照
            bytes = System.Web.Security.MachineKey.Unprotect(bytes,
                "Microsoft.Owin.Security.Cookies.CookieAuthenticationMiddleware",
                "ApplicationCookie", "v1");

            TicketSerializer serializer = new TicketSerializer();
            AuthenticationTicket authTicket = serializer.Deserialize(bytes);

            // 以下いろいろ書いてあるが必要なのは AuthenticationProperties
            // オブジェクトの ExpiresUtc プロパティで取得できる有効期限。
            // 他はその他にもいろいろ情報が取得できることを示したのみ
            ClaimsIdentity identity = authTicket.Identity;
            AuthenticationProperties property = authTicket.Properties;

            if (identity != null && property != null)
            {
                ClaimsPrincipal principal = new ClaimsPrincipal(identity);

                // クッキーが送られてくると有効期限が切れていても
                // ClaimsIdentity.IsAuthenticated は true になる
                bool isAuthenticated = identity.IsAuthenticated;
                string UserName = identity.Name;
                string authType = identity.AuthenticationType;

                // 追加したプロファイル情報 HandleName の取得
                Claim claim = identity.Claims.
                        FirstOrDefault(c => c.Type == ClaimTypes.GivenName);
                string handleName = claim.Value;

                // ExpiresUtc と現在の時刻を比較して期限切れか否かを判定
                DateTimeOffset? expiersUrc = property.ExpiresUtc;
                if (expiersUrc.Value < DateTimeOffset.UtcNow)
                {
                    // 知らせるための処置を書く
                    // 以下のコードでは <html></html> 外に書き込まれるので注意
                    HttpContext.Current.Response.Write("<h1><font color=red>" +
                      handleName +
                      " さん、認証チケットの有効期限が切れています" +
                      "</font></h1><hr>");
                }
            }
        }
    }
}

(注 1) 認証チケットのバイト列をクッキーに設定する際 Base64 でエンコードされますが、その際 URL アプリケーションのための変形が行われ '+' は '-' に、'/' は '_' に変換され、パディング '=' は除去されます。エンコードには ITextEncoder.Encode Method (Byte[]) が使われているようです。なので、そのデコードには ITextEncoder.Decode Method (String) を使えば文字列を変換するコードを書かなくてもバイト列を取得できます。具体的には以下の通りです(検証済み)。

byte[] bytes = Microsoft.Owin.Security.DataHandler.Encoder.
               TextEncodings.Base64Url.Decode(cookie.Value);

(注 2) 認証チケットのバイト列は MachineKey.Protect(Byte[], String[]) メソッドを使って暗号化されているようです。復号するには MachineKey.Unprotect(Byte[], String[]) メソッドを使いますが、その際、第 2 引数には暗号化するときに Protect メソッドで使用した値と同じものを設定する必要があります(違うと CryptographicException がスローされます)。

では、その第 2 引数は何になるかですが、自分が探した限りでは Microsoft の公式文書は見つかりませんでした。ググって見つかった記事の中で一番詳しかったのが「ASP.NET Cookie是怎么生成的」で、それによると以下のようにするのと同じになるようです(検証済み)。

string purpose1 = typeof(Microsoft.Owin.Security.Cookies.
                         CookieAuthenticationMiddleware).FullName;
string purpose2 = Microsoft.AspNet.Identity.
                  DefaultAuthenticationTypes.ApplicationCookie;
string purpose3 = "v1";
bytes = System.Web.Security.MachineKey.Unprotect(bytes, 
                                    purpose1, purpose2, purpose3);

(注 3)上に書いた HTTP モジュールを動かすには web.config での登録が必要です。その具体例は以下の通りです。

<system.webServer>
  <modules>
    <add name="MyHttpModule" type="Mvc5ProfileInfo.Modules.MyHttpModule"/>
  </modules>
</system.webServer>

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Authentication

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2010年5月にこのブログを立ち上げました。その後 ブログ2 を追加し、ここは ASP.NET 関係のトピックス、ブログ2はそれ以外のトピックスに分けました。

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