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使用 RBAC 與 JWT 驗證 (Authentication) 保護你的 FastAPI

本指南將協助你透過 角色型存取控制 (RBAC, Role-based Access Control) 以及由 Logto 簽發的 JSON Web Token (JWT)，為你的 FastAPI API 實作授權 (Authorization) 機制。

開始前​

你的用戶端應用程式需要從 Logto 取得存取權杖 (Access tokens)。如果你尚未完成用戶端整合，請參考我們針對 React、Vue、Angular 或其他前端框架的 快速入門，或伺服器對伺服器存取請參閱 機器對機器指南。

本指南聚焦於在你的 FastAPI 應用程式中，對這些權杖進行伺服器端驗證。

A figure showing the focus of this guide

你將學到​

  • JWT 驗證： 學習如何驗證存取權杖 (Access tokens) 並擷取驗證 (Authentication) 資訊
  • 中介軟體實作： 建立可重複使用的中介軟體以保護 API
  • 權限模型： 理解並實作不同的授權 (Authorization) 模式：
    • 全域 API 資源 (Global API resources) 用於應用程式層級端點
    • 組織權限 (Organization permissions) 控制租戶專屬功能
    • 組織層級 API 資源 (Organization-level API resources) 用於多租戶資料存取
  • RBAC 整合： 在 API 端點強制執行角色型權限 (Role-based permissions) 與權限範圍 (Scopes)

先決條件​

  • 已安裝最新版穩定版 Python
  • 基本了解 FastAPI 與 Web API 開發
  • 已設定 Logto 應用程式（如有需要請參閱 快速入門）

權限 (Permission) 模型總覽​

在實作保護機制前，請先選擇最適合你應用程式架構的權限模型。這與 Logto 的三大授權 (Authorization) 情境相符：

全域 API 資源 RBAC
  • 適用情境： 保護整個應用程式共用的 API 資源（非組織專屬）
  • 權杖類型： 具有全域受眾 (global audience) 的存取權杖 (Access token)
  • 範例： 公開 API、核心產品服務、管理端點
  • 最適用於： 所有客戶共用 API 的 SaaS 產品、無租戶隔離的微服務架構
  • 深入瞭解： 保護全域 API 資源

💡 請在繼續前選擇你的模型 —— 本指南後續內容將以你選擇的方式為參考。

快速準備步驟​

設定 Logto 資源與權限 (Permissions)​

  1. 建立 API 資源 (API resource)： 前往 Console → API 資源 (API resources) 並註冊你的 API（例如：https://api.yourapp.com）
  2. 定義權限 (Permissions)： 新增如 read:products、write:orders 等權限範圍 (Scopes) —— 參考 定義帶有權限的 API 資源
  3. 建立全域角色 (Global roles)： 前往 Console → 角色 (Roles) 並建立包含 API 權限的角色 —— 參考 設定全域角色
  4. 指派角色 (Assign roles)： 將角色指派給需要 API 存取權的使用者或 M2M 應用程式
不熟悉 RBAC？:

建議從我們的 角色型存取控制 (RBAC) 指南 開始，獲得逐步設定說明。

更新你的用戶端應用程式​

在用戶端請求適當的權限範圍 (Scopes)：

通常需要在用戶端設定中新增以下一項或多項：

  • OAuth 流程中的 scope 參數
  • 用於 API 資源存取的 resource 參數
  • 組織情境下的 organization_id
開始撰寫程式前:

請確保你測試的使用者或 M2M 應用程式已被指派包含所需 API 權限的正確角色或組織角色。

初始化你的 API 專案​

要初始化一個新的 FastAPI 專案，請建立一個目錄並設置基本結構：

mkdir your-api-name
cd your-api-name

建立需求檔案：

requirements.txt
fastapi
uvicorn[standard]

安裝相依套件：

pip install -r requirements.txt

建立一個基本的 FastAPI 應用程式：

main.py
from fastapi import FastAPI

app = FastAPI()

@app.get("/")
def read_root():
    return {"message": "Hello from FastAPI"}

啟動開發伺服器：

uvicorn main:app --reload
備註:

如需更多關於如何設置路徑操作、相依性注入及其他功能的詳細資訊，請參閱 FastAPI 官方文件。

初始化常數與工具函式​

在你的程式碼中定義必要的常數與工具函式，以處理權杖（token）的擷取與驗證。一個有效的請求必須包含 Authorization 標頭，格式為 Bearer <存取權杖 (Access token)>。

auth_middleware.py
JWKS_URI = 'https://your-tenant.logto.app/oidc/jwks'
ISSUER = 'https://your-tenant.logto.app/oidc'

class AuthInfo:
    def __init__(self, sub: str, client_id: str = None, organization_id: str = None,
                 scopes: list = None, audience: list = None):
        self.sub = sub
        self.client_id = client_id
        self.organization_id = organization_id
        self.scopes = scopes or []
        self.audience = audience or []

    def to_dict(self):
        return {
            'sub': self.sub,
            'client_id': self.client_id,
            'organization_id': self.organization_id,
            'scopes': self.scopes,
            'audience': self.audience
        }

class AuthorizationError(Exception):
    def __init__(self, message: str, status: int = 403):
        self.message = message
        self.status = status
        super().__init__(self.message)

def extract_bearer_token_from_headers(headers: dict) -> str:
    """
    從 HTTP 標頭中擷取 bearer 權杖 (token)。

    注意：FastAPI 與 Django REST Framework 已內建權杖擷取功能，
    此函式主要用於 Flask 及其他框架。
    """
    authorization = headers.get('authorization') or headers.get('Authorization')

    if not authorization:
        raise AuthorizationError('缺少 Authorization 標頭', 401)

    if not authorization.startswith('Bearer '):
        raise AuthorizationError('Authorization 標頭必須以 "Bearer " 開頭', 401)

    return authorization[7:]  # 移除 'Bearer ' 前綴

取得你的 Logto 租戶資訊​

你需要以下數值來驗證 Logto 發行的權杖：

  • JSON Web Key Set (JWKS) URI：Logto 公鑰的網址，用於驗證 JWT 簽章。
  • 簽發者 (Issuer)：預期的簽發者值（Logto 的 OIDC URL）。

首先，找到你的 Logto 租戶端點。你可以在多個地方找到：

  • 在 Logto Console，設定 → 網域。
  • 在你於 Logto 配置過的任何應用程式設定中，設定 → 端點與憑證。

從 OpenID Connect 探索端點取得​

這些數值可以從 Logto 的 OpenID Connect 探索端點取得：

https://<your-logto-endpoint>/oidc/.well-known/openid-configuration

以下為範例回應（為簡潔省略其他欄位）：

{
  "jwks_uri": "https://your-tenant.logto.app/oidc/jwks",
  "issuer": "https://your-tenant.logto.app/oidc"
}

由於 Logto 不允許自訂 JWKS URI 或簽發者 (Issuer)，你可以將這些數值硬編碼在程式碼中。但這不建議用於正式環境，因為若未來有設定變更，可能會增加維護負擔。

  • JWKS URI：https://<your-logto-endpoint>/oidc/jwks
  • 簽發者 (Issuer)：https://<your-logto-endpoint>/oidc

驗證權杖與權限​

在擷取權杖並取得 OIDC 設定後，請驗證以下項目：

  • 簽章 (Signature)： JWT 必須有效且由 Logto（透過 JWKS）簽署。
  • 簽發者 (Issuer)： 必須符合你的 Logto 租戶簽發者。
  • 受眾 (Audience)： 必須符合在 Logto 註冊的 API 資源標示符 (resource indicator)，或在適用時符合組織 (Organization) 上下文。
  • 過期時間 (Expiration)： 權杖不得過期。
  • 權限範圍 (Permissions, scopes)： 權杖必須包含 API／操作所需的權限範圍 (scopes)。scopes 會以空格分隔字串出現在 scope 宣告 (claim) 中。
  • 組織 (Organization) 上下文： 若保護的是組織層級 API 資源，需驗證 organization_id 宣告 (claim)。

詳情請參閱 JSON Web Token 以瞭解 JWT 結構與宣告 (claims)。

各權限模型需檢查的項目​

不同權限模型下，宣告 (claims) 與驗證規則有所不同：

  • 受眾宣告 (aud)： API 資源標示符 (API resource indicator)
  • 組織宣告 (organization_id)： 不存在
  • 權限範圍需檢查 (scope)： API 資源權限 (API resource permissions)

對於非 API 組織權限，組織上下文由 aud 宣告表示 （例如 urn:logto:organization:abc123）。organization_id 宣告僅存在於組織層級 API 資源權杖中。
提示:

對於多租戶 API，務必同時驗證權限範圍 (scopes) 及上下文（受眾 (audience)、組織 (organization)），以確保安全。

新增驗證邏輯​

我們使用 PyJWT 來驗證 JWT。如尚未安裝，請先安裝：

pip install pyjwt[crypto]

首先，新增這些共用工具來處理 JWT 驗證：

jwt_validator.py
import jwt
from jwt import PyJWKClient
from typing import Dict, Any
from auth_middleware import AuthInfo, AuthorizationError, JWKS_URI, ISSUER

jwks_client = PyJWKClient(JWKS_URI)

def validate_jwt(token: str) -> Dict[str, Any]:
    """驗證 JWT 並回傳 payload"""
    try:
        signing_key = jwks_client.get_signing_key_from_jwt(token)

        payload = jwt.decode(
            token,
            signing_key.key,
            algorithms=['RS256'],
            issuer=ISSUER,
            options={'verify_aud': False}  # 受眾 (Audience) 會手動驗證
        )

        verify_payload(payload)
        return payload

    except jwt.InvalidTokenError as e:
        raise AuthorizationError(f'Invalid token: {str(e)}', 401)
    except Exception as e:
        raise AuthorizationError(f'Token validation failed: {str(e)}', 401)

def create_auth_info(payload: Dict[str, Any]) -> AuthInfo:
    """從 JWT payload 建立 AuthInfo"""
    scopes = payload.get('scope', '').split(' ') if payload.get('scope') else []
    audience = payload.get('aud', [])
    if isinstance(audience, str):
        audience = [audience]

    return AuthInfo(
        sub=payload.get('sub'),
        client_id=payload.get('client_id'),
        organization_id=payload.get('organization_id'),
        scopes=scopes,
        audience=audience
    )

def verify_payload(payload: Dict[str, Any]) -> None:
    """根據權限模型驗證 payload"""
    # 根據權限模型實作你的驗證邏輯
    # 相關內容會在下方權限模型區段展示
    pass

接著，實作 middleware 來驗證存取權杖 (Access token)：

auth_middleware.py
from fastapi import HTTPException, Depends
from fastapi.security import HTTPBearer, HTTPAuthorizationCredentials
from jwt_validator import validate_jwt, create_auth_info

security = HTTPBearer()

async def verify_access_token(credentials: HTTPAuthorizationCredentials = Depends(security)) -> AuthInfo:
    try:
        token = credentials.credentials
        payload = validate_jwt(token)
        return create_auth_info(payload)

    except AuthorizationError as e:
        raise HTTPException(status_code=e.status, detail=str(e))

根據你的權限模型，在 jwt_validator.py 中實作相應的驗證邏輯：

jwt_validator.py
def verify_payload(payload: Dict[str, Any]) -> None:
    """驗證全域 API 資源 (Global API resources) 的 payload"""
    # 檢查 audience 宣告是否符合你的 API 資源標示符 (Resource indicator)
    audiences = payload.get('aud', [])
    if isinstance(audiences, str):
        audiences = [audiences]

    if 'https://your-api-resource-indicator' not in audiences:
        raise AuthorizationError('Invalid audience')

    # 檢查全域 API 資源所需的權限範圍 (Scopes)
    required_scopes = ['api:read', 'api:write']  # 請替換為實際所需的 scopes
    scopes = payload.get('scope', '').split(' ') if payload.get('scope') else []
    if not all(scope in scopes for scope in required_scopes):
        raise AuthorizationError('Insufficient scope')

套用中介軟體至你的 API​

現在，將中介軟體套用到你受保護的 API 路由。

app.py
from fastapi import FastAPI, Depends
from auth_middleware import verify_access_token, AuthInfo

app = FastAPI()

@app.get("/api/protected")
async def protected_endpoint(auth: AuthInfo = Depends(verify_access_token)):
    # 可直接從 auth 參數存取驗證資訊
    return {"auth": auth.to_dict()}

測試你的受保護 API​

取得存取權杖 (Access tokens)​

從你的用戶端應用程式取得： 如果你已完成用戶端整合，你的應用程式可以自動取得權杖。擷取存取權杖 (Access token) 並在 API 請求中使用。

使用 curl / Postman 測試：

  1. 使用者權杖 (User tokens)： 使用你的用戶端應用程式的開發者工具，從 localStorage 或網路分頁複製存取權杖 (Access token)

  2. 機器對機器權杖 (Machine-to-machine tokens)： 使用 client credentials flow。以下是使用 curl 的非標準範例：

    curl -X POST https://your-tenant.logto.app/oidc/token \
      -H "Content-Type: application/x-www-form-urlencoded" \
      -d "grant_type=client_credentials" \
      -d "client_id=your-m2m-client-id" \
      -d "client_secret=your-m2m-client-secret" \
      -d "resource=https://your-api-resource-indicator" \
      -d "scope=api:read api:write"

    你可能需要根據你的 API 資源 (API resource) 和權限 (Permissions) 調整 resource 和 scope 參數；如果你的 API 以組織 (Organization) 為範圍，也可能需要 organization_id 參數。

提示:

需要檢查權杖內容嗎？請使用我們的 JWT 解碼工具 來解碼並驗證你的 JWT。

測試受保護端點​

有效權杖請求
curl -H "Authorization: Bearer eyJhbGciOiJSUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9..." \
  http://localhost:3000/api/protected

預期回應：

{
  "auth": {
    "sub": "user123",
    "clientId": "app456",
    "organizationId": "org789",
    "scopes": ["api:read", "api:write"],
    "audience": ["https://your-api-resource-indicator"]
  }
}
缺少權杖
curl http://localhost:3000/api/protected

預期回應 (401)：

{
  "error": "Authorization header is missing"
}
無效權杖
curl -H "Authorization: Bearer invalid-token" \
  http://localhost:3000/api/protected

預期回應 (401)：

{
  "error": "Invalid token"
}

權限模型專屬測試​

針對以全域權限範圍 (Scopes) 保護的 API 測試情境：

  • 有效權限範圍 (Valid scopes)： 使用包含所需 API 權限範圍（如 api:read、api:write）的權杖測試
  • 缺少權限範圍 (Missing scopes)： 權杖缺少必要權限範圍時，預期回傳 403 Forbidden
  • 錯誤受眾 (Wrong audience)： 權杖受眾 (Audience) 不符合 API 資源時，預期回傳 403 Forbidden
# 權杖缺少必要權限範圍 - 預期 403
curl -H "Authorization: Bearer token-without-required-scopes" \
  http://localhost:3000/api/protected

延伸閱讀​

RBAC 實務應用：為你的應用程式實現安全授權 (Authorization)

建立多租戶 SaaS 應用程式：從設計到實作的完整指南