ASP.NET Core实现动态审计日志功能

前言

最近一直在写 Go 和 Python ，好久没写 C# ，重新回来写 C# 代码时竟有一种亲切感~

说回正题。

在当今这个数字化迅速发展的时代，每一个操作都可能对业务产生深远的影响，无论是对数据的简单查询，还是对系统配置的修改。在这样的背景下，审计日志不仅仅是一种遵循最佳实践的手段，更是确保数据安全、提高系统透明度、促进责任归属明晰的关键工具。通过详细记录谁在何时对系统进行了何种操作，审计日志帮助组织追踪用户活动，分析系统问题，甚至在发生安全事件时，提供必要的线索进行调查。

实现审计日志的方法多样，但如何在不干扰主业务逻辑的同时，高效地集成这一功能，是开发者们面临的一大挑战。本文着重探讨如何借鉴面向切面编程（Aspect-Oriented Programming, AOP）的设计思想，在ASP.NET Core应用中以最小化代码侵入性实现动态审计日志功能。AOP允许我们通过预定义的模式，如日志记录、性能统计和安全控制，以声明的方式增强代码功能，而无需修改实际的业务逻辑代码。

本文将指导读者从概念的理解到具体的实施，再到最终的数据持久化处理，特别是如何利用MongoDB这一强大的NoSQL数据库来持久化审计日志数据。无论你是刚刚接触ASP.NET Core的新手，还是寻求为现有项目增加审计功能的资深开发者，本文都将提供从理论到实践的全面指导。通过本文，你将学习到如何设计和实现一个灵活、可扩展的审计日志系统，同时保持对主业务逻辑的最小化干扰。

让我们开始这一旅程，一步步探索如何在ASP.NET Core应用中集成高效、灵活的审计日志机制，利用AOP设计思想实现高度解耦和动态增强的系统功能。

审计日志基础

定义和用途

审计日志有助于追踪用户的操作行为、数据变更记录以及系统的安全性分析等。

常用的审计日志有这些类型。

操作审计：记录用户对系统的所有操作，例如登录、登出、数据增删改查等。
数据审计：记录数据的变更详情，如记录数据修改前后的值。
安全审计：记录安全相关事件，如失败的登录尝试、权限变更等。
性能审计：记录关键操作的性能数据，帮助分析系统瓶颈。

本文的代码以实现操作审计为例。

模型定义&关键信息

审计日志是系统安全和管理的关键部分，它帮助我们理解系统内发生了什么、何时发生、由谁触发。为了实现这一目标，审计日志记录需要包含几个关键的组成部分。

EventId是每条审计记录的唯一标识符。就像每个人都有一个独一无二的身份证号一样，每条审计日志也有一个独特的EventId。这使我们能够轻松地找到和引用特定的审计事件。
EventType描述了发生的事件类型。这告诉我们这条记录是关于什么的——是用户登录、数据修改，还是权限更改等。通过查看EventType，我们可以快速了解记录的核心信息，而无需深入研究细节。
UserId是触发事件的用户的标识。在审计日志中记录UserId非常重要，因为它帮助我们追踪谁负责了什么操作。如果发现了问题或者不当行为，我们可以通过UserId来确定责任人。

设计审计日志模型

AuditLog 类

新建AuditLog.cs类，每个字段都有注释，我就不再赘述了。

public class AuditLog {
/// <summary>
/// 事件唯一标识
/// </summary>
public string EventId { get; set; }

/// <summary>
/// 事件类型（例如：登录、登出、数据修改等）
/// </summary>
public string EventType { get; set; }

/// <summary>
/// 执行操作的用户标识
/// </summary>
public string UserId { get; set; }

/// <summary>
/// 执行操作的用户名
/// </summary>
public string Username { get; set; }

/// <summary>
/// 事件发生的时间戳
/// </summary>
public DateTime Timestamp { get; set; }

/// <summary>
/// 用户的IP地址
/// </summary>
public string? IPAddress { get; set; }

/// <summary>
/// 被操作的实体名称
/// </summary>
public string EntityName { get; set; }

/// <summary>
/// 被操作的实体标识
/// </summary>
public string EntityId { get; set; }

/// <summary>
/// 修改前的数据，可根据实际情况以JSON格式存储
/// </summary>
public string? OriginalValues { get; set; }

/// <summary>
/// 修改后的数据，可根据实际情况以JSON格式存储
/// </summary>
public string? CurrentValues { get; set; }

/// <summary>
/// 具体的更改内容，可根据实际情况以JSON格式存储
/// </summary>
public string? Changes { get; set; }

/// <summary>
/// 事件描述
/// </summary>
public string? Description { get; set; }
}

捕获审计日志

IAuditLogService 接口

先写一个接口，用来操作审计日志。使用接口可以保持代码的整洁和重用，同时也便于将来对审计日志记录逻辑进行扩展或修改。

为了简单起见，目前这里我们只写了一个记录的方法。

public interface IAuditLogService {
Task LogAsync(AuditLog auditLog);
}

之后在依赖注入容器里注册（假设实现类的名称为AuditLogService）

builder.Services.AddScope<IAuditLogService, AuditLogService>();

这个设计既保持了代码的清晰与简洁，也为将来可能的需求变更（如改变审计日志的存储方式、增加审计字段等）提供了足够的灵活性。

具体实现会在后续的数据持久化部分介绍。

ActionFilter 方式

在ASP.NET Core中，Action过滤器提供了一种强大的机制，允许我们在控制器的动作执行前后插入自定义逻辑。

我们可以在不修改现有业务逻辑代码的情况下，自动地捕获用户的操作以及数据的更改。这种方式充分利用了AOP的思想，实现了代码的最小化侵入。

创建AuditLogAttribute类

直接上代码了，继承自ActionFilterAttribute类，可以实现一个 Action 过滤器的特性，其中EventType和EntityName我设计成需要手动指定，其他的属性可以通过各种方法来获取。

public class AuditLogAttribute : ActionFilterAttribute {
public string EventType { get; set; }
public string EntityName { get; set; }

public override async Task OnActionExecutionAsync(ActionExecutingContext context, ActionExecutionDelegate next) {
var sp = context.HttpContext.RequestServices;
var ctxItems = context.HttpContext.Items;

try {
var authService = sp.GetRequiredService<AuthService>();

// 在操作执行前
var executedContext = await next();

// 在操作执行后

// 获取当前用户的身份信息
var user = await authService.GetUserFromJwt(executedContext.HttpContext.User);

// 构造AuditLog对象
var auditLog = new AuditLog {
EventId = Guid.NewGuid().ToString(),
EventType = this.EventType,
UserId = user.UserId,
Username = user.Username,
Timestamp = DateTime.UtcNow,
IPAddress = GetIpAddress(executedContext.HttpContext),
EntityName = this.EntityName,
EntityId = ctxItems[\”AuditLog_EntityId\”]?.ToString() ?? \”\”,
OriginalValues = ctxItems[\”AuditLog_OriginalValues\”]?.ToString(),
CurrentValues = ctxItems[\”AuditLog_CurrentValues\”]?.ToString(),
Changes = ctxItems[\”AuditLog_Changes\”]?.ToString(),
Description = $\”操作类型：{this.EventType}，实体名称：{this.EntityName}\”,
};

var auditService = sp.GetRequiredService<IAuditLogService>();
await auditService.LogAsync(auditLog);
} catch (Exception ex) {
var logger = sp.GetRequiredService<ILogger<AuditLogAttribute>>();
logger.LogError(ex, \”An error occurred while logging audit information.\”);
}
}
}

注意事项

异常处理：考虑到日志记录不应影响主要业务流程的执行，需要添加异常处理逻辑，确保即使日志记录过程中发生异常，也不会干扰到正常的业务逻辑。
性能问题：虽然已经在异步方法中记录审计日志，但如果审计日志的记录过程很慢，可能会略微延迟响应时间。可以使用批处理、缓存来异步写入数据库，或者将记录逻辑放到后台任务、消息队列中。

获取IP地址

通过HttpContext.Connection.RemoteIpAddress属性可以获取 IP 地址，但如果应用部署在了代理服务器后面（例如使用了负载均衡器），直接获取的IP地址可能是代理服务器的地址，而不是客户端的真实IP地址。

所以这里我封装了GetIpAddress方法

private string? GetIpAddress(HttpContext httpContext) {
// 首先检查X-Forwarded-For头（当应用部署在代理后面时）
var forwardedFor = httpContext.Request.Headers[\”X-Forwarded-For\”].FirstOrDefault();
if (!string.IsNullOrWhiteSpace(forwardedFor)) {
return forwardedFor.Split(\’,\’).FirstOrDefault(); // 可能包含多个IP地址
}

// 如果没有X-Forwarded-For头，或者需要直接获取连接的远程IP地址
return httpContext.Connection.RemoteIpAddress?.ToString();
}

首先尝试从X-Forwarded-For请求头中获取IP地址，这是一个标准的HTTP头，用于识别通过HTTP代理或负载均衡器发送请求的客户端的原始IP地址。如果请求没有经过代理，或者想要获取代理服务器的地址，那么它会回退到使用HttpContext.Connection.RemoteIpAddress。

X-Forwarded-For可能包含多个IP地址（如果请求通过多个代理传递），因此代码中使用了Split(',')来处理这种情况，并且仅取第一个IP地址作为客户端的真实IP地址。

使用方法

经过封装后可以很方便的使用这个审计功能了，只需要在接口上添加一行代码就可以实现审计功能。

[AuditLog(EventType = nameof(SetSubTaskFeedback), EntityName = nameof(SubTask))]
[HttpPost(\”sub-tasks/{subId}/set-feedback\”)]
public async Task<ApiResponse> SetSubTaskFeedback(string subId, [FromBody] SubTaskFeedbackDto dto) {}

手动记录方式

尽管使用Action过滤器是一种高效的自动化方式，但在某些情况下，需要更精细地控制审计日志的记录。这时候只能修改接口代码，在业务逻辑里加入审计日志记录。

这种方式虽然需要直接修改业务代码，但它提供了最大的灵活性和控制能力。

这个代码就没什么特别的了，直接在接口中调用IAuditLogService的LogAsync方法来记录审计日志即可。

通过 HttpContext 共享数据

有些参数是很难在 ActionFilter 里自动获取到的，这些往往跟业务逻辑是有关的，这时候 HttpContext 就成为了一个理想的桥梁。

我们可以将一些临时数据，比如操作前的数据快照，存储在HttpContext.Items中，然后在过滤器中访问这些数据来完成审计日志的记录。这种方法不仅保持了代码的解耦，还允许我们灵活地在应用的不同部分共享数据。

HttpContext.Items是一个键值对集合，可用于在一个请求的生命周期内共享数据。

这样在接口中的代码就是

HttpContext.Items[\”AuditLog_OriginalValues\”] = item.FeedbackId;
HttpContext.Items[\”AuditLog_CurrentValues\”] = dto.FeedbackId;
HttpContext.Items[\”AuditLog_Changes\”] = $\”更新反馈结果 {item.FeedbackId} -> {dto.FeedbackId}\”;

注意事项

确保业务逻辑和AuditLogAttribute中使用的键（如AuditLog_OriginalValues）唯一且一致，以避免潜在的冲突。这里最好是自己封装一个 class 来提供这些 const ；
如果业务逻辑抽象到了 service 层，则需要注入IHttpContextAccessor才能访问 HttpContext ，这个服务可以通过services.AddHttpContextAccessor()来注册；

日志持久化

审计日志的有效持久化是确保长期安全和合规性的关键。

选择存储方案

在选择最合适的存储方案时，需要考虑数据的重要性、查询的频率、成本以及维护的复杂性等多个因素。

关系型数据库（RDS）

关系型数据库，如MySQL、PostgreSQL等，以其稳定性和成熟性受到广泛认可。它们提供了严格的数据完整性保障和复杂查询的强大能力，适合需要执行复杂分析和报告的审计日志。

优点：数据结构化、支持复杂查询、成熟的管理工具。
缺点：相对较高的成本、可能需要复杂的架构来支持大规模数据。

NoSQL数据库

NoSQL数据库，如MongoDB、Cassandra等，提供了灵活的数据模型和良好的横向扩展能力，适合于结构多变或数据量巨大的审计日志。

优点：高可扩展性、灵活的数据模型、快速的写入速度。
缺点：查询功能相对有限、数据一致性模型较弱。

文件系统

直接将审计日志写入文件系统是最直接的存储方式，适用于日志量不是特别大或对查询需求不高的场景。

优点：实现简单、成本低廉、易于迁移；
缺点：查询和分析不便、难以管理大量日志文件、扩展性有限。

每种存储方案都有其适用场景，因此选择哪一种方案应根据具体需求和资源情况综合考虑。对于需要快速写入和高度可扩展的审计日志系统，NoSQL数据库是一个不错的选择。

因此本文选择了 MongoDB 来记录日志。

选择MongoDB作为审计日志的存储方案，不仅因为它的高性能和可扩展性，还因为它支持灵活的文档数据模型，使得存储非结构化或半结构化的审计数据变得简单。

实现 AuditLogMongoService

在 C# 中使用 MongoDB 非常简单。

需要先添加 MongoDB.Driver 的 nuget 包

dotnet add MongoDB.Driver

直接上代码吧，

public class AuditLogMongoService : IAuditLogService {
private readonly IMongoCollection<AuditLog> _auditLogs;

public AuditLogMongoService(string connectionString, string databaseName) {
var client = new MongoClient(connectionString);
var database = client.GetDatabase(databaseName);
_auditLogs = database.GetCollection<AuditLog>(\”audit_logs\”);
}

public async Task LogAsync(AuditLog auditLog) {
await _auditLogs.InsertOneAsync(auditLog);
}
}

准备连接字符串&注册服务

为了避免硬编码，将连接字符串放在配置文件（appsettings.json）里

\”ConnectionStrings\”: {
\”Redis\”: \”redis:6379\”,
\”MongoDB\”: \”mongodb://username:password@path-to-mongo:27017\”
}

注册服务

builder.Services.AddSingleton<IAuditLogService>(sp => new AuditLogMongoService(builder.Configuration.GetConnectionString(\”MongoDB\”), \”db_name\”));

搞定~

部署 MongoDB

附上 MongoDB 的部署方法吧，我这里使用 docker ，很方便

version: \’3.1\’

services:

mongo:
image: mongo:4.4.6
restart: always
volumes:
– ./data:/data/db
environment:
MONGO_INITDB_ROOT_USERNAME: username
MONGO_INITDB_ROOT_PASSWORD: password
ports:
– 27017:27017

mongo-express:
image: mongo-express
restart: always
environment:
ME_CONFIG_MONGODB_ADMINUSERNAME: username
ME_CONFIG_MONGODB_ADMINPASSWORD: password
ME_CONFIG_MONGODB_URL: mongodb://username:password@mongo:27017/
ports:
– 8081:8081

使用 docker-compose 来编排，映射了 27017 和 8081 端口

可以使用 8081 端口访问 mongo-express 网页服务