[設計案例] "授權碼" 如何實作? #1, 需求與問題

以下內容基於提供的文章主題與情境（Install-Based 部署、Service A/B/C、離線授權、API KEY、DX 與安全強度與擴充性），將需求與問題拆解為 16 個教學導向的實戰解決方案案例。因本篇原文為「需求篇」，未提供具體度量數據與程式碼細節；為滿足教學/練習/評估用途，以下案例之流程、程式碼片段與成效指標為可落地的設計與測試基準建議，適用於實作與評估。

Case #1: 離線授權驗證（授權碼數位簽章）

Problem Statement（問題陳述）

業務場景：在 Install-Based 佈署中，Service B/C 安裝於客戶資料中心，無法保證連網至原廠雲端。即使處於封閉網路，仍需按合約授權啟動功能，且不可由系統整合商或 IT 人員私自開啟。需能以一段授權碼（檔/字串）於離線環境完成驗證與啟動。技術挑戰：不依賴線上查驗，如何可靠判斷授權真偽與內容完整性（功能列表、租戶、期限）？影響範圍：未授權功能被開啟、合約到期後仍可使用、審計與法務風險。複雜度評級：中

Root Cause Analysis（根因分析）

直接原因：

功能開關存於設定檔，缺乏完整性保護，易被篡改。
驗證流程依賴雲端查核，不適用離線環境。
未使用數位簽章，授權內容可被偽造或修改。深層原因：
- 架構層面：信任邊界模糊，未將「授權」設計為獨立驗證邏輯。
- 技術層面：未採用公私鑰簽章，缺乏不可否認性。
- 流程層面：授權發佈與驗證未定義標準格式與工作流程。

Solution Design（解決方案設計）

解決策略：採公私鑰非對稱簽章（原廠私鑰簽發、產品內置公鑰驗證），以 JSON 序列化授權內容，包含租戶、功能、有效期、硬體綁定與 key id。產品啟動與關鍵流程時進行驗證，確保在完全離線環境也能可信賴地啟用與禁用功能。

實施步驟：

定義授權格式與信任模型
- 實作細節：設計 License JSON payload 與簽章欄位，加入 kid、nbf、exp、tenantId、features[]、hardwareId。
- 所需資源：JSON Schema、密鑰管理計畫。
- 預估時間：1-2 天
實作簽章與驗章
- 實作細節：原廠簽章（私鑰）；產品端驗章（公鑰），在啟動與每次關鍵操作前校驗。
- 所需資源：.NET System.Security.Cryptography
- 預估時間：2-3 天

關鍵程式碼/設定：

// License payload: base64(JSON), signature: base64
public record LicensePayload(
    string TenantId, string[] Features, DateTimeOffset Nbf, DateTimeOffset Exp,
    string HardwareId, string Kid, string Version);

public static bool VerifyLicense(string payloadB64, string sigB64, RSA rsa)
{
    var data = Convert.FromBase64String(payloadB64);
    var sig  = Convert.FromBase64String(sigB64);
    return rsa.VerifyData(data, sig, HashAlgorithmName.SHA256, RSASignaturePadding.Pkcs1);
}

實際案例：Service B/C 離線安裝，從原廠取得 license.json（含 payload+signature），啟動時載入並驗章後啟用功能。實作環境：.NET 6/7/8, C# 10+, System.Security.Cryptography 實測數據：改善前：功能開關易被改動；離線不可查核改善後：離線驗章通過才啟用；偽造/篡改即失敗改善幅度：未授權啟用事件降至 0（內部基準）

Learning Points（學習要點）核心知識點：

非對稱簽章（私簽公驗）
授權內容序列化與不可否認性
信任邊界與離線驗證技能要求：
必備技能：C#、JSON、基礎密碼學 API
進階技能：簽章格式設計、異常與審計策略延伸思考：
可改用 ECDSA 以縮短授權碼大小
若公鑰被替換，如何偵測？（見 Case #16）
如何安全更新公鑰信任庫？（見 Case #12） Practice Exercise（練習題）
基礎練習：撰寫 VerifyLicense，驗證簽章失敗時拒用（30 分）
進階練習：加入 nbf/exp 驗證與錯誤分類（2 小時）
專案練習：做一個離線 License 驗證 CLI（8 小時） Assessment Criteria（評估標準）
功能完整性（40%）：離線可驗章、必備欄位檢查
程式碼品質（30%）：結構清晰、錯誤處理完善
效能優化（20%）：啟動驗章延遲<10ms
創新性（10%）：格式版本化/可擴充性

Case #2: API KEY 與功能範圍（Scopes）授權

Problem Statement（問題陳述）

業務場景：Service B 需呼叫 Service A API，Service A 需根據 API KEY 判斷允許的功能/資源，且在內網或封閉網路中可能無法回原廠查核。技術挑戰：如何不透過中心化查詢即可可信地判斷 key 的權限與有效期？影響範圍：權限過寬導致資料外洩或越權操作。複雜度評級：中

Root Cause Analysis（根因分析）

直接原因：

API KEY 未包含 scope 與租戶，難以實施最小權限。
靠資料庫查表，不適用封閉環境。
無簽章保護，key 可被修改或偽造。深層原因：
- 架構層面：未定義權限在 token 中自我描述（self-contained）。
- 技術層面：缺少 JWS（或等效）簽章模型。
- 流程層面：key 發放與到期策略不完整。

Solution Design（解決方案設計）

解決策略：採用 JWS 風格的自包含 API Token（非對稱簽章），包含 scopes/tenantId/exp/nbf/kid；Service A 僅需公鑰驗章與 scope 比對。可於 Intranet 運作。

實施步驟：

設計 Token Claims 與驗證中介層
- 實作細節：Authorization header 攜帶簽章 token；中介層驗章並將 claims 放入 HttpContext。
- 所需資源：ASP.NET Core Middleware
- 預估時間：1-2 天
Scope 授權檢查
- 實作細節：Controller/Endpoint 層比對 scope，拒絕越權。
- 所需資源：Policy-based 授權
- 預估時間：1 天

關鍵程式碼/設定：

app.Use(async (ctx, next) =>
{
    var token = ctx.Request.Headers["Authorization"].ToString().Replace("Bearer ", "", StringComparison.OrdinalIgnoreCase);
    if (TryValidateJws(token, out var claims)) // 驗章+exp/nbf
    {
        ctx.Items["Scopes"] = claims["scopes"]; // string[]
        await next();
    }
    else
    {
        ctx.Response.StatusCode = 401;
    }
});

實際案例：Service A 對 B 簽發包含「orders.read」「invoices.write」的 Token。Service A 驗章後按 scope 控制 API。實作環境：ASP.NET Core 6/7/8、System.Security.Cryptography 實測數據：改善前：API KEY 共享且權限過寬改善後：最小權限、離線驗章改善幅度：越權失敗率降至 0（內部基準）

Learning Points（學習要點）核心知識點：

自包含 Token（JWS）
Scope/Policy-based 授權
中介層驗證與 Claims 注入技能要求：
必備技能：ASP.NET Core Middleware、驗章
進階技能：Policy/Attribute 授權延伸思考：
是否需加入 rate limit（見 Case #10）
kid 與金鑰輪替（見 Case #12）
DX：以屬性宣告 scope（見 Case #8） Practice Exercise
基礎：撰寫 TryValidateJws 並驗證 exp/nbf（30 分）
進階：實作 ScopePolicyHandler（2 小時）
專案：完成一套 API-Key 發放與驗證樣板（8 小時） Assessment Criteria
功能完整性：驗章+scope 驗證
程式碼品質：中介層職責清晰
效能優化：驗證延遲<2ms
創新性：多租戶隔離策略

Case #3: 授權期限與合約續約（nbf/exp/寬限期）

Problem Statement（問題陳述）

業務場景：授權需隨合約到期自動停用，續約後更換新授權恢復運作；全程可在離線環境。技術挑戰：時間驗證、時鐘偏移、寬限期、操作人為錯誤。影響範圍：過期未停用或誤停造成法務或 SLA 風險。複雜度評級：中

Root Cause Analysis

直接原因：

無 nbf/exp 欄位，或不驗證。
對時不準，造成誤判。
沒有續約換證工作流程。深層原因：
- 架構層面：未定義過期行為與狀態轉換。
- 技術層面：無寬限期（grace period）與時鐘容錯。
- 流程層面：缺少換證 SOP 與回滾策略。

Solution Design

解決策略：在授權中定義 nbf/exp；驗證加入 clockSkew 與 gracePeriod；提供換證工具，支持多版本共存短期切換。

實施步驟：

時間驗證與容錯
- 實作細節：允許 ±N 分鐘 clock skew；exp 後進入 grace 狀態，降級功能。
- 所需資源：設定檔/Policy
- 預估時間：1 天
換證作業
- 實作細節：支援新/舊授權共存 24h，平順切換。
- 所需資源：CLI 工具
- 預估時間：1-2 天

關鍵程式碼/設定：

bool IsWithin(DateTimeOffset now, DateTimeOffset nbf, DateTimeOffset exp, TimeSpan skew, TimeSpan grace, out bool inGrace)
{
    inGrace = now > exp && now <= exp + grace;
    return now >= nbf - skew && now <= exp + grace;
}

實際案例：Service B 授權 exp 後 7 天內維持唯讀模式，續約上傳新授權即時恢復。實作環境：.NET 6/7/8 實測數據：改善前：過期立即停擺；續約切換有風險改善後：平滑切換與降級運作改善幅度：續約停機時間降至 <1 分鐘（內部基準）

Learning Points

nbf/exp/clockSkew/grace period
降級模式與風險控制
換證流程設計技能要求：
必備：時間處理、設定管理
進階：零停機切換策略延伸思考：
與時間來源防回撥（見 Case #18）
DX 的換證導引（見 Case #8） Practice Exercise
基礎：實作 IsWithin 測試（30 分）
進階：加入降級功能旗標（2 小時）
專案：做一個換證工具與回滾（8 小時） Assessment Criteria
功能：準確判斷與降級
品質：時間區域/時差處理嚴謹
效能：常數時間檢查
創新：零停機切換

Case #4: 金鑰管理與保護（私鑰安全與簽章服務）

Problem Statement

業務場景：原廠用私鑰簽發授權/Token，一旦私鑰洩漏，所有授權可信度崩潰。技術挑戰：確保私鑰不落地、可審計、可輪替。影響範圍：大規模偽造授權、品牌與法務風險。複雜度評級：高

Root Cause Analysis

直接原因：

私鑰存於檔案/原始碼庫。
未使用 HSM 或雲端 KMS。
無簽章審計與輪替機制。深層原因：
- 架構：未將簽章視為關鍵服務（Signing Service）。
- 技術：缺 KID 與多金鑰支援。
- 流程：人員權限與 M-of-N 缺失。

Solution Design

解決策略：導入 HSM/雲端 Key Vault，建立「簽章服務」對外只提供 Sign/Verify API（Verify 可在客戶端用公鑰）；實施 KID 與輪替計畫，簽章操作皆被審計。

實施步驟：

導入 KMS/HSM
- 實作細節：私鑰僅存在 HSM；應用以 API 請求簽章。
- 所需資源：Azure Key Vault/HSM
- 預估時間：3-5 天
KID 與輪替
- 實作細節：授權/Token 帶 kid；信任庫多公鑰並行。
- 所需資源：版本管理
- 預估時間：2 天

關鍵程式碼/設定：

// 以 Azure Key Vault 簽章
var crypto = new CryptographyClient(new Uri(keyId), new DefaultAzureCredential());
var signRes = await crypto.SignDataAsync(SignatureAlgorithm.RS256, data);
var signature = signRes.Signature;

實際案例：原廠每 6 個月輪替金鑰，授權帶 kid，產品內信任庫同時包含新/舊公鑰。實作環境：Azure Key Vault/HSM、.NET 實測數據：改善前：私鑰散佈、不可審計改善後：私鑰不落地、可追蹤改善幅度：私鑰外洩風險大幅降低

Learning Points

KMS/HSM 與簽章服務化
KID/輪替與信任庫
審計與合規技能要求：
必備：雲端金鑰服務、簽章 API
進階：合規與審計延伸思考：
緊急撤換（見 Case #14、#12）
多區容災 Practice Exercise
基礎：以 KV 完成一次簽章（30 分）
進階：加入 kid 與信任庫驗證（2 小時）
專案：建立簽章微服務（8 小時） Assessment Criteria
功能：私鑰不落地、簽章可用
品質：錯誤/重試/審計
效能：簽章延遲可控
創新：藍綠輪替

Case #5: 防設定檔篡改（以授權取代配置開關）

Problem Statement

業務場景：整合商熟悉設定檔/程式碼，若功能以配置開關控制，易被直接開啟。技術挑戰：在保留配置彈性的基礎上，杜絕未授權啟用。影響範圍：非法啟用、售後風險。複雜度評級：中

Root Cause Analysis

直接原因：

功能開關存在 appsettings/DB。
無授權層與配置層隔離。
沒有完整性驗證。深層原因：
- 架構：缺少授權 Gate 層。
- 技術：未對配置敏感值做簽章或忽略策略。
- 流程：缺審核/審計。

Solution Design

解決策略：功能啟用以「授權」為單一可信來源（SoT），配置檔中同名開關視為無效或唯讀；必要時對配置檔做簽章/校驗，或將敏感配置遷移至安全儲存。

實施步驟：

導入 FeatureGate
- 實作細節：所有功能入口都依 ILicenseService.QueryFeature()
- 所需資源：DI/Service
- 預估時間：1 天
配置保護
- 實作細節：敏感配置簽章，或轉存 KeyVault
- 所需資源：KV/簽章工具
- 預估時間：1-2 天

關鍵程式碼/設定：

public interface IFeatureGate { bool Enabled(string feature); }
public class LicenseFeatureGate : IFeatureGate
{
    private readonly LicensePayload _lp;
    public bool Enabled(string f) => _lp.Features.Contains(f);
}

實際案例：即使整合商修改 appsettings 中某功能=true，因入口檢查走 LicenseFeatureGate，仍無法啟用。實作環境：.NET、DI 實測數據：改善前：配置改動可啟用功能改善後：以授權為準，配置無效改善幅度：未授權啟用=0

Learning Points

單一可信來源（SoT）
授權 Gate 與配置分層
配置完整性保護技能要求：
必備：DI、設定管理
進階：簽章與 KeyVault 整合延伸思考：
DX：屬性/中介層自動檢查（見 Case #8） Practice Exercise
基礎：介面化 FeatureGate（30 分）
進階：對 appsettings 做簽章校驗（2 小時）
專案：功能旗標與授權整合（8 小時） Assessment Criteria
功能：所有入口走 Gate
品質：單元測試覆蓋
效能：常數時間檢查
創新：Rule-based Gate

Case #6: 環境綁定（Hardware/Environment Binding）

Problem Statement

業務場景：授權檔被複製到其他機器/客戶後仍可使用。技術挑戰：離線狀態下如何可靠綁定硬體/環境識別。影響範圍：授權濫用與收益流失。複雜度評級：中

Root Cause Analysis

直接原因：

授權未含 hardwareId。
指紋易變或不穩定。
綁定策略不可調。深層原因：
- 架構：未定義指紋來源與降級策略。
- 技術：蒐集多因子、容忍部分變動不足。
- 流程：換機/維護流程缺失。

Solution Design

解決策略：硬體指紋取多來源（CPU/MAC/OS/Domain），以穩定可重現策略產生 hardwareId，授權中綁定並驗證；提供容忍度與換機流程。

實施步驟：

指紋模型
- 實作細節：收集多項，排序、正規化、Hash
- 所需資源：系統 API
- 預估時間：2 天
綁定驗證與容錯
- 實作細節：容忍少量變動（權重）
- 所需資源：策略設定
- 預估時間：1 天

關鍵程式碼/設定：

string GetHardwareId()
{
    var parts = new[]{
        GetCpuId(), GetPrimaryMac(), GetMachineName(), GetDomainName()
    }.Where(x=>!string.IsNullOrEmpty(x)).OrderBy(x=>x);
    var bytes = System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(string.Join("|", parts));
    return Convert.ToHexString(SHA256.HashData(bytes));
}

實際案例：Service B 授權綁定於其資料中心伺服器群特徵，複製至 C 即失效。實作環境：.NET、系統資訊 API 實測數據：改善前：授權可隨意複製改善後：跨機不可用改善幅度：未授權複製成功率降至 0

Learning Points

指紋設計與穩定性
Hash 與正規化
維護/換機流程技能要求：
必備：系統資訊存取、Hash
進階：權重/容忍策略延伸思考：
與時間回撥偵測合用（Case #18） Practice Exercise
基礎：實作 GetHardwareId（30 分）
進階：設計容忍度策略（2 小時）
專案：換機授權轉移工具（8 小時） Assessment Criteria
功能：穩定且可重現
品質：跨版本穩定
效能：計算<5ms
創新：多因子融合

Case #7: 授權格式版本化與可擴充性

Problem Statement

業務場景：未來持續新增授權項目與屬性，需兼顧舊版相容。技術挑戰：格式演進、向後相容、開發者體驗。影響範圍：升級成本與風險。複雜度評級：中

Root Cause Analysis

直接原因：

硬編碼欄位，加入新項目需大改。
無 version 與未知欄位策略。
沒有 schema/契約。深層原因：
- 架構：無明確契約治理。
- 技術：序列化策略缺乏。
- 流程：變更管理與文件不足。

Solution Design

解決策略：JSON 授權 payload 加入 version；未知欄位忽略（forward compatibility）；核心欄位固定，擴充欄位使用字典；提供 JSON Schema 與契約測試。

實施步驟：

模型調整
- 實作細節：新增 Version 與 Extensions: Dictionary<string,object>
- 所需資源：JSON Schema
- 預估時間：1 天
契約測試
- 實作細節：對舊檔案做回歸測試
- 所需資源：CI/測試套件
- 預估時間：1 天

關鍵程式碼/設定：

public class LicenseModel {
  public string Version {get;set;} = "1.0";
  public string TenantId {get;set;} = "";
  public string[] Features {get;set;} = Array.Empty<string>();
  public Dictionary<string, object> Extensions {get;set;} = new();
}

實際案例：新增「seatLimit」擴充欄位不影響舊版驗證器。實作環境：.NET、System.Text.Json 實測數據：改善前：加欄位需同步升級所有產品改善後：擴充不破壞舊版改善幅度：功能交付速度提升（內部基準）

Learning Points

契約治理與版本化
Forward/Backward compatibility
JSON Schema 與測試技能要求：
必備：序列化/反序列化
進階：契約測試/Schema 驗證延伸思考：
kid 與演算法切換（Case #12、#13） Practice Exercise
基礎：加入 Extensions 支援（30 分）
進階：Schema 驗證工具（2 小時）
專案：契約測試流水線（8 小時） Assessment Criteria
功能：忽略未知欄位
品質：Schema 與測試齊備
效能：序列化穩定
創新：擴充模式設計

Case #8: DX 改善：Fluent API / Attribute 授權檢查

Problem Statement

業務場景：開發者常需在多處手動撰寫授權檢查，易散亂、可讀性差。技術挑戰：提供直覺、一致、可測試的 DX。影響範圍：開發效率、缺陷率。複雜度評級：中

Root Cause Analysis

直接原因：

檢查散落在控制器/服務。
無中心化 Gate/Attribute 支援。
文檔不足、易誤用。深層原因：
- 架構：缺授權抽象層。
- 技術：缺 AOP/Filter
- 流程：DX 指南缺失。

Solution Design

解決策略：提供 IFeatureGate 與 [RequiresFeature] 屬性，於中介層/Filter 統一注入授權檢查；另提供 Fluent API（Feature(“X”).Require()）以應對服務層檢查。

實施步驟：

屬性與 Filter
- 實作細節：ActionFilter 於執行前檢查
- 所需資源：ASP.NET Core Filters
- 預估時間：1 天
Fluent API
- 實作細節：鏈式檢查與例外處理
- 所需資源：擴充方法
- 預估時間：1 天

關鍵程式碼/設定：

[AttributeUsage(AttributeTargets.Method)]
public class RequiresFeatureAttribute : Attribute { public string Name; public RequiresFeatureAttribute(string n)=>Name=n; }

public class FeatureFilter : IAsyncActionFilter {
  private readonly IFeatureGate _gate;
  public FeatureFilter(IFeatureGate gate)=>_gate=gate;
  public async Task OnActionExecutionAsync(ActionExecutingContext ctx, ActionExecutionDelegate next){
    var rf = ctx.ActionDescriptor.EndpointMetadata.OfType<RequiresFeatureAttribute>().FirstOrDefault();
    if(rf!=null && !_gate.Enabled(rf.Name)) { ctx.Result=new ForbidResult(); return; }
    await next();
  }
}

實際案例：Controller 方法以屬性標註所需功能，統一授權檢查。實作環境：ASP.NET Core 實測數據：改善前：每處手寫檢查改善後：集中化/可測試改善幅度：授權相關缺陷率降低（內部基準）

Learning Points

DX 與一致性
Filter/AOP
測試性與可維護性技能要求：
必備：ASP.NET Core Filters、DI
進階：AOP 與錯誤架構延伸思考：
搭配 Scope 授權（Case #2） Practice Exercise
基礎：實作 FeatureFilter（30 分）
進階：建立 Fluent API（2 小時）
專案：DX 指南與範本（8 小時） Assessment Criteria
功能：屬性生效
品質：可測試/可維護
效能：Filter 開銷極低
創新：Fluent 語法

Case #9: 離線授權發佈與匯入流程

Problem Statement

業務場景：客戶在封閉網路，原廠需安全地發佈授權並由現場人員匯入。技術挑戰：傳輸中不可被篡改、匯入步驟直覺防錯。影響範圍：安裝失敗、停機風險。複雜度評級：中

Root Cause Analysis

直接原因：

手動複製檔案易遺漏/誤版。
無完整性校驗。
匯入工具體驗差。深層原因：
- 架構：缺標準化交付包。
- 技術：未加校驗碼/簽章。
- 流程：缺驗收清單與回報。

Solution Design

解決策略：定義「授權包」格式（license.json、checksum.txt、readme、版本）；匯入工具自動驗章、校驗、備份舊檔與可回滾；產生安裝報告。

實施步驟：

打包與簽章
- 實作細節：生成 SHA256 校驗與簽章
- 所需資源：打包腳本
- 預估時間：1 天
匯入工具
- 實作細節：GUI/CLI、日志、回滾
- 所需資源：桌面/CLI 技術
- 預估時間：2-3 天

關鍵程式碼/設定：

bool VerifyChecksum(string file, string expectedHex)
{
    using var fs = File.OpenRead(file);
    var hash = SHA256.HashData(fs);
    return Convert.ToHexString(hash).Equals(expectedHex, StringComparison.OrdinalIgnoreCase);
}

實際案例：現場人員以 USB 帶入授權包，工具自動驗校與備份。實作環境：.NET、CLI/WinForms/WPF 實測數據：改善前：安裝錯誤率高改善後：自動驗校/報告改善幅度：安裝失敗率顯著下降

Learning Points

交付包標準化
校驗碼與回滾
作業流程與審計技能要求：
必備：檔案操作、Hash
進階：UI/UX 與日志延伸思考：
線上激活改離線（補登） Practice Exercise
基礎：計算/驗證 checksum（30 分）
進階：實作回滾（2 小時）
專案：完整匯入工具（8 小時） Assessment Criteria
功能：驗章+校驗+回滾
品質：防呆/報告
效能：大檔處理
創新：自動偵測版本

Case #10: API Key 速率限制與零信任邊界

Problem Statement

業務場景：即使有 API Key，仍需要防濫用與 DDoS 風險；需按 Key/租戶限速。技術挑戰：在內網中有效限速與隔離。影響範圍：可用性、資源爭奪。複雜度評級：中

Root Cause Analysis

直接原因：

無 per-key rate limit。
無 IP 限制或網段白名單。
無熔斷/退流控。深層原因：
- 架構：零信任邊界未建立。
- 技術：RateLimiter 缺乏。
- 流程：告警與黑名單機制不足。

Solution Design

解決策略：以 API Key 為維度建立令牌桶/固定窗口限速；配置白名單；超限回 429 並記錄。

實施步驟：

引入 RateLimiter
- 實作細節：ASP.NET Core RateLimiter 中介層
- 所需資源：Microsoft.AspNetCore.RateLimiting
- 預估時間：1 天
白名單/黑名單
- 實作細節：動態更新
- 所需資源：設定/資料庫
- 預估時間：1 天

關鍵程式碼/設定：

builder.Services.AddRateLimiter(_ => _.AddPolicy("PerKey", ctx =>
{
    var key = ctx.Request.Headers["X-Api-Key"].ToString();
    return RateLimitPartition.GetTokenBucketLimiter(key,
      _=> new TokenBucketRateLimiterOptions{ TokenLimit=100, TokensPerPeriod=100, ReplenishmentPeriod=TimeSpan.FromMinutes(1), AutoReplenishment=true });
}));
app.UseRateLimiter();

實際案例：每個租戶每分鐘 100 次，超限立刻 429。實作環境：ASP.NET Core 7/8 RateLimiter 實測數據：改善前：高峰時互相影響改善後：限速與隔離改善幅度：高峰錯誤率下降

Learning Points

Rate limiting 策略
零信任邊界
告警與黑名單技能要求：
必備：中介層、限速原理
進階：動態策略延伸思考：
與 Scope（Case #2）聯動 Practice Exercise
基礎：設定 per-key 限速（30 分）
進階：動態配置策略（2 小時）
專案：限速+告警+黑名單（8 小時） Assessment Criteria
功能：限速正確
品質：可配置/可觀測
效能：低額外開銷
創新：自適應限速

Case #11: 審計與偵測（篡改/攻擊跡象可觀測）

Problem Statement

業務場景：需追蹤授權驗證失敗、時間回撥、硬體變動等可疑事件。技術挑戰：在封閉網路中仍要可觀測與可追蹤。影響範圍：合規、法務、事件處理。複雜度評級：中

Root Cause Analysis

直接原因：

無結構化審計日誌。
錯誤類型未分類。
無儀表板/警示。深層原因：
- 架構：可觀測性不足。
- 技術：缺事件模型。
- 流程：無通報 SLA。

Solution Design

解決策略：定義審計事件表（驗章失敗/過期/硬體不符/回撥/多次攻擊）；結構化輸出；彙整到本地 SIEM 或上傳雲端（可選）。

實施步驟：

事件模型與記錄
- 實作細節：EventId、嚴重度、租戶/主機標識
- 所需資源：Logging/Serilog
- 預估時間：1 天
儀表板與告警
- 實作細節：本地儀表板+Email
- 所需資源：Grafana/ELK
- 預估時間：2 天

關鍵程式碼/設定：

logger.LogWarning("LicenseVerifyFailed {TenantId} {Reason} {Host}",
    tenantId, reason, Environment.MachineName);

實際案例：多次硬體不符與回撥被記錄並告警。實作環境：.NET Logging、ELK/Grafana（可選）實測數據：改善前：黑盒無可觀測改善後：可審計、可追蹤改善幅度：MTTD 顯著降低

Learning Points

安全事件可觀測性
結構化日誌與告警
審計合規技能要求：
必備：Logging、指標
進階：SIEM 整合延伸思考：
離線暫存後批次上傳 Practice Exercise
基礎：事件記錄（30 分）
進階：告警策略（2 小時）
專案：安全儀表板（8 小時） Assessment Criteria
功能：事件完整記錄
品質：分類清晰
效能：低開銷
創新：攻擊跡象偵測

Case #12: 金鑰輪替與信任庫（多公鑰/KID）

Problem Statement

業務場景：需在不影響已部署客戶的前提下輪替簽章金鑰。技術挑戰：多把公鑰並行、授權載明 kid、信任庫可更新且具完整性。影響範圍：連續性與安全性。複雜度評級：中

Root Cause Analysis

直接原因：

產品僅內嵌單一公鑰。
授權不含 kid。
信任庫更新不可驗證。深層原因：
- 架構：輪替未納入設計。
- 技術：缺 kid 對應。
- 流程：更新與回滾不明確。

Solution Design

解決策略：授權/Token 必含 kid；產品內部維護公鑰信任庫（多把），可離線更新且附完整性簽章；驗章時按 kid 選擇公鑰。

實施步驟：

kid 支援
- 實作細節：payload/kid
- 所需資源：簽章服務
- 預估時間：0.5 天
信任庫
- 實作細節：多把公鑰 JSON + 簽章
- 所需資源：更新工具
- 預估時間：1-2 天

關鍵程式碼/設定：

RSA GetRsaByKid(string kid, TrustStore store)
{
    var pem = store.Keys.First(k=>k.Kid==kid).Pem;
    var rsa = RSA.Create(); rsa.ImportFromPem(pem); return rsa;
}

實際案例：原廠發新授權以新 kid 簽發，舊授權仍可驗，過渡期後移除舊公鑰。實作環境：.NET、PEM Key 實測數據：改善前：輪替需重佈產品改善後：信任庫離線更新即可改善幅度：輪替停機=0

Learning Points

kid 與多公鑰並行
信任庫完整性
輪替策略技能要求：
必備：PEM、RSA/ECDSA
進階：更新與回滾延伸思考：
產品自身完整性（Case #16） Practice Exercise
基礎：依 kid 取公鑰（30 分）
進階：信任庫簽章驗證（2 小時）
專案：輪替發佈流程（8 小時） Assessment Criteria
功能：多鍵驗章
品質：更新可驗/可回滾
效能：查找常數時間
創新：過渡窗口設計

Case #13: 演算法選型（RSA vs ECDSA）與強度/大小折衷

Problem Statement

業務場景：授權碼需短小易傳、驗章快且安全。技術挑戰：選擇合適的簽章演算法與金鑰長度。影響範圍：DX、效能與安全。複雜度評級：中

Root Cause Analysis

直接原因：

使用過長 RSA 金鑰導致授權碼過大。
驗章成本高。
缺少標準化格式（如 JWS）。深層原因：
- 架構：無演算法抽象層。
- 技術：對曲線簽章不熟悉。
- 流程：未定期評估安全等級。

Solution Design

解決策略：採 ECDSA P-256（或 Ed25519）取代 RSA 2048 作簽章，縮小簽章大小並提升驗章效能；抽象簽章介面便於替換。

實施步驟：

策略/抽象
- 實作細節：ISigner 介面；RSA/ECDSA 實作
- 所需資源：Crypto API
- 預估時間：1 天
切換/測試
- 實作細節：效能與相容性測試
- 所需資源：基準測試
- 預估時間：1 天

關鍵程式碼/設定：

// 驗證 ECDSA P-256
bool VerifyEcdsa(byte[] data, byte[] sig, ECDsa ecdsa)
    => ecdsa.VerifyData(data, sig, HashAlgorithmName.SHA256);

實際案例：授權檔大小減少、驗章更快，適合透過 QR 或短字串傳輸。實作環境：.NET、ECDsa 實測數據：改善前：RSA 簽章較大改善後：ECDSA 簽章更小更快改善幅度：大小/延遲顯著改善（內部基準）

Learning Points

RSA vs ECDSA 折衷
抽象與熱插拔
基準測試技能要求：
必備：Crypto API
進階：基準設計延伸思考：
Ed25519 支援 Practice Exercise
基礎：ECDSA 驗章（30 分）
進階：ISigner 介面化（2 小時）
專案：切換演算法 POC（8 小時） Assessment Criteria
功能：雙演算法可用
品質：抽象清晰
效能：顯著改善
創新：最小化授權碼

Case #14: 撤銷與有效期策略（短期授權/離線撤銷）

Problem Statement

業務場景：離線環境無法即時撤銷已簽發的授權。技術挑戰：如何降低風險窗口。影響範圍：安全與合規。複雜度評級：中

Root Cause Analysis

直接原因：

長期有效授權難以撤銷。
無 CRL/OCSP 類比機制。
無短期換證流程。深層原因：
- 架構：未設計撤銷策略。
- 技術：依賴線上清單。
- 流程：換證頻率過低。

Solution Design

解決策略：採短期授權（例如 30 天），配合續期工具離線更新；重大事件時透過信任庫更新黑名單或停用某 kid（與 Case #12/16 搭配）。

實施步驟：

短期授權
- 實作細節：發放與提醒續期
- 所需資源：排程/通知
- 預估時間：1 天
黑名單/停用 kid
- 實作細節：信任庫更新時禁用特定 kid
- 所需資源：更新工具
- 預估時間：1 天

關鍵程式碼/設定：

bool IsRevoked(string kid, TrustStore store) => store.RevokedKids.Contains(kid);

實際案例：某客戶授權遭疑涉外洩，透過更新信任庫撤用該 kid。實作環境：.NET 實測數據：改善前：撤銷不可行改善後：可在 30 天內風險收斂改善幅度：曝險期從 1 年降至 30 天

Learning Points

短期授權策略
黑名單與 kid 停用
更新與通知流程技能要求：
必備：排程/通知
進階：信任庫治理延伸思考：
結合時間回撥偵測（Case #18） Practice Exercise
基礎：檢查 kid 是否撤銷（30 分）
進階：短期續期提醒（2 小時）
專案：撤銷/續期端到端（8 小時） Assessment Criteria
功能：撤銷可用
品質：流程清晰
效能：更新迅速
創新：短期授權治理

Case #15: 測試策略（過期/篡改/離線/硬體變更）

Problem Statement

業務場景：授權驗證邏輯複雜，需完整測試。技術挑戰：如何建立可重現、可擴充的測試套件。影響範圍：品質與回歸風險。複雜度評級：中

Root Cause Analysis

直接原因：

缺少測試樣本（合法/過期/篡改）。
無時間/硬體模擬。
缺整合測試與回歸。深層原因：
- 架構：可測性不足。
- 技術：測試替身不足。
- 流程：CI/CD 未納入。

Solution Design

解決策略：建立「金樣本」授權檔庫；提供時間/硬體偽裝層；端到端整合測試與 fuzz 測試；CI 報告。

實施步驟：

單元/契約測試
- 實作細節：各種情境樣本
- 所需資源：xUnit/NUnit
- 預估時間：2 天
整合/端到端
- 實作細節：啟動驗章、API 驗證
- 所需資源：測試容器
- 預估時間：2 天

關鍵程式碼/設定：

[Fact]
public void Expired_License_Should_Fail()
{
    var now = DateTimeOffset.UtcNow;
    var lic = new LicensePayload(..., Exp: now.AddDays(-1), ...);
    Assert.False(Verifier.IsValid(lic));
}

實際案例：PR 需通過 50+ 授權情境測試才可合併。實作環境：xUnit、.NET 實測數據：改善前：回歸頻繁改善後：缺陷顯著下降改善幅度：授權相關缺陷下降

Learning Points

金樣本與契約測試
偽裝時間/硬體
CI 報告技能要求：
必備：單元/整合測試
進階：測試替身延伸思考：
模糊測試（Fuzz） Practice Exercise
基礎：過期測試（30 分）
進階：硬體不符測試（2 小時）
專案：CI 測試矩陣（8 小時） Assessment Criteria
功能：覆蓋關鍵場景
品質：穩定重現
效能：測試時間可控
創新：自動生成樣本

Case #16: 產品完整性與公鑰保護（信任錨不被替換）

Problem Statement

業務場景：攻擊者若能替換產品內嵌的公鑰或信任庫，即可接受偽造授權。技術挑戰：如何確保驗章信任錨不被篡改。影響範圍：全盤信任崩潰。複雜度評級：高

Root Cause Analysis

直接原因：

公鑰硬編碼但可被動態替換。
信任庫未做完整性校驗。
無程式碼/組件完整性檢查。深層原因：
- 架構：缺信任錨保護。
- 技術：缺碼簽章與校驗。
- 流程：更新散落、缺驗證。

Solution Design

解決策略：對信任庫簽章（原廠碼簽或獨立簽章）；啟動時校驗信任庫/公鑰哈希；若可行，導入組件碼簽與防調試；異常時進入安全模式。

實施步驟：

信任庫簽章
- 實作細節：truststore.json.sig
- 所需資源：簽章工具
- 預估時間：1 天
啟動校驗
- 實作細節：比對公鑰哈希
- 所需資源：Hash API
- 預估時間：1 天

關鍵程式碼/設定：

bool VerifyTrustStore(byte[] storeBytes, byte[] sig, RSA codeSignPub)
    => codeSignPub.VerifyData(storeBytes, sig, HashAlgorithmName.SHA256, RSASignaturePadding.Pkcs1);

bool CheckKeyHash(RSA rsa, string expectedHex)
{
    var hash = Convert.ToHexString(SHA256.HashData(rsa.ExportSubjectPublicKeyInfo()));
    return hash.Equals(expectedHex, StringComparison.OrdinalIgnoreCase);
}

實際案例：啟動時若信任庫簽章不符，產品轉安全模式並告警。實作環境：.NET、碼簽工具實測數據：改善前：公鑰可被替換改善後：替換即被攔阻改善幅度：竄改成功率=0（內部基準）

Learning Points

信任錨與碼簽
啟動完整性校驗
安全模式降級技能要求：
必備：簽章/Hash
進階：碼簽與反篡改延伸思考：
與金鑰輪替配合（Case #12） Practice Exercise
基礎：驗證 truststore 簽章（30 分）
進階：公鑰哈希校驗（2 小時）
專案：安全模式與告警（8 小時） Assessment Criteria
功能：篡改可偵測
品質：錯誤處置妥當
效能：啟動開銷小
創新：多重校驗

案例分類 1) 按難度分類

入門級（適合初學者）
- Case #1 離線授權驗證
- Case #2 API KEY 與 Scopes
- Case #5 防設定檔篡改
- Case #7 格式版本化
中級（需要一定基礎）
- Case #3 授權期限/續約
- Case #6 環境綁定
- Case #8 DX 改善
- Case #9 離線發佈/匯入
- Case #10 速率限制
- Case #11 審計與偵測
- Case #12 金鑰輪替/信任庫
- Case #13 演算法選型
- Case #15 測試策略
高級（需要深厚經驗）
- Case #4 金鑰管理/HSM
- Case #14 撤銷策略（短期授權/黑名單）
- Case #16 產品完整性/信任錨

2) 按技術領域分類

架構設計類
- Case #1, #2, #3, #4, #7, #12, #14, #16
效能優化類
- Case #10, #13
整合開發類
- Case #8, #9, #12
除錯診斷類
- Case #11, #15
安全防護類
- Case #1, #2, #4, #5, #6, #12, #14, #16

3) 按學習目標分類

概念理解型
- Case #1, #2, #3, #7, #13, #14
技能練習型
- Case #5, #6, #8, #9, #10, #11, #12, #15, #16
問題解決型
- Case #3, #4, #5, #6, #10, #11, #12, #16
創新應用型
- Case #8, #12, #13, #16

案例關聯圖（學習路徑建議）

入門順序（基礎信任與核心概念） 1) Case #1 離線授權驗證 2) Case #2 API KEY 與 Scopes 3) Case #3 授權期限/續約 4) Case #5 防設定檔篡改 5) Case #7 格式版本化
中級強化（可落地與可運營） 6) Case #8 DX 改善（在 #1/#2 基礎上提升 DX） 7) Case #6 環境綁定（需先懂 #1） 8) Case #9 離線發佈/匯入（依賴 #1/#3） 9) Case #10 速率限制（依賴 #2） 10) Case #11 審計與偵測（覆蓋 #1-#10） 11) Case #15 測試策略（總結 #1-#11）
高級治理（安全營運與長期維護） 12) Case #12 金鑰輪替/信任庫（需懂 #1、#3、#7） 13) Case #13 演算法選型（可與 #12 並行） 14) Case #4 金鑰管理/HSM（高度依賴 #12） 15) Case #14 撤銷策略（短期授權/黑名單，依賴 #12） 16) Case #16 產品完整性/信任錨（壓軸，保障整體信任鏈）

依賴關係摘要

#1 為整體根基；#2、#3 緊隨其後
#8（DX）建立在 #1/#2 成果之上
#12（輪替）依賴 #1/#3/#7；#4、#14 建立在 #12 之上
#16（信任錨）與 #12 形成完善的供應鏈信任閉環

完整學習路徑建議

先打好信任與授權核心（#1~#3、#5、#7）
再強化開發體驗與現場可操作性（#8、#6、#9、#10、#11、#15）
最後完成長期安全治理閉環（#12、#13、#4、#14、#16）

以上 16 個案例可直接用於教學、專案練習與能力評估，並完整覆蓋文章情境中的關鍵難題：離線授權、API KEY、安全強度與擴充性、以及開發者體驗（DX）。

[設計案例] "授權碼" 如何實作? #1, 需求與問題

Case #1: 離線授權驗證（授權碼數位簽章）

Problem Statement（問題陳述）

Root Cause Analysis（根因分析）

Solution Design（解決方案設計）

Case #2: API KEY 與功能範圍（Scopes）授權

Problem Statement（問題陳述）

Root Cause Analysis（根因分析）

Solution Design（解決方案設計）

Case #3: 授權期限與合約續約（nbf/exp/寬限期）

Problem Statement（問題陳述）

Root Cause Analysis

Solution Design

Case #4: 金鑰管理與保護（私鑰安全與簽章服務）

Problem Statement

Root Cause Analysis

Solution Design

Case #5: 防設定檔篡改（以授權取代配置開關）

Problem Statement

Root Cause Analysis

Solution Design

Case #6: 環境綁定（Hardware/Environment Binding）

Problem Statement

Root Cause Analysis

Solution Design

Case #7: 授權格式版本化與可擴充性

Problem Statement

Root Cause Analysis

Solution Design

Case #8: DX 改善：Fluent API / Attribute 授權檢查

Problem Statement

Root Cause Analysis

Solution Design

Case #9: 離線授權發佈與匯入流程

Problem Statement

Root Cause Analysis

Solution Design

Case #10: API Key 速率限制與零信任邊界

Problem Statement

Root Cause Analysis

Solution Design

Case #11: 審計與偵測（篡改/攻擊跡象可觀測）

Problem Statement

Root Cause Analysis

Solution Design

Case #12: 金鑰輪替與信任庫（多公鑰/KID）

Problem Statement

Root Cause Analysis

Solution Design

Case #13: 演算法選型（RSA vs ECDSA）與強度/大小折衷

Problem Statement

Root Cause Analysis

Solution Design

Case #14: 撤銷與有效期策略（短期授權/離線撤銷）

Problem Statement

Root Cause Analysis

Solution Design

Case #15: 測試策略（過期/篡改/離線/硬體變更）

Problem Statement

Root Cause Analysis

Solution Design

Case #16: 產品完整性與公鑰保護（信任錨不被替換）

Problem Statement

Root Cause Analysis

Solution Design

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