用Spring Boot & Cloud,Angular2快速搭建微服务web应用 - 增加权限控制

接下来我们来看看如何增加权限控制,即提供用户认证和鉴权的功能。首先有3个比较重要的架构设计选择:

  1. 使用Spring的OAuth 2.0,还是使用Spring Session。虽然Spring对OAuth 2.0的支持已经很完善了,简化了大量的配置和开发,但是OAuth 2.0本身还是比较复杂的,尤其是要使用JWT(JSON Web Tokens)和CORS的情况下。OAuth 2.0的应用场景,也包含了许多我们当前并不需要的功能。从简单够用的理念出发,我决定先选择使用Spring Session。
  2. 用户登陆和Session管理的功能放在哪里?用户登陆很自然的放在gateway里面会比较好,作为整个网站的入口。不过里面有一个问题是用户的信息放在数据库里面。如果登陆放在gateway项目里面,会与user-service有一些重复的代码。考虑到登陆和user-service实际上是不同的功能,重复的代码也就是一个User类,还有一个findByUsername方法,还是决定将登陆放在gateway。
  3. portal是继续放在node.js在用npm单独运行,还是放在gateway的resource里面,作为gateway运行时的一部分?如果放在gateway里面,则前端的开发不能完全脱离后端,在开发中会丧失一部分的灵活性(不过前端也不可能完全脱离后端)。如果在node.js里面运行,则后端需要考虑CORS的问题。浏览器在跨域访问的时候,还会在实际的HTTP请求之前,先插入一个preflight的请求,请求方法是OPTIONS。为了支持CORS,后端需要做很多配置,包括安全配置(允许OPTIONS请求),CORS过滤器(或者配置器)等。CORS的配置需要允许跨域访问,也带来一下安全隐患。并且在正式部署中,如果用Angular2 Cli工具打包portal,则这些配置可能都没有用处了。本着不过度设计的原则,我决定先选择将前端放在gateway里面。

那么下面的第一步就是把portal目录移到到gateway/main/java/resource/static目录下面。我尝试了在Windows下面使用Symlink,但是Eclipse当前版本(Neon)不支持Windows的Symlink,即不能正常解析里面的文件。如果用Eclipse自带的Linked Folder,Maven又不能正常拷贝里面的文件到target,所以只好老老实实的将portal的内容移动到static,并且删除portal。

Spring Boot提供的用户认证和鉴权功能,牵涉到了Spring Session,Spring Security的功能。

Spring Session

Spring Session提供了用户session管理的实现和接口。基本上Spring默认的实现可以满足大部分应用的需求。实现还提供了和HttpSession的集成,并且默认使用的是流行的Session管理内存No SQL数据库系统Redis。对于使用RESTful API的微服务,Spring Session通过在HTTP Header中添加session ID的方式来支持。在使用Spring Boot时,所有这些都基本上不需要开发人员编写代码,只需要在pom中增加依赖spring-boot-starter-redis和spring-session。具体请参考: http://projects.spring.io/spring-session/,以及 http://docs.spring.io/spring-session/docs/current/reference/html5/。

Spring Security

Spring Security实现了基于角色的访问控制,并且支持CORS,CSRF等。具体请参考: http://projects.spring.io/spring-security/,以及 http://docs.spring.io/spring-security/site/docs/current/guides/html5/。不过即使是基于spring-boot-starter-security,也需要开发人员根据项目情况进行配置,编写配置代码。如果用户的信息在数据库中,则需要实现UserDetailsService的loadUserByUsername方法,供Spring Security调用,以取得登陆用户的密码,状态信息和角色信息。另外还要继承WebSecurityConfigurerAdapter类,并且至少重写参数为HttpSecurity的configure方法。

这里值得一提的是,Spring Security从版本3开始,支持BCrypt算法。该算法除了比MD5和SHA1强度更高,更不容易被暴力破解以外,另一个特点就是产生的最终密码包含了salt(盐)。为了防止拖库之后的彩虹表攻击,如果采用SHA1,一般还需要在数据库的用户表中增加一个salt字段,存放盐值。这样就比较麻烦,另外如果盐值不是随机的,或者生成的算法不好,也比较容易受到攻击。BCrypt解决了这个问题,该算法产生的最终密码包含了一个随机的盐值,验证的时候无需再提供单独的盐值。具体请参考: https://en.wikipedia.org/wiki/Bcrypt。要使用该算法,需要重写参数为AuthenticationManagerBuilder的configure方法。

gateway实现

完整的实现代码在github上: https://github.com/cuiwader/healtrav/releases/tag/simple-gateway-auth

UserDetailServiceImpl.java

package com.healtrav.session;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.security.core.authority.AuthorityUtils;
import org.springframework.security.core.userdetails.User;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetails;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetailsService;
import org.springframework.security.core.userdetails.UsernameNotFoundException;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class UserDetailServiceImpl implements UserDetailsService {

    private final UserRepository userRepo;

    @Autowired
    public UserDetailServiceImpl(UserRepository userRepo) {
        this.userRepo = userRepo;
    }

    @Override
    public UserDetails loadUserByUsername(String username)
            throws UsernameNotFoundException {
        return this.userRepo.findByUsername(username)
                .map(user -> new User(
                        user.getUsername(),
                        user.getPassword(),
                        !user.getState().equals("expired"),
                        !user.getState().equals("locked"),
                        !user.getState().equals("credentialExpired"),
                        !user.getState().equals("disabled"),
                        AuthorityUtils.createAuthorityList(user.getRoles())))
                .orElseThrow(() -> new UsernameNotFoundException(username));
    }

}

使用了Spring JPA的UserRepository,从MySQL数据库的user表,根据用户名读取用户。

UserRepository.java

package com.healtrav.session;

import java.util.Optional;

import org.springframework.data.repository.Repository;
import org.springframework.data.repository.query.Param;

public interface UserRepository extends Repository {

    Optional findByUsername(@Param("username") String username);
}
与user-service里面的UserRepository不同,gateway里面实现是继承了Repository这个基本实现类,原因是不需要那么多方法。

WebSecurityConfigurer

package com.healtrav.session;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.security.config.annotation.authentication.builders.AuthenticationManagerBuilder;
import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.HttpSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.WebSecurityConfigurerAdapter;
import org.springframework.security.crypto.bcrypt.BCryptPasswordEncoder;
import org.springframework.security.crypto.password.PasswordEncoder;
import org.springframework.security.web.csrf.CookieCsrfTokenRepository;

@Configuration
public class WebSecurityConfigurer extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    @Autowired
    UserDetailServiceImpl userService;

    @Bean
    PasswordEncoder passwordEncoder() {
        return new BCryptPasswordEncoder();
    }

    @Override
    protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth)
            throws Exception {
        auth.userDetailsService(userService)
                .passwordEncoder(passwordEncoder());
    }

    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        // @formatter:off
        http
            .httpBasic()
            .and()
            .logout()
            .and()
            .authorizeRequests()
                .antMatchers(
                        "/*",
                        "/login",
                        "/app/**",
                        "/node_modules/**")
                    .permitAll()
                .anyRequest()
                    .authenticated()
            .and().csrf().csrfTokenRepository(
                    CookieCsrfTokenRepository.withHttpOnlyFalse());
        // @formatter:on
    }

}
该类设置了UserDetaiService和BCrypt,以及一些基本的权限。对于用Angula2来说,在根目录,app和node_modules下面,都有一下静态的文件,包括html,css和js文件,所以需要开放他们的权限。另外对于Angular2来说,需要设置CSRF token存储,否则浏览器没有办法取得正确的CSRF token,Spring Security会认为发生了CSRF攻击。另外我们使用了HTTP Basic的密码验证方法。这个听起来好像不是很安全,其实并没有降低安全的级别,只是用起来更加方便,即Angular2的登陆页面可以不用post,只需要用get,并且在HTTP Header里面加入登陆的用户名和密码。当然正式的产品需要使用HTTP S协议来保证安全。实际的安全性跟用表单post的形式没有区别。

LoginController.java

package com.healtrav.session;

import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.CrossOrigin;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;

@Controller
public class LoginController {

    @RequestMapping("/login")
    @CrossOrigin(origins = "*", maxAge = 3600)
    public String login() {
        return "forward:/";
    }

}
login成功会转到static目录下面。其实@CrossOrigin注解是不需要的,因为我们采用了将portal代码移入gateway的方法。

PrincipalController.java

package com.healtrav.session;

import java.security.Principal;

import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class PrincipalController {

    @RequestMapping("/user")
    Principal principal(Principal principal) {
        return principal;
    }

}
这是Spring的一个小技巧,用来获取当前用户信息,如果获取到,则说明已经登陆。

SessionPreFilter

package com.healtrav.session;

import javax.servlet.http.HttpSession;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.session.Session;
import org.springframework.session.SessionRepository;

import com.netflix.zuul.ZuulFilter;
import com.netflix.zuul.context.RequestContext;

public class SessionPreFilter extends ZuulFilter {

    @Autowired
    private SessionRepository repository;

    @Override
    public String filterType() {
        return "pre";
    }

    @Override
    public int filterOrder() {
        return 1;
    }

    @Override
    public boolean shouldFilter() {
        return true;
    }

    @Override
    public Object run() {
        RequestContext ctx = RequestContext.getCurrentContext();
        HttpSession httpSession = ctx.getRequest().getSession();
        Session session = repository.getSession(httpSession.getId());
        ctx.addZuulRequestHeader("Cookie", "SESSION=" + session.getId());

        return null;
    }

}
通过Zuul Pre过滤器,将session的信息传递给微服务。这个比较关键,否则user-service拿不到用户的session,会认为是匿名用户而拒绝访问。另外在GatewayApplication上也需要加上注解@EnableRedisHttpSession(redisFlushMode = RedisFlushMode.IMMEDIATE),告诉Redis立即保存session。

application.properties

zuul.routes.user-service.url=http://localhost:8081
ribbon.eureka.enabled=false
server.port=8080

logging.level.org.springframework.security=DEBUG
security.sessions=ALWAYS

# MySQL data source settings to user authentication
spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/healtrav
spring.datasource.username=root
spring.datasource.password=

spring.datasource.initial-size=20
spring.datasource.max-idle=60
spring.datasource.max-wait=10000
spring.datasource.min-idle=10
spring.datasource.max-active=200

gateway增加了secuiry.session=ALWAYS的配置表示总是创建session。

user-service实现

WebSecurityConfigurer.java

package com.healtrav;

import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.http.HttpMethod;
import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.HttpSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.WebSecurityConfigurerAdapter;
import org.springframework.security.web.csrf.CookieCsrfTokenRepository;

@Configuration
public class WebSecurityConfigurer extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        // @formatter:off
        http.httpBasic().disable()
                .authorizeRequests()
                    .antMatchers(HttpMethod.POST, "/**").hasRole("ADMIN")
                    .anyRequest()
                    .authenticated()
                .and()
                    .csrf().csrfTokenRepository(
                            CookieCsrfTokenRepository.withHttpOnlyFalse());
        // @formatter:on
    }

}

配置user-service所以的访问请求都需要ADMIN这个role。

application.properties

# MySQL data source settings
spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/healtrav
spring.datasource.username=root
spring.datasource.password=

spring.datasource.initial-size=20
spring.datasource.max-idle=60
spring.datasource.max-wait=10000
spring.datasource.min-idle=10
spring.datasource.max-active=200

# auto create tables and data for database healtrav
spring.jpa.generate-ddl=true
spring.jpa.properties.hibernate.dialect=org.hibernate.dialect.MySQLDialect
spring.datasource.schema=..\..\..\db\schema.sql
spring.datasource.data=..\..\..\db\data.sql

# show each sql for debug
spring.jpa.show-sql = true

spring.application.name=user-service
server.port=8081
server.address: 127.0.0.1

security.sessions: NEVER
logging.level.org.springframework.security: debug
设置security.sessions=NEVER,即user-service永远也不会创建session,总是从redis那里根据session ID读取session。

Angular2实现

portal的页面也有了一些变化,增加了一个登陆信息的导航栏,登陆之后会显示用户名字(从gateway的PrincipalController获取登陆用户信息)。并且登陆之后,可以从User Management链接获取系统的用户列表。

user.service.ts

import { Injectable } from '@angular/core';
import { Headers, Http, RequestOptions, Response } from '@angular/http';

import { User } from './user';
import 'rxjs/add/operator/toPromise';

@Injectable()
export class UserService {

    constructor (
        private http: Http
    ) { }

    private login_url = 'http://localhost:8080/login'
    private principal_url = 'http://localhost:8080/user'
    private users_url = 'http://localhost:8080/user-service/users'

    principal: User = null;

    getAllUsers(): Promise {
        return this.http.get(this.users_url)
            .toPromise()
            .then(function(response: Response) {
                return response.json()._embedded['users'];;
            })
            .catch(this.handleError);
    }

    getPrincipal(): Promise {
        return this.http.get(this.principal_url)
            .toPromise()
            .then(function(response: Response) {
                return response.json().principal;
            })
            .catch(this.handleError);
    }

    login(username: string, password: string): Promise {
        //let headers = new Headers({ authorization: 'Basic ' + btoa(user.username + ':' + user.password) });
        let auth = 'Basic ' + btoa(username + ':' + password);
        let headers = new Headers();
        headers.append('Authorization', auth);
        return this.http.get(this.login_url, { headers: headers })
            .toPromise()
            .then(function(response: Response) {
                return 'success';
            })
            .catch(this.handleError);
    }

    private handleError (error: any) {
        let msg = (error.message) ? error.message :
            error.status ? `${error.status} - ${error.statusText}` : 'unknown error';
        console.error(msg); // log to console instead
        this.principal = null;
        return Promise.reject(msg);
    }
}
注意登陆是通过增加了一个HTTP Authorization Header。并且通过principal: User是否为空,来判断是否登陆成功。

app.component.ts

import { Component } from '@angular/core';
import { Router } from '@angular/router';

import { User } from './shared/user';
import { UserService } from './shared/user.service';

@Component({
    selector: 'healtrav-app',
    templateUrl: 'app/app.component.html'
})
export class AppComponent {

    username: string = null;
    password: string = null;

    constructor(
        private router: Router,
        private userService: UserService,
    ) { }

    login() {
        this.userService.login(this.username, this.password).then(
            result => {
                console.log(result);
                this.userService.getPrincipal().then(
                    principal => {
                        this.userService.principal = principal;
                        console.log(this.userService.principal);
                    },
                    error => console.error(error)
                )
                this.router.navigate(['']);
            },
            error => console.error(error)
        );
    }
}
登陆后立刻调用userService的getPrincipal方法获取登陆用户信息,来判断是否登陆成功。

app.module.ts

import { NgModule, Injectable } from '@angular/core';
import { BrowserModule } from '@angular/platform-browser';
import { HttpModule, BrowserXhr } from '@angular/http';
import { FormsModule } from '@angular/forms';

import { AppComponent } from './app.component';
import { routing, appRoutingProviders } from './app.routing';

import { UserService } from './shared/user.service';
import { HomeModule } from './home/home.module';
import { UserManagementModule } from './user-management/user-management.module';

@Injectable()
export class CorsBrowserXhr extends BrowserXhr {
    constructor() {
        super();
    }

    build(): any {
        let xhr:XMLHttpRequest = super.build();
        xhr.withCredentials = true;
        return (xhr);
    }
}

@NgModule({
    imports: [
        BrowserModule,
        HttpModule,
        FormsModule,
        routing,
        HomeModule,
        UserManagementModule
    ],
    declarations: [
        AppComponent
    ],
    providers: [
        { provide: BrowserXhr, useClass:CorsBrowserXhr },
        appRoutingProviders,
        UserService
    ],
    bootstrap: [ AppComponent ]
})
export class AppModule { }

CorsBrowserXhr类通过覆盖默认的浏览器Xhr请求,全局的设置了withCredentials为true,即告诉Angular2,每个XHR请求都带上cookie信息,放到请求的HTTP Header。这个比较关键。因为登陆时的CSRF和Session信息,都是通过gateway的HTTP响应的Set-Cookie头,存入浏览器的。如果没有这个配置,浏览器不会将这两个cookie,放置到XHR请求头。不过这个类的名字起的不恰当,应该叫CredentialBrowserXhr之类的。

验证

在使用浏览器验证之前,我们可以先用curl工具看看服务器是否配置成功。前半部分命令和响应如下:
$ curl -v -i http://localhost:8080/login -u cuiwader:1
* timeout on name lookup is not supported
*   Trying ::1...
  % Total    % Received % Xferd  Average Speed   Time    Time     Time  Current
                                 Dload  Upload   Total   Spent    Left  Speed
  0     0    0     0    0     0      0      0 --:--:-- --:--:-- --:--:--     0* Connected to localhost (::1) port 8080 (#0)
* Server auth using Basic with user 'cuiwader'
> GET /login HTTP/1.1
> Host: localhost:8080
> Authorization: Basic Y3Vpd2FkZXI6MQ==
> User-Agent: curl/7.48.0
> Accept: */*
>
< HTTP/1.1 200
< Set-Cookie: XSRF-TOKEN=54797b38-7fac-4942-8057-8989617f140b;path=/
< X-Application-Context: application:8080
< Last-Modified: Sun, 16 Oct 2016 15:24:12 GMT
< Accept-Ranges: bytes
< X-Content-Type-Options: nosniff
< X-XSS-Protection: 1; mode=block
< Cache-Control: no-cache, no-store, max-age=0, must-revalidate
< Pragma: no-cache
< Expires: 0
< X-Frame-Options: DENY
< Set-Cookie: SESSION=3353e5c5-ccc8-46b1-944b-4031a268c8a8;path=/;HttpOnly

可以看到curl发送的请求包含了一个Authorization头,内容是Base64编码的用户名:密码。服务器返回了Set-Cookie响应头,设置XSRF-TOKEN和SESSION。Session的范围是/,并且是HttpOnly。
之后可以用curl验证是否登陆成功:
$ curl -v -i http://localhost:8080/user -H "Cookie: XSRF-TOKEN=54797b38-7fac-4942-8057-8989617f140b; SESSION=3353e5c5-ccc8-46b1-944b-4031a268c8a8"
*   Trying ::1...
  % Total    % Received % Xferd  Average Speed   Time    Time     Time  Current
                                 Dload  Upload   Total   Spent    Left  Speed
  0     0    0     0    0     0      0      0 --:--:-- --:--:-- --:--:--     0*                                                                          
> GET /user HTTP/1.1
> Host: localhost:8080
> User-Agent: curl/7.48.0
> Accept: */*
> Cookie: XSRF-TOKEN=54797b38-7fac-4942-8057-8989617f140b; SESSION=3353e5c5-ccc8                                                                        
>
< HTTP/1.1 200
< X-Application-Context: application:8080
< X-Content-Type-Options: nosniff
< X-XSS-Protection: 1; mode=block
< Cache-Control: no-cache, no-store, max-age=0, must-revalidate
< Pragma: no-cache
< Expires: 0
< X-Frame-Options: DENY
< Content-Type: application/json;charset=UTF-8
< Transfer-Encoding: chunked
< Date: Sun, 16 Oct 2016 17:04:55 GMT
<
{ [362 bytes data]
100   355    0   355    0     0  11451      0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 11451HT                                                                         
X-Application-Context: application:8080
X-Content-Type-Options: nosniff
X-XSS-Protection: 1; mode=block
Cache-Control: no-cache, no-store, max-age=0, must-revalidate
Pragma: no-cache
Expires: 0
X-Frame-Options: DENY
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
Transfer-Encoding: chunked
Date: Sun, 16 Oct 2016 17:04:55 GMT

{"details":{"remoteAddress":"0:0:0:0:0:0:0:1","sessionId":null},"authorities":[{"authority":"ADMIN, USER"}],"authenticated":true,"principal":{"password":
null,"username":"cuiwader","authorities":[{"authority":"ADMIN, USER"}],"accountNonExpired":true,"accountNonLocked":true,"credentialsNonExpired":true,
"enabled":true},"credentials":null,"name":"cuiwader"}                                                                   
* Connection #0 to host localhost left intact

看到这些内容说明服务器正常,可以用浏览器打开页面了。


上一章:用Spring Boot & Cloud,Angular2快速搭建微服务web应用 - 增加代理服务器


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