Spring Security、Shiro、JWT权限认证

JWT和Spring Security、Shiro的区别

jwt只是一个生成token的机制，而Spring Security、Shiro这两个框架是用来后台做权限认证，管理，筛选的框架

JWT

jwt是什么？

JWT又名Json Web Token，基于数字签名，定义了一个紧凑、字包含的方式，用于json在各方之间安全传输信息。

使用场景

一般用于授权认证和数据交换：

• Authorization (授权) : 这是使用JWT的最常见场景。一旦用户登录，后续每个请求都将包含JWT，允许用户访问该令牌允许的路由、服务和资源。单点登录是现在广泛使用的JWT的一个特性，因为它的开销很小，并且可以轻松地跨域使用
• Information Exchange (信息交换) : 对于安全的在各方之间传输信息而言，JSON Web Tokens无疑是一种很好的方式。因为JWTs可以被签名，例如，用公钥/私钥对，你可以确定发送人就是它们所说的那个人。另外，由于签名是使用头和有效负载计算的，您还可以验证内容没有被篡改。

JWT架构图

JWT由什么组成的

JWT由Header、Payload、Signature组成，它们之间用 . 连接。例如
111(Header).222(Payload).333(Signature)

• Header

由token的类型和算法名称组成json，然后在对这个json进行BASE64编码

json格式如下;
{
"alg":"RSA",
"type":"JWT"
}

• Payload

JWT的第二部分是payload，它包含声明（要求）。声明是关于实体(通常是用户)和其他数据的声明。声明有三种类型: registered, public 和 private。
Registered claims : 这里有一组预定义的声明，它们不是强制的，但是推荐。比如：iss (issuer), exp (expiration time), sub (subject), aud (audience)等。
Public claims: 可以随意定义。
Private claims: 用于在同意使用它们的各方之间共享信息，并且不是注册的或公开的声明。

{
"admin":"true",
"name":"zzz"
}

payload是对上面json进行base64编码，然后放入jwt的第二部分

• Signature

为了得到签名，必须要具备前两个条件（base64 编码过后的header、payload）,还需要一个密钥，签名算法使用的header中的指定的算法，然后对他们签名

RSA(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)

官网解释图：

JWT是如何工作的

用户从客户端登录成功后，后端会返回一个jwt token，然后这个token就是用户凭证了，通常token有失效时间（通常都放在redis里面保存）
带着token访问受保护的api接口的时候，一般都会把token放在Authorization header中Bearer schema的值里。好处是这样不会使用cookie。

流程如下：

• 客户端访问授权服务器，请求授权；
• 返回一个token
• 然后用token访问受保护的资源

postman截图

和老版本的session相比的优点

因为http是无状态的，无法记录请求方，于是大家都会发送cookie到服务器端，或者是在服务器端上记录sessionId
问题点：

• 服务器端记录大量的sessionid，对内存开销有影响
• 跨域问题
• 安全性

JWT的好处：

• token存放在客户端，减轻服务器端的负担，可以让负载均衡器将用户传递到任意服务器
• 每次请求都需要带上token，没有会话，安全性大

JWT的流程使用

1. 用户携带用户名和密码请求访问
2. 服务器校验用户凭据
3. 应用提供一个token给客户端
4. 客户端存储token，并且在随后的每一次请求中都带着它
5. 服务器校验token并返回数据

Spring Security

Spring Security是一个能够为基于Spring的企业应用系统提供声明式的安全访问控制解决方案的安全框架。它提供了一组可以在Spring应用上下文中配置的Bean，充分利用了Spring IoC（控制反转），DI（ 依赖注入）和AOP（面向切面编程）功能，为应用系统提供声明式的安全访问控制功能，减少了为企业系统安全控制编写大量重复代码的工作。它是一个轻量级的安全框架，它确保基于Spring的应用程序提供身份验证和授权支持。它与Spring MVC有很好地集成，并配备了流行的安全算法实现捆绑在一起。安全主要包括两个操作“认证”与“验证”（有时候也会叫做权限控制）。“认证”是为用户建立一个其声明的角色的过程，这个角色可以一个用户、一个设备或者一个系统。“验证”指的是一个用户在你的应用中能够执行某个操作。在到达授权判断之前，角色已经在身份认证过程中建立了。

它的设计是基于框架内大范围的依赖的，可以被划分为以下几块。

1. Web/Http 安全：这是最复杂的部分。通过建立 filter 和相关的 service bean 来实现框架的认证机制。当访问受保护的 URL 时会将用户引入登录界面或者是错误提示界面。
2. 业务对象或者方法的安全：控制方法访问权限的。
3. AuthenticationManager：处理来自于框架其他部分的认证请求。
4. AccessDecisionManager：为 Web 或方法的安全提供访问决策。会注册一个默认的，但是我们也可以通过普通 bean 注册的方式使用自定义的 AccessDecisionManager。
5. AuthenticationProvider：AuthenticationManager 是通过它来认证用户的。
6. UserDetailsService：跟 AuthenticationProvider 关系密切，用来获取用户信息的

工作流程
在WEB项目中，它基于fiter。Spring Security 在 Filter 中创建 Authentication 对象，并调用 AuthenticationManager 进行校验

Spring Security维护了一个fiter chain，按照特定的顺序执行（filter之间有以来）
1.ChannelProcessingFilter

核心组件

• SecurityContext
• SecurityContextHolder
• Authentication
• Userdetails
• AuthenticationManager，

SecurityContext：安全上下文，用户通过Spring Security 的校验之后，验证信息存储在SecurityContext中，SecurityContext的接口定义

//存取安全上下文
public interface SecurityContext extends Serializable {
 /**
 * Obtains the currently authenticated principal, or an authentication request token.
 *
 * @return the Authentication or null if no authentication
 * information is available
 */
 Authentication getAuthentication();
 /**
 * Changes the currently authenticated principal, or removes the authentication
 * information.
 *
 * @param authentication the new Authentication token, or
 * null if no further authentication information should be stored
 */
 void setAuthentication(Authentication authentication);
}

SecurityContextHolder：
维持SecurityContext的实例，该上下文将上下文存储为HTTP请求之间的HttpSession属性。它会为每个请求恢复上下文SecurityContextHolder，并且最重要的是，在请求完成时清除SecurityContextHolder。SecurityContextHolder是一个类，他的功能方法都是静态的。它可以自定义SecurityContext的jvm存储策略，里面实现方法多用于存储当前认证信息

/**
* jvm策略
* MODE_THREADLOCAL（默认jvm设置。存在线程中）
* MODE_INHERITABLETHREADLOCAL（也是存在线程中，但是子线程可以获得浮现出）
* MODE_GLOBAL：SecurityContext 在所有线程中都相同
**/
//和session存储sessinid一样
SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(token);

Authentication：
Authentication是一个接口，一般在Spring Security中表示登录用户是谁。

public interface Authentication extends Principal, Serializable {
 //获取用户的角色信息
 Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();
 //获取证明用户认证的信息，通常情况下获取到的是密码等信息
 Object getCredentials();
 //获取用户的额外信息，（这部分信息可以是我们的用户表中的信息）
 Object getDetails()
 //获取用户身份信息，在未认证的情况下获取到的是用户名，在已认证的情况下获取到的是 UserDetails ;
 Object getPrincipal();(UserDetails也是一个接口，里边的方法有getUsername,getPassword等)。
 //获取当前 Authentication 是否已认证。
 boolean isAuthenticated();
 //设置当前 Authentication 是否已认证（true or false）
 void setAuthenticated(boolean isAuthenticated) throws IllegalArgumentException;
}

AuthenticationManager:
是一个校验Authentication的接口,如果失败会抛出一个抽象类AuthenticationException的异常，因为不能实例化抽象类，所以无法抛出AuthenticationException异常，所以一般都是实现类DisabledException,LockedException,BadCredentialsException（密码错误的异常）

public interface AuthenticationManager {
 Authentication authenticate(Authentication authentication)
 throws AuthenticationException;
}

UserDetails：
存储用户信息；

public interface UserDetails extends Serializable {
 Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();//获取用户的角色信息
 String getPassword();
 String getUsername();
 boolean isAccountNonExpired();//是否过期
 boolean isAccountNonLocked();//是否被锁定
 boolean isCredentialsNonExpired();//密码是否失效
 boolean isEnabled();//账号是否可用
}

UserDetailsService：
UserDetailsService是一个获取UserDetails的接口，只有一个loadUserByUsername（final String login）方法。
实际开发中

自定义一个实现类去实现UserDetailsService接口，并且实现loadUserByUsername这个方法，可以通过查询数据库/缓存来获取用户信息，然后组成一个UserDetails并返回，如果没有查询数据，那就抛出异常(org.springframework.security.core.userdetails.UsernameNotFoundException)去告诉spring security去处理。

工作原理及应用范围

Spring security 是基于filter的，filter按照顺序去执行，根据filterChain去调用下一个filter，Spring Security 在 Filter 中创建 Authentication 对象，并调用 AuthenticationManager 进行校验。Spring Security有一个filterChain去管理filter，根据需要的功能在配置中配置。
流程

1. spring security 的核心是基于filter
2. 入口filter是springSecurityFilterChain(它会被DelegatingFilterProxy委托来执行过滤任务)
3. springSecurityFilterChain实际上是FilterChainProxy （一个filter）
4. FilterChainProxy里边有一个SecurityFilterChain集合，doFIlter的时候会从其中取

Shiro

Apache Shiro是Java的一个安全框架，在轻量级的程序应用更广泛，简化了Spring security的功能，提供了处理身份认证，授权，企业会话管理和加密的功能。

应用领域

1. 验证用户
2. 对用户执行访问控制，如：
   判断用户是否拥有角色admin。
   判断用户是否拥有访问的权限
3. 在任何环境下使用 Session API。例如CS程序。
4. 可以使用多个用户数据源。例如一个是oracle用户库，另外一个是mysql用户库。
5. 单点登录（SSO）功能。
6. “Remember Me”服务 ，类似购物车的功能，shiro官方建议开启

核心领域：

1. 身份验证Authentication（重要模块）
2. 授权Authorization（重要模块）
3. 会话管理Session Management（重要模块）
4. 加密Cryptography（重要模块）
5. web support：Web支持，可以非常容易的集成到Web环境(次要)
6. Caching：缓存，比如用户登录后，其用户信息、拥有的角色/权限不必每次去查，这样可以提高效率；(次要)
7. Concurrency：shiro支持多线程应用的并发验证，即如在一个线程中开启另一个线程，能把权限自动传播过去；(次要)
8. Testing：提供测试支持；(次要)
9. Run As：允许一个用户假装为另一个用户（如果他们允许）的身份进行访问；(次要)
10. Remember Me：记住我，这个是非常常见的功能，即一次登录后，下次再来的话不用登录了(次要)

核心组件：

1. Subject 主体
2. SecurityManager 安全管理器 (Subject 的管理者)
3. Realms 域

Subject
代表了与当前应用交互的任何东西，如网络爬虫，机器人等；即一个抽象概念；所有Subject都绑定到SecurityManager，与Subject的所有交互都会委托给SecurityManager；可以把Subject认为是一个门面；SecurityManager才是实际的执行者
SecurityManager
SecurityManager 是 Shiro的核心，初始化时协调各个模块运行。然而，一 旦 SecurityManager协调完毕，SecurityManager 会被单独留下，且我 们只需要去操作Subject即可，无需操SecurityManager 。 但是我们 得知道，当我们正与一个 Subject 进行交互时，实质上是 SecurityManager在处理 Subject 安全操作
Shiro
Shiro从从Realm获取安全数据（如用户、角色、权限），就是说SecurityManager要验证用户身份，那么它需要从Realm获取相应的用户进行比较以确定用户身份是否合法；也需要从Realm得到用户相应的角色/权限进行验证用户是否能进行操作；可以把Realm看成DataSource，即安全数据源。

常用shiro 注解
@RequiresAuthentication
验证用户是否登录，等同于方法subject.isAuthenticated() 结果为true时。
@ RequiresUser
验证用户是否被记忆，user有两种含义： 一种是成功登录的（subject.isAuthenticated() 结果为true）； 另外一种是被记忆的（ subject.isRemembered()结果为true）。
@ RequiresGuest
验证是否是一个guest的请求，与@ RequiresUser完全相反。 换言之，RequiresUser == ! RequiresGuest 。 此时subject.getPrincipal() 结果为null.
@ RequiresRoles
例如：@RequiresRoles(“aRoleName”);void someMethod(); 如果subject中有aRoleName角色才可以访问方法someMethod。如果没有这个 权限则会抛出异常AuthorizationException。
@RequiresPermissions
例如： @RequiresPermissions( {“file:read”, “write:aFile.txt”} ) void someMethod();要求subject中必须同时含有file:read和write:aFile.txt的权限才能执行方法someMethod()。否则抛出异常AuthorizationException。

shiro和spring security差别

Spring security 与apache shiro 差别：
a)shiro配置更加容易理解，容易上手；security配置相对比较难懂。
b)在spring的环境下，security整合性更好。Shiro对很多其他的框架兼容性更好，号称是无缝集成。
c)shiro 不仅仅可以使用在web中，它可以工作在任何应用环境中。 d)在集群会话时Shiro最重要的一个好处或许就是它的会话是独立于容器的。 e)Shiro提供的密码加密使用起来非常方便。
d)控制精度： 注解方式控制权限只能是在方法上控制，无法控制类级别访问。