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暑假的时候在学习了 Spring Security 并成功运用到了项目中。 在实践中摸索出了一套结合 json + jwt(json web token) + Spring Boot + Spring Security 技术的权限方案趁着国庆假期记录一下。
以下所有步骤的源码可以从我的 github 上取得。如果要了解，请阅读 readme.md。
各个技术的简要介绍
json : 与前端交互的数据交换格式
个人理解上，它的特点是可以促进 web 前后端解耦，提升团队的工作效率。 同时也是跟安卓端和 iOS 端交互的工具，目前是没想出除了 json 和 XML 之外的交流形式诶（或许等以后有空闲时间会看看）。
它的另一个特点是轻量级，简洁和清晰的层次可以方便我们阅读和编写，并且减少服务器带宽占用。
jwt (json web token)
用人话讲就是将用户的身份信息（账号名字）、其他信息（不固定，根据需要增加）在用户登陆时提取出来，并且通过加密手段加工成一串密文，在用户登陆成功时带在返回结果发送给用户。以后用户每次请求时均带上这串密文，服务器根据解析这段密文判断用户是否有权限访问相关资源，并返回相应结果。
从网上摘录了一些优点，关于 jwt 的更多资料感兴趣的读者可以自行谷歌：
- 相比于session，它无需保存在服务器，不占用服务器内存开销。
- 无状态、可拓展性强：比如有3台机器（A、B、C）组成服务器集群，若session存在机器A上，session只能保存在其中一台服务器，此时你便不能访问机器B、C，因为B、C上没有存放该Session，而使用token就能够验证用户请求合法性，并且我再加几台机器也没事，所以可拓展性好就是这个意思。
- 由 2 知，这样做可就支持了跨域访问。
Spring Boot
Spring Boot 是一个用来简化 Spring 应用的搭建以及开发过程的框架。用完后会让你大呼 : "wocao! 怎么有这么方便的东西! mama 再也不用担心我不会配置 xml 配置文件了!"。
Spring Security
这是 Spring Security 提供的一个安全权限控制框架，可以根据使用者的需要定制相关的角色身份和身份所具有的权限，完成黑名单操作、拦截无权限的操作。配合 Spring Boot 可以快速开发出一套完善的权限系统。
本次技术方案中 Spring Security 执行流程
[图片上传失败...(image-467f5c-1542182301755)]
从图中可以看出本次执行流程围绕着的就是 token。
用户通过登陆操作获得我们返回的 token 并保存在本地。在以后每次请求都在请求头中带上 token ，服务器在收到客户端传来的请求时会判断是否有 token ，若有，解析 token 并写入权限到本次会话，若无直接跳过解析 token 的步骤，然后判断本次访问的接口是否需要认证，是否需要相应的权限，并根据本次会话中的认证情况做出反应。
动手实现这个安全框架
步骤一 ： 建立项目，配置好数据源
- 使用 Itellij Idea 建立一个 Spring Boot 项目
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选择 Web 、Security 、 Mybatis 和 JDBC 四个组件。
- 在数据库中建立所需的数据库 spring_security
[图片上传失败...(image-8360f1-1542182301755)]
- 在 spring boot 配置文件 application.properties 中配置好数据源
[图片上传失败...(image-7c6dd5-1542182301755)]
- 启动项目查看 Spring Boot 是否替我们配置好 Spring Security 了。
[图片上传失败...(image-dd0544-1542182301755)]
若是正确启动了，可以看到 Spring Security 生成了一段默认密码。
我们访问 localhost:8080 会弹出一个 basic 认证框
输入 用户名 user 密码 前面自动生成的密码 便可得到通过的返回消息（返回 404，因为我们还未建立任何页面）
输入 错误的用户名或者密码会返回 401 ，提示未认证
如果你走到了这一步，意味着你已经配置好了所需要的环境，接下来就跟着进入下一步吧！
步骤二 ： 生成我们的 jwt
在这一步我们将学习如何根据我们的需要生成我们定制的 token ！
- 关闭 Spring Boot 替我们配置好的 Spring Security。（因为默认配置好的 Spring Security 会拦截掉我们定制的登陆接口）
创建 Spring Security 配置类 WebSecurityConfig.java
@Configuration // 声明为配置类
@EnableWebSecurity // 启用 Spring Security web 安全的功能
public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
http
.authorizeRequests()
.anyRequest().permitAll() // 允许所有请求通过
.and()
.csrf()
.disable() // 禁用 Spring Security 自带的跨域处理
.sessionManagement() // 定制我们自己的 session 策略
.sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS); // 调整为让 Spring Security 不创建和使用 session
}
}
- 在数据库中建立相应的用户和角色。
创建用户表 user
[图片上传失败...(image-d79e6e-1542182301755)]
其中各个属性和作用如下:
- username : 用户名
- password : 密码
- role_id : 用户所属角色编号
- last_password_change : 最后一次密码修改时间
- enable : 是否启用该账号，可以用来做黑名单
创建角色表 role
[图片上传失败...(image-12e62b-1542182301755)]
其中各个属性作用如下:
- role_id : 角色相应 id
- role_name : 角色的名称
- auth : 角色所拥有的权限
- 编写相应的登陆密码判断逻辑
因为登陆功能很容易实现，这里就不写出来占地方了哎。
- 编写 token 操作类（生成 token 部分）
因为网上有造好的轮子，我们可以直接拿来做些修改就可以使用了。
使用 maven 导入网上造好的 jwt 轮子
io.jsonwebtoken
jjwt
0.4
建立我们自己的 token 操作类 TokenUtils.java
public class TokenUtils {
private final Logger logger = Logger.getLogger(this.getClass());
@Value("${token.secret}")
private String secret;
@Value("${token.expiration}")
private Long expiration;
/**
* 根据 TokenDetail 生成 Token
*
* @param tokenDetail
* @return
*/
public String generateToken(TokenDetail tokenDetail) {
Map claims = new HashMap();
claims.put("sub", tokenDetail.getUsername());
claims.put("created", this.generateCurrentDate());
return this.generateToken(claims);
}
/**
* 根据 claims 生成 Token
*
* @param claims
* @return
*/
private String generateToken(Map claims) {
try {
return Jwts.builder()
.setClaims(claims)
.setExpiration(this.generateExpirationDate())
.signWith(SignatureAlgorithm.HS512, this.secret.getBytes("UTF-8"))
.compact();
} catch (UnsupportedEncodingException ex) {
//didn't want to have this method throw the exception, would rather log it and sign the token like it was before
logger.warn(ex.getMessage());
return Jwts.builder()
.setClaims(claims)
.setExpiration(this.generateExpirationDate())
.signWith(SignatureAlgorithm.HS512, this.secret)
.compact();
}
}
/**
* token 过期时间
*
* @return
*/
private Date generateExpirationDate() {
return new Date(System.currentTimeMillis() + this.expiration * 1000);
}
/**
* 获得当前时间
*
* @return
*/
private Date generateCurrentDate() {
return new Date(System.currentTimeMillis());
}
}
这个工具类的目前做的事情是 :
- 把用户名封装进下载的轮子的 token 的主体 claims 中，并在里面封装了当前时间（方便后面判断 token 是否在修改密码之前生成的）
- 再计算 token 过期的时间写入到 轮子的 token 中
- 对 轮子的 token 进行撒盐加密，生成一串字符串，即我们定制的 token
生成定制 token 的方法的入参 TokenDetail 的定义如下
public interface TokenDetail {
//TODO: 这里封装了一层，不直接使用 username 做参数的原因是可以方便未来增加其他要封装到 token 中的信息
String getUsername();
}
public class TokenDetailImpl implements TokenDetail {
private final String username;
public TokenDetailImpl(String username) {
this.username = username;
}
@Override
public String getUsername() {
return this.username;
}
}
同时这个工具类把加密 token 撒盐的字符串和 token 的过期时间提取到了 application.properties 中
# token 加密密钥
token.secret=secret
# token 过期时间，以秒为单位，604800 是 一星期
token.expiration=604800
- 至此，我们生成 token 的教程已经完成，至于登陆接口，判断账号密码是否正确的操作就留给读者去实现，读者只需在登陆成功时在结果中返回生成好的 token 给用户即可。
步骤三 : 实现验证 token 是否有效，并根据 token 获得账号详细信息（权限，是否处于封号状态）的功能
- 分析实现的过程
在步骤二中，我们把用户的的 username 、 token 创建的时间 、 token 过期的时间封装到了加密过后的 token 字符串中，就是为了服务此时我们验证用户权限的目的。
假设我们此时拿到了用户传递过来的一串 token，并且要根据这串 token 获得用户的详情可以这样做：
A. 尝试解析这串 token ，若成功解析出来，进入下一步，否则终止解析过程
B. 根据解析出来的 username 从数据库中查找用户的账号，最后一次密码修改的时间，权限，是否封号等用户详情信息，把这些信息封装到一个实体类中（userDetail类)。若查找不到该用户，终止解析进程
C. 检查 userDetail 中记录的封号状态，若是账号已被封号，返回封号结果，终止请求
D. 根据 userDtail 比较 token 是否处于有效期内，若不处于有效期内，终止解析过程，否则继续
E. 将 userDetail 中记录的用户权限写入本次请求会话中，解析完成。
可参考下图理解：
[图片上传失败...(image-8afa6c-1542182301755)]
下面开始动手实现
- 尝试解析 token 获得 username
/**
* 从 token 中拿到 username
*
* @param token
* @return
*/
public String getUsernameFromToken(String token) {
String username;
try {
final Claims claims = this.getClaimsFromToken(token);
username = claims.getSubject();
} catch (Exception e) {
username = null;
}
return username;
}
/**
* 解析 token 的主体 Claims
*
* @param token
* @return
*/
private Claims getClaimsFromToken(String token) {
Claims claims;
try {
claims = Jwts.parser()
.setSigningKey(this.secret.getBytes("UTF-8"))
.parseClaimsJws(token)
.getBody();
} catch (Exception e) {
claims = null;
}
return claims;
}
在这段代码中，我们先对 token 进行解密，获得 token 中封装好的主体部分 claims (前面第二部引入的 别人造好的轮子)，然后尝试获得里面封装的 username 字符串。
- 从数据库中获得用户详情 userDetail
这里我们将实现 Spring Security 的一个 UserDetailService 接口，这个接口只有一个方法, loadUserByUsername。流程图如下
[图片上传失败...(image-35a39e-1542182301755)]
代码如下:
public class UserDetailsServiceImpl implements UserDetailsService {
@Autowired
private UserMapper userMapper;
/**
* 获取 userDetail
* @param username
* @return
* @throws UsernameNotFoundException
*/
@Override
public UserDetails loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException {
User user = this.userMapper.getUserFromDatabase(username);
if (user == null) {
throw new UsernameNotFoundException(String.format("No user found with username '%s'.", username));
} else {
return SecurityModelFactory.create(user);
}
}
}
public class User implements LoginDetail, TokenDetail {
private String username;
private String password;
private String authorities;
private Long lastPasswordChange;
private char enable;
// 省略构造器和 getter setter 方法
}
public class SecurityModelFactory {
public static UserDetailImpl create(User user) {
Collection authorities;
try {
authorities = AuthorityUtils.commaSeparatedStringToAuthorityList(user.getAuthorities());
} catch (Exception e) {
authorities = null;
}
Date lastPasswordReset = new Date();
lastPasswordReset.setTime(user.getLastPasswordChange());
return new UserDetailImpl(
user.getUsername(),
user.getUsername(),
user.getPassword(),
lastPasswordReset,
authorities,
user.enable()
);
}
}
其中获得未处理过的用户详细信息 User 类的 mapper 类定义如下:
public interface UserMapper {
User getUserFromDatabase(@Param("username") String username);
}
相应的 xml 文件为 :
至此，我们已经完成获取用户详细信息的的功能了。接下来只要限制接口的访问权限，并要求用户访问接口时带上 token 即可实现对权限的控制。
步骤四 : 定义解析 token 的拦截器
老规矩，上流程图:
[图片上传失败...(image-c6d001-1542182301755)]
下面定义这个拦截器
public class AuthenticationTokenFilter extends UsernamePasswordAuthenticationFilter {
/**
* json web token 在请求头的名字
*/
@Value("${token.header}")
private String tokenHeader;
/**
* 辅助操作 token 的工具类
*/
@Autowired
private TokenUtils tokenUtils;
/**
* Spring Security 的核心操作服务类
* 在当前类中将使用 UserDetailsService 来获取 userDetails 对象
*/
@Autowired
private UserDetailsService userDetailsService;
@Override
public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
// 将 ServletRequest 转换为 HttpServletRequest 才能拿到请求头中的 token
HttpServletRequest httpRequest = (HttpServletRequest) request;
// 尝试获取请求头的 token
String authToken = httpRequest.getHeader(this.tokenHeader);
// 尝试拿 token 中的 username
// 若是没有 token 或者拿 username 时出现异常，那么 username 为 null
String username = this.tokenUtils.getUsernameFromToken(authToken);
// 如果上面解析 token 成功并且拿到了 username 并且本次会话的权限还未被写入
if (username != null && SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication() == null) {
// 用 UserDetailsService 从数据库中拿到用户的 UserDetails 类
// UserDetails 类是 Spring Security 用于保存用户权限的实体类
UserDetails userDetails = this.userDetailsService.loadUserByUsername(username);
// 检查用户带来的 token 是否有效
// 包括 token 和 userDetails 中用户名是否一样， token 是否过期， token 生成时间是否在最后一次密码修改时间之前
// 若是检查通过
if (this.tokenUtils.validateToken(authToken, userDetails)) {
// 生成通过认证
UsernamePasswordAuthenticationToken authentication = new UsernamePasswordAuthenticationToken(userDetails, null, userDetails.getAuthorities());
authentication.setDetails(new WebAuthenticationDetailsSource().buildDetails(httpRequest));
// 将权限写入本次会话
SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication);
}
if (!userDetails.isEnabled()){
response.setCharacterEncoding("UTF-8");
response.setContentType("application/json;charset=UTF-8");
response.getWriter().print("{\"code\":\"452\",\"data\":\"\",\"message\":\"账号处于黑名单\"}");
return;
}
}
chain.doFilter(request, response);
}
}
其中检查 token 是否有效的 tokenUtils.validateToken(authToken, userDetails) 方法定义如下:
/**
* 检查 token 是否处于有效期内
* @param token
* @param userDetails
* @return
*/
public Boolean validateToken(String token, UserDetails userDetails) {
UserDetailImpl user = (UserDetailImpl) userDetails;
final String username = this.getUsernameFromToken(token);
final Date created = this.getCreatedDateFromToken(token);
return (username.equals(user.getUsername()) && !(this.isTokenExpired(token)) && !(this.isCreatedBeforeLastPasswordReset(created, user.getLastPasswordReset())));
}
/**
* 获得我们封装在 token 中的 token 创建时间
* @param token
* @return
*/
public Date getCreatedDateFromToken(String token) {
Date created;
try {
final Claims claims = this.getClaimsFromToken(token);
created = new Date((Long) claims.get("created"));
} catch (Exception e) {
created = null;
}
return created;
}
/**
* 获得我们封装在 token 中的 token 过期时间
* @param token
* @return
*/
public Date getExpirationDateFromToken(String token) {
Date expiration;
try {
final Claims claims = this.getClaimsFromToken(token);
expiration = claims.getExpiration();
} catch (Exception e) {
expiration = null;
}
return expiration;
}
/**
* 检查当前时间是否在封装在 token 中的过期时间之后，若是，则判定为 token 过期
* @param token
* @return
*/
private Boolean isTokenExpired(String token) {
final Date expiration = this.getExpirationDateFromToken(token);
return expiration.before(this.generateCurrentDate());
}
/**
* 检查 token 是否是在最后一次修改密码之前创建的（账号修改密码之后之前生成的 token 即使没过期也判断为无效）
* @param created
* @param lastPasswordReset
* @return
*/
private Boolean isCreatedBeforeLastPasswordReset(Date created, Date lastPasswordReset) {
return (lastPasswordReset != null && created.before(lastPasswordReset));
}
步骤五 : 注册步骤四的拦截器，使它在 Spring Security 读取本次会话权限前将用户所具有的权限写入本次会话中
在 SpringSecurity 的配置类 WebSecurityConfig.java 中添加如下配置
public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
/**
* 注册 token 转换拦截器为 bean
* 如果客户端传来了 token ，那么通过拦截器解析 token 赋予用户权限
*
* @return
* @throws Exception
*/
@Bean
public AuthenticationTokenFilter authenticationTokenFilterBean() throws Exception {
AuthenticationTokenFilter authenticationTokenFilter = new AuthenticationTokenFilter();
authenticationTokenFilter.setAuthenticationManager(authenticationManagerBean());
return authenticationTokenFilter;
}
@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
http
.authorizeRequests()
.antMatchers("/auth").authenticated() // 需携带有效 token
.antMatchers("/admin").hasAuthority("admin") // 需拥有 admin 这个权限
.antMatchers("/ADMIN").hasRole("ADMIN") // 需拥有 ADMIN 这个身份
.anyRequest().permitAll() // 允许所有请求通过
.and()
.csrf()
.disable() // 禁用 Spring Security 自带的跨域处理
.sessionManagement() // 定制我们自己的 session 策略
.sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS); // 调整为让 Spring Security 不创建和使用 session
/**
* 本次 json web token 权限控制的核心配置部分
* 在 Spring Security 开始判断本次会话是否有权限时的前一瞬间
* 通过添加过滤器将 token 解析，将用户所有的权限写入本次 Spring Security 的会话
*/
http
.addFilterBefore(authenticationTokenFilterBean(), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);
}
}
其中我们将步骤四中定义的拦截器注册到 Spring 中成为一个 bean ，并登记在 Spring Security 开始判断本次会话是否有权限时的前一瞬间通过添加过滤器将 token 解析，将用户所有的权限写入本次会话。
其次，我们添加了三个 ant 风格的地址拦截规则 :
- /auth : 要求携带有效的 token
- /admin : 要求携带 token 所对应的账号具有 admin 这个权限
- /ADMIN : 要求携带 token 对应的张账号具有 ROLE_ADMIN 这个身份
启动程序到 8080 端口，通过 /login 接口登陆 guest 账号，对 /auth 接口尝试访问，结果如下 :
[图片上传失败...(image-74c149-1542182301755)]
显然，因为 token 有效，所以成功通过了拦截
接下来尝试访问 /admin 接口，结果如下 :
[图片上传失败...(image-cf8b1f-1542182301755)]
显然，因为携带的 token 不具有 admin 这个权限，所以请求被拦截拦截
至此，我们已经完成了一套权限简单的权限规则系统，在下一步中，我们将对无权限访问的返回结果进行优化，并结束这次总结。
步骤六 : 完善 401 和 403 返回结果
定义 401 处理器，实现 AuthenticationEntryPoint 接口
public class EntryPointUnauthorizedHandler implements AuthenticationEntryPoint {
/**
* 未登录或无权限时触发的操作
* 返回 {"code":401,"message":"小弟弟，你没有携带 token 或者 token 无效！","data":""}
* @param httpServletRequest
* @param httpServletResponse
* @param e
* @throws IOException
* @throws ServletException
*/
@Override
public void commence(HttpServletRequest httpServletRequest, HttpServletResponse httpServletResponse, AuthenticationException e) throws IOException, ServletException {
//返回json形式的错误信息
httpServletResponse.setCharacterEncoding("UTF-8");
httpServletResponse.setContentType("application/json");
httpServletResponse.getWriter().println("{\"code\":401,\"message\":\"小弟弟，你没有携带 token 或者 token 无效！\",\"data\":\"\"}");
httpServletResponse.getWriter().flush();
}
}
定义 403 处理器，实现 AccessDeniedHandler 接口
@Component
public class MyAccessDeniedHandler implements AccessDeniedHandler {
@Override
public void handle(HttpServletRequest httpServletRequest, HttpServletResponse httpServletResponse, AccessDeniedException e) throws IOException, ServletException {
//返回json形式的错误信息
httpServletResponse.setCharacterEncoding("UTF-8");
httpServletResponse.setContentType("application/json");
httpServletResponse.getWriter().println("{\"code\":403,\"message\":\"小弟弟，你没有权限访问呀！\",\"data\":\"\"}");
httpServletResponse.getWriter().flush();
}
}
将这两个处理器配置到 SpringSecurity 的配置类中 :
public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
/**
* 注册 401 处理器
*/
@Autowired
private EntryPointUnauthorizedHandler unauthorizedHandler;
/**
* 注册 403 处理器
*/
@Autowired
private MyAccessDeniedHandler accessDeniedHandler;
...
@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
http
...
// 配置被拦截时的处理
.exceptionHandling()
.authenticationEntryPoint(this.unauthorizedHandler) // 添加 token 无效或者没有携带 token 时的处理
.accessDeniedHandler(this.accessDeniedHandler) //添加无权限时的处理
...
}
}
尝试以 guest 的身份访问 /admin 接口，结果如下:
[图片上传失败...(image-d446ea-1542182301755)]
嘻嘻，显然任务完成啦！！！（这个接口也可以用 lamda 表达式配置，这个留给大家去探索啦~~~）
溜了溜了……