微服务架构 | 7.1 基于 OAuth2 的安全认证

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前言

《Spring Microservices in Action》
《Spring Cloud Alibaba 微服务原理与实战》
《B站 尚硅谷 SpringCloud 框架开发教程 周阳》

OAuth2 是一个基于令牌的安全验证和授权框架。他允许用户使用第三方验证服务进行验证。 如果用户成功进行了验证， 则会出示一个令牌，该令牌必须与每个请求一起发送。然后，验证服务可以对令牌进行确认；

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1. OAuth2 基础知识

1.1 安全性的 4 个组成部分

• 受保护资源：Resource Server，开发人员想要保护的资源（如一个微服务），需要确保只有已通过验证并且具有适当授权的用户才能访问它；
• 资源所有者：Resource Owner，资源所有者定义哪些应用程序可以调用其服务，哪些用户可以访问该服务，以及他们可以使用该服务完成哪些事情。 资源所有者注册的每个应用程序都将获得一个应用程序名称，该应用程序名称与应用程序密钥一起标识应用程序。 应用程序名称和密钥的组合是在验证 OAuth2 令牌时传递的凭据的一部分；
• 应用程序：Client，这是代表用户调用服务的应用程序。毕竟，用户很少直接调用服务 。相反，他们依赖应用程序为他们工作。
• OAuth2 验证服务器：Authorization Server，OAuth2 验证服务器是应用程序和正在使用的服务之间的中间人。 OAuth2 验证服务器允许用户对自己进行验证，而不必将用户凭据传递给由应用程序代表用户调用的每个服务；

1.2 OAuth2 的工作原理

• 第三方客户端向资源所有者（用户）申请认证请求；
• 【关键】用户同意请求，返回一个许可；
• 客户端根据许可向认证服务器申请认证令牌 Token；
• 客户端根据认证令牌向资源服务器申请相关资源；

1.3 OAuth2 规范的 4 种类型的授权

• 密码（ password ) ；
• 客户端凭据（ client credential ) ;；
• 授权码（ authorization code) ；
• 隐式（ imp licit ）；

1.4 OAuth2 的优势

• 允许开发人员轻松与第三方云服务提供商集成，并使用这些服务进行用户验证和授权，而无须不断地将用户的凭据传递给第三方服务；

1.5 OAuth2 核心原理

• 先有一个 OAuth2 认证服务器，用来创建和管理 OAuth2 访问令牌；
• 接着在受保护资源主程序类上添加一个注解：@EnableResourceServer，该注解会强制执行一个过滤器，该过滤器会拦截对服务的所有传入调用，检查传入调用的 HTTP 首部中是否存在 OAuth2 访问令牌，然后调用 security.oauth2.resource.userInfoUri 中定义的回调 URL 告诉客户端与 OAuth2 认证服务器交互，查看令牌是否有效；
• 一旦获悉令牌是有效的，＠EnableResourceServer 注解也会应用任何访问控制规则，以控制什么人可以访问服务；

1.6 JSON Web Token

• 考虑到篇幅有限，JWT 相关令牌存储将在《微服务架构 | 7.2 构建使用 JWT 令牌存储的 OAuth2 安全认证》中讲解；

2. 建立 OAuth2 服务器

• 验证服务将验证用户凭据并颁发令牌；
• 每当用户尝试访问由，如正服务保护的服务时，验证服务将确认 OAuth2 令牌是否已由其颁发并且尚未过期；

2.1 引入 pom.xml 依赖文件

<dependency> 
	<groupid>org.springframework.cloudgroupid> 
	<artifactid>spring-cloud-securityartifactid> 
dependency> 

<dependency>
	<groupId>org.springframework.cloudgroupId>
	<artifactId>spring-cloud-starter-oauth2artifactId>
dependency>

2.2 主程序类上添加注解

• @EnableAuthorizationServer：该服务将作为 OAuth2 服务；
• @EnableResourceServer：表示该服务是受保护资源；（该注解在 3.3 详解）

2.3 添加受保护对象的端点

在 controller 包下；

• 该端点将映射到 /auth/user 端点，当受保护的服务调用 /auth/user 时，将会确认 OAuth2 访问令牌，并检索发文手背欧虎服务所分配的角色；

/**
 * 用户信息校验
 * 由受保护服务调用，确认 OAuth2 访问令牌，并检索访问受保护服务的用户所分配的角色
 * @param OAuth2Authentication 信息
 * @return 用户信息
 */
@RequestMapping(value = { "/user" }, produces = "application/json")
public Map<String, Object> user(OAuth2Authentication user) {
    Map<String, Object> userInfo = new HashMap<>();
    userInfo.put("user", user.getUserAuthentication().getPrincipal());
    userInfo.put("authorities", AuthorityUtils.authorityListToSet(user.getUserAuthentication().getAuthorities()));
    return userInfo;
}

2.4 定义哪些应用程序可以使用服务

在 config 包下；

• ClientDetailsServiceConfigurer 支持两种类型的储存：内存存储和JDBC存储，如下分点所示：

2.4.1 使用 JDBC 存储

• OAuth2Config 类：

@Configuration
//继承 AuthorizationServerConfigurerAdapter 类
public class OAuth2Config extends AuthorizationServerConfigurerAdapter {

    @Autowired
    private DataSource dataSource;
    @Autowired
    private AuthenticationManager authenticationManager;
    @Autowired
    private UserDetailsService userDetailsService;

    @Override
    //定义哪些客户端将注册到服务
    public void configure(ClientDetailsServiceConfigurer clients) throws Exception {
        //JDBC存储:
        JdbcClientDetailsService clientDetailsService = new JdbcClientDetailsService(dataSource);
        clientDetailsService.setSelectClientDetailsSql(SecurityConstants.DEFAULT_SELECT_STATEMENT); //设置我们的自定义的sql查找语句
        clientDetailsService.setFindClientDetailsSql(SecurityConstants.DEFAULT_FIND_STATEMENT); //设置我们的自定义的sql查找语句
        clients.withClientDetails(clientDetailsService); //从 jdbc 查出数据来存储
    }
    
    @Override
    //使用 Spring 提供的默认验证管理器和用户详细信息服务
    public void configure(AuthorizationServerEndpointsConfigurer endpoints) throws Exception {
      endpoints
        .authenticationManager(authenticationManager)
        .userDetailsService(userDetailsService);
    }
}

• SecurityConstants 类：里面存放上述提到的 SQL 查询语句；

public interface SecurityConstants {
    /**
     * sys_oauth_client_details 表的字段，不包括client_id、client_secret
     */
    String CLIENT_FIELDS = "client_id, client_secret, resource_ids, scope, "
            + "authorized_grant_types, web_server_redirect_uri, authorities, access_token_validity, "
            + "refresh_token_validity, additional_information, autoapprove";

    /**
     *JdbcClientDetailsService 查询语句
     */
    String BASE_FIND_STATEMENT = "select " + CLIENT_FIELDS + " from sys_oauth_client_details";

    /**
     * 默认的查询语句
     */
    String DEFAULT_FIND_STATEMENT = BASE_FIND_STATEMENT + " order by client_id";

    /**
     * 按条件client_id 查询
     */
    String DEFAULT_SELECT_STATEMENT = BASE_FIND_STATEMENT + " where client_id = ?";
}

2.4.2 使用内存储存

@Configuration
//继承 AuthorizationServerConfigurerAdapter 类
public class OAuth2Config extends AuthorizationServerConfigurerAdapter {

    @Autowired
    private AuthenticationManager authenticationManager;
    @Autowired
    private UserDetailsService userDetailsService;

    @Override
    //定义哪些客户端将注册到服务
    public void configure(ClientDetailsServiceConfigurer clients) throws Exception {
        clients.inMemory()
                .withClient("eagleeye")  //名称
                .secret("thisissecret")  //密钥
                .authorizedGrantTypes("refresh_token", "password", "client_credentials")  //授权类型列表
                .scopes("webclient", "mobileclient");  //获取访问令牌时可以操作的范围
    }

    @Override
    //使用 Spring 提供的默认验证管理器和用户详细信息服务
    public void configure(AuthorizationServerEndpointsConfigurer endpoints) throws Exception {
      endpoints
        .authenticationManager(authenticationManager)
        .userDetailsService(userDetailsService);
    }
}

2.5 为应用程序定义用户 ID、密码和角色

在 config 包下：

• 可以从内存数据存储、支持 JDBC 的关系数据库或 LDAP 服务器中存储和检索用户信息；

@Configuration
@EnableWebSecurity
//扩展核心 Spring Security 的 WebSecurityConfigurerAdapter
public class WebSecurityConfigurer extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    //用来处理验证
    @Override
    @Bean
    public AuthenticationManager authenticationManagerBean() throws Exception {
        return super.authenticationManagerBean();
    }

    //处理返回用户信息
    @Override
    @Bean
    public UserDetailsService userDetailsServiceBean() throws Exception {
        return super.userDetailsServiceBean();
    }
    
    //configure() 方法定义用户、密码与角色
    @Override
    protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        auth
                .inMemoryAuthentication()
                .withUser("john.carnell").password("password1").roles("USER")
                .and()
                .withUser("william.woodward").password("password2").roles("USER", "ADMIN");
    }
}

• 上述例子中 john.carnell 用户拥有 USER 用户；
• william.woodward 拥有 ADMIN 用户；

2.6 通过发送 POST 请求验证用户

• 发送：POST http://localhost:8901/auth/oauth/token；
• 并在 POST 的请求体里带上应用程序名称、密钥、用户 ID 和密码，可以模拟用户获取 OAuth2 令牌；

3. 使用 OAuth2 建立并保护服务资源

• 创建和管理 OAuth2 访问令牌是 OAuth2 服务器的职责；
• 定义哪些用户角色有权执行哪些操作在单个服务级别上的；

3.1 引入 pom.xml 依赖文件

<dependency> 
	<groupid>org.springframework.cloudgroupid> 
	<artifactid>spring-cloud-securityartifactid> 
dependency> 

<dependency>
	<groupId>org.springframework.security.oauthgroupId>
	<artifactId>spring-security-oauth2artifactId>
dependency>

3.2 添加 bootstrap.yml 配置文件

security:
  oauth2:
   resource:
      userInfoUri: http://localhost:8901/auth/user

• 这里添加回调 URL，客户端访问受保护服务时，受保护服务将调用 /auth/user 端点，向 OAuth2 服务器检查访问令牌是否生效；

3.3 在主程序类上添加注解

• @EnableResourceServer：表示该服务是受保护资源；
• 该注解会强制执行一个过滤器，该过滤器会拦截对服务的所有传入调用，检查传入调用的 HTTP 首部中是否存在 OAuth2 访问令牌，然后调用 security.oauth2.resource.userInfoUri 中定义的回调 URL 来查看令牌是否有效；
• 一旦获悉令牌是有效的，＠EnableResourceServer 注解也会应用任何访问控制规则，以控制什么人可以访问服务；

@SpringBootApplication
@EnableEurekaClient
@EnableCircuitBreaker //断路器
@EnableResourceServer //表示受保护资源
public class Application {
    //注入一个过滤器，会拦截对服务的所有传入调用
    @Bean
    public Filter userContextFilter() {
        UserContextFilter userContextFilter = new UserContextFilter();
        return userContextFilter;
    }

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
}

3.4 定义访问控制规则

在 config 包或 security 包下；

• 要定义访问控制规则，需要扩展 ResourceServerConfigurerAdapter 类井覆盖 configure() 方法；
• 有多种定义方法，这里给出常见的两种定义示例：

3.4.1 通过验证用户保护服务

• 即：只由已通过身份验证的用户访问；

//必须使用该注解，且需要扩展 ResourceServerConfigurerAdapter 类
@Configuration
public class ResourceServerConfiguration extends ResourceServerConfigurerAdapter {
    //访问规则在 configure() 方法中定义，并且通过传入方法的 HttpSecurity 对象配置
    @Override
    public void configure(HttpSecurity http) throws Exception{
        http.authorizeRequests().anyRequest().authenticated();
    }
}

• anyRequest().authenticated() 表示需要由已通过验证的用户访问；

3.4.2 通过特定角色保护服务

• 限制只有 ADMIN 用户才能调用该服务的 DELETE 方法；

@Configuration
public class ResourceServerConfiguration extends ResourceServerConfigurerAdapter {
    @Override
    public void configure(HttpSecurity http) throws Exception{
        http
        .authorizeRequests()
          .antMatchers(HttpMethod.DELETE, "/v1/xxxservices/**")  //运行部开发人员限制对受保护的 URL 和 HTTP DELETE 动词的调用
          .hasRole("ADMIN")  //允许访问的角色列表
          .anyRequest()
          .authenticated();
    }
}

• anyRequest().authenticated() 表示仍需要由已通过验证的用户访问；
• 结合本篇《2.5 为应用程序定义用户 ID、密码和角色》的示例，这里使用 john.carnell USER 用户访问资源将被拒绝，而使用 william.woodward ADMIN 用户访问资源将被通过；

4. 在上下游服务中传播 OAuth2 访问令牌

• 用户已经向 OAuth2 服务器进行了验证，调用 EagleEye Web 客户端；
• EagleEye Web 应用程序（ OAuth2 服务器）将通过 HTTP 首都 Authorization 添加 OAuth2 访问令牌；
• Zuul 将查找许可证服务端点，然后将调用转发到其中一个许可证服务的服务器；
• 服务网关需要从传入的调用中复制 HTTP 首部 Authorization；
• 受保护服务使用 OAuth2 服务器确认令牌；

4.1 配置服务网关的黑名单

在 Zuul 的 application.yml 的配置文件里；

• 因为在整个验证流程中，我们需要将 HTTP 首部 Authorization 传递上下游进行权限认证；

• 但在默认情况下，Zuul 不会将敏感的 HTTP 首部（如 Cookie、Set-Cokkie 和 Authorization）转发到下游服务；

• 需要配置 Zuul 的黑名单放行 Authorization；

  zuul:
    sensitiveHeaders: Cookie , Set-Cookie
  

• 上述配置表示拦截 Cookie , Set-Cookie 传递下游，而 Authorization 会放行；

4.2 修改上游服务业务代码

• 业务代码需要保证将 HTTP 首部 Authorization 注入服务的上下游；

4.2.1 下游服务

• 这里的下游服务就是受保护的服务；
• 其构建方法同本篇的《3. 使用 OAuth2 建立并保护服务资源》

4.2.2 在上游服务中公开 OAuth2RestTemplate 类

可以在主程序类上，也可以在主程序所在包及其子包里创建类；

• 使该类可以被自动装配到调用另一个受 OAuth2 保护的服务；

  @Bean
  public OAuth2RestTemplate oauth2RestTemplate(OAuth2ClientContext oauth2ClientContext, OAuth2ProtectedResourceDetails details) {
      return new OAuth2RestTemplate(details, oauth2ClientContext);
  }
  

4.2.3 在上游服务中用 OAuth2RestTemplate 来传播 OAuth2 访问令牌

• 自动装配 OAuth2RestTemplate；

@Component
public class OrganizationRestTemplateClient {
    //OAuth2RestTemplate 是标准的 RestTemplate 的增强式替代品，可处理 OAuth2 访问令牌
    @Autowired
    OAuth2RestTemplate restTemplate;

    public Organization getOrganization(String organizationId){
        //调用组织服务的方式与标准的 RestTemplate 完全相同
        ResponseEntity<Organization> restExchange =
                restTemplate.exchange(
                        "http://zuulserver:5555/api/organization/v1/organizations/{organizationId}",
                        HttpMethod.GET,
                        null, Organization.class, organizationId);
        return restExchange.getBody();
    }
}

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最后

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