Spring Security OAuth2.0(5):Spring Security工作原理
文章目录
- 工作原理
-
- 结构总览
- 认证流程
- 授权流程
- AuthenticationProvider
- UserDetailsService
- PasswordEncoder
-
- 如何使用BCryptPasswordEncoder
- 授权流程
-
- 授权流程
- 授权决策
工作原理
结构总览
\qquad Spring Security 所解决的问题就是安全访问控制，而安全访问控制功能其实就是所有进入系统的请求进行拦截，校验每个请求是否能够访问它所期望的资源。Spring Security 对Web资源的保护是通过Filter入手的，所以从这个Filter入手，逐步深入Spring Security原理。
$\qquad%当初始化Spring Security时，会创建一个名为SpringSecurityFilterChain的Servlet过滤器，类型为org.springframework.security.web.FilterChainProxy，它实现了javax.servlet.Filter，因此外部的请求会经过此类，下面是Spring Security过滤器链结构图。
FilterChainProxy是一个代理，真正起作用的是FilterChainProxy中SecurityFilterChain所包含的各个Filter，同时这些Filter作为Bean被管理，它们是Spring Security核心，各有各的职责，但他们并不直接处理用户的认证，也不直接处理用户的授权，而是把它们交给认证管理器(AuthenticationManager)和决策管理器(AccessDecisionManager)进行处理，下图是FilterChainProxy相关类的UML图示。
spring security功能的实现主要是由一系列过滤器链相互配合完成。、
下面价绍过滤器链中主要的几个过滤器和其作用
- SecurityContextPersistenceFilter
这个Filter是整个拦截国车过的入口和出口，会在请求开始时从配置好的SecurityContextRepository中获取SecurityContext，然后把它设置给SecurityContextHolder。在请求完成后将SecurityContextHolder持有的SecurityContext再保存到配置好的SecurityContextRepository，同时清除SecurityContextHolder所持有的SecurityContext； - UsernamePasswordAuthenticationFilter
用于处理来自表单提交的认证。该表单必须提供对应的用户名和密码，其内部还有登录成功或失败后进行处理的AuthenticationSuccessHandler和AuthenticationFailureHandler，这些都是可以根据需求做出相关改变； - FilterSecurityInterceptor
用于保护Web资源的，使用AccessDecisionManager对当前用户进行授权访问。 - ExceptionTranslationFilter
能够捕获来自FilterChain所有的一场，并进行处理。但是它只会处理两类异常；AuthenticationException和AccessDeniedException，其它的异常它会继续抛出。
认证流程
认证过程：
- 用户提交用户名、密码被SecurityFilterChain中的UsernamePassowordAuthenticationFilter过滤器获取到，封装为请求的Authentication，通常情况下是UsernamePasswordAuthenticationToken这个实现类。
- 然后过滤器将Authentication提交至认证管理器(AuthenticationManager)进行认证
- 认证成功后，AuthenticationManager身份管理器返回一个被填满信了信息的Authentication(包含了全新信息，身份信息，细节信息，但是密码通常会被移除)实例。
- SecurityContextHolder 安全上下文容器将第3步填充了信息的Authentication，通过SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication()方法，设置到其中。
可以看到AuthenticationManager接口(认证管理器)是认证相关的核心接口，也是发起认证的出发点，它的实现类为ProviderManager。而Spring Security支持多种认证方式，因此ProviderManager维护着一个List列表，存放多种认证方式，最终实际的认证工作是由AuthenticationProvider完成的。咱们知道web表单的对应的AuthenticationProvider实现类为DaoAuthenticationProvider，它的内部又维护着一个UserDetailService负责UserDetails的获取。最终AuthenticationProvider将UserDetails填充至Authentication。
授权流程
Spring Security 可以通过http.authorizeRequests()对web请求进行授权保护。Spring Security 使用标准Filter建立了对web请求的拦截，最终实现对资源的授权访问。
AuthenticationProvider
\qquad 通过前面的Spring Security认证流程可以知，认证管理器(AuthenticationManager)委托AuthenticationProvider完成认证工作。
AuthenticationProvider是一个接口，定义如下
public interface AuthenticationProvider {
Authentication authenticate(Authentication var1) throws AuthenticationException;
boolean supports(Class<?> var1);
}
authenticate()方法定义了认证的实现过程，它的参数一个Authentication，里面包含了登录用户所提交的用户、密码等。而返回值也是一个Authentication，这个Authentication则是在认证成功后，将用户的权限及其他信息重新组装后生成。
\qquad Spring Security中维护着一个List列表，存放着多种认证方式，不同的认证方式使用不同的AuthenticationProvider。如使用用户名密码登录时，使用AuthenticationProvider1，短信登陆时使用AuthentcationProvider2等这样的例子。
\qquad 每个AuthenticationProvider需要实现 supports()方法来表明自己支持的认证方法，如我们使用表单方式认证，在提交请求时Spring Security会生成UsernamePasswordAuthenticationToekn，它是一个Authentication,里面封装着用户提交的用户名、密码信息。而对应着，哪个AuthenticationProvider来处理它？
我们在DaoAuthenticationProvider的基类AbstractUserDetailsAuthenticationProvider发现一下代码
public boolean supports(Class<?> authentication) {
return UsernamePasswordAuthenticationToken.class.isAssignableFrom(authentication);
}
也就是说当web表单提交用户名密码时，Spring Security由DaoAuthenticationProvider处理。
\qquad 最后，我们来看一下Authentication(认证信息)的结构，它是一个接口，我们之前提到的UsernamePasswordAuthenticationToken就是它的实现之一：
public interface Authentication extends Principal, Serializable {
Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();//权限列表
Object getCredentials();//凭证
Object getDetails();//用户信息
Object getPrincipal();//用户身份
boolean isAuthenticated();//是否用户认证通过
void setAuthenticated(boolean var1) throws IllegalArgumentException;
}
UserDetailsService
实现UserDetailsService接口
public interface UserDetailsService {
UserDetails loadUserByUsername(String var1) throws UsernameNotFoundException;
}
很多人把DaoAuthenticationProvider和UserDetailsService的职责搞混淆，其实UserDetailsService只负责从特定的地方(数据库)加载用户信息，仅此而已。而DaoAuthenticationProvider的职责更大，它完成完整的整个认证流程，同时会把UserDetails填充Authentication。
UserDetails是什么？
public interface UserDetails extends Serializable {
Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();
String getPassword();
String getUsername();
boolean isAccountNonExpired();
boolean isAccountNonLocked();
boolean isCredentialsNonExpired();
boolean isEnabled();
}
我们知道了它的结构，实现自己的实现类
@Service
public class SpringDataUserDetailsService implements UserDetailsService {
//根据用户名获取用户的信息
@Override
public UserDetails loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException {
//从数据库中查用户信息
System.out.println("查询用户username=" + username);
UserDetails userDetails = User.withUsername("xiaowang").password("111").authorities("p1").build();
return userDetails;
}
}
同时屏蔽掉内存定义的用户
启动服务器测试登录，可以看到它实际调用了我们自定义的UserDetailsService
PasswordEncoder
自定义解析器。
\qquad DaoAuthenticationProvider认证处理器通过UserDetailsService获取到UserDetails后，它是如何与请求Authentication中的密码做对比的？
\qquad 这里Spring Security为了适应多种多样的加密类型，又做了抽象，DaoAuthenticationProvider通过PasswordEncoder接口的matches方法进行密码的对比，而具体的密码对比细节取决于实现：
public interface PasswordEncoder {
String encode(CharSequence var1);
boolean matches(CharSequence var1, String var2);
default boolean upgradeEncoding(String encodedPassword) {
return false;
}
}
而Spring Securiy提供很多内置的PasswordEncoder，能够开箱即用，使用某种PasswordEncoder只需要进行如下声明即可，如下：
//密码编码器
@Bean
public PasswordEncoder passwordEncoder() { //原文密码比较
return NoOpPasswordEncoder.getInstance();
}
NoOpPasswordEncoder 采用字符串匹配方法，不对密码进行加密比较处理，密码比较流程如下：
- 用户输入密码（明文）
- DaoAuthenticationProvider获取UserDetails(其中存储了用户的正确密码)
- DaoAuthenticationProvider使用PasswordEncoder对输入的密码和正确的密码进行校验，密码一致则通过校验，否则校验失败。
\qquad NoPasswordEncoder的校验规则拿输入的密码和UserDetails中的正确密码进行字符串比较，字符串内容一致则校验成功，否则校验失败。
实际项目中推荐使用BCryptPasswordEncoder，Pkbdf2PasswordEncoder，ScrypePasswordEncoder等。
如何使用BCryptPasswordEncoder
BCryptPasswordEncoder并不需要引入新的依赖
在安全类中定义BCryptPasswordEncoder
//使用BCryptPasswordEncoder密码编码器
@Bean
public PasswordEncoder passwordEncoder() {
return new BCryptPasswordEncoder();
}
为了方便测试，这里需要使用BCrypt生成一个密码
由于加盐，所以每次生成的都是不同的密码，但是并不妨碍它的校验。
@RunWith(SpringRunner.class)
public class BcryptTest {
@Test
public void testBcyrpt() {
//BCrypt.gensalt() 生成盐
String hashpw = BCrypt.hashpw("123", BCrypt.gensalt());
System.out.println(hashpw);
//校验
boolean checkpw = BCrypt.checkpw("123", "$2a$10$NcYCXQUjgeCzc2NWWop6s.pz6KCW9QMaLkBYKu34Co38KTJ3ef2jW");
System.out.println(checkpw);
}
}
把用户的密码替换
再次启动测试登录
授权流程
授权流程
\qquad 通过前面我们知道，Spring Security 可以通过http.authorizeRequests()对web请求进行授权保护。Spring Security使用标准Filter建立了对web请求的拦截，最终实现对资源的授权访问。
分析授权流程：
- 拦截请求，已认证用户访问受保护的web资源将被SecurityFilterChain中的FilterSecurityInterceptor的子类拦截。
- 获取资源访问策略，FilterSecurityInterceptor会从SecurityMetadataSource的子类DefaultFilterInvocationSecurityMetadataSource获取要访问当前资源所需要的权限Collection
。
SecurityMetadataSource其实就是读取访问策略的抽象，而读取的内容，其实就是我们配置的访问规则，读取访问策略如：
http.authorizeRequests()
.antMatchers("/r/r1").hasAnyAuthority("p1")
.antMatchers("/r/r2").hasAnyAuthority("p2")
- 最后，FilterSecurityInterceptor会调用AccessDecisionManager进行授权决策，如果决策通过，则允许访问资源，否则将禁止访问。
AccessDecisionManager(访问决策管理器)的核心接口如下：
public interface AccessDecisionManager {
void decide(Authentication var1, Object var2, Collection<ConfigAttribute> var3) throws AccessDeniedException, InsufficientAuthenticationException;
boolean supports(ConfigAttribute var1);
boolean supports(Class<?> var1);
}
decide参数解释
authentication: 要访问资源的访问者的身份
object: 要访问的受保护资源，web请求对应FilterInvocation
configAttributes: 是受保护资源的访问策略，通过SecurityMetadataSource获取
授权决策
AccessDecisionManager采用投票的方式来确定是否能够访问受保护资源。
\qquad 通过上面可以看出，AccessionDecisionManager中包含的一系列AccessDecisionVoter将会被用来对Authentication是否有权访问受保护对象进行投票，AccessDecisionManager根据投票结果，做出最终决策。
AccessionDecisonVoter是一个接口，其中定义有三个方法，具体结构如下所示。
public interface AccessDecisionVoter<S> {
int ACCESS_GRANTED = 1;
int ACCESS_ABSTAIN = 0;
int ACCESS_DENIED = -1;
boolean supports(ConfigAttribute var1);
boolean supports(Class<?> var1);
int vote(Authentication var1, S var2, Collection<ConfigAttribute> var3);
}
vote()方法的返回结果会是AccessDecisionVoter中定义的三个常量之一。ACCESS_GRANTED表示同意，ACCESS_DENIED表示拒绝，ACCESS_ABSTAIN表示弃权。如果一个AccessDecisionVoter不能判定当前Authentication是否拥有访问对应受保护对象的权限，则其vote()方法的返回值应当为弃权ACCESS_ABSTAIN 。
\qquad Spring Security内置了三个基于投票的AccessDecisionManager实现类如下，它们分别是AffirmativeBased、ConsensusBased和UnanimousBased。
\qquad AffirmativeBased的逻辑是
（1）只要有AccessDecisionVoter的投票为ACCESS_GRANTED则同意用户进行访问；
（2）如果全部弃权也表示通过；
(3) 如果没有一个投赞成票，但是有人投反对票，则将抛出AccessDeniedException。
Spring Security默认使用的是AffirmativeBased。
\qquad ConsensusBased的逻辑是：
(1)如果赞成票多于反对票则表示通过。
(2)反过来，如果反对票多于赞成票则将抛出AccessDeniedException
(3)如果赞成票与反对票相同且不等于0，并且属性allowIfEqualsGrantedDeniedDecisions的值为true,则表示通过，否则将抛出异常AccessDeniedException。参数allowIfEqualsGrantedDeniedDecisions的值默认为true。
(4)如果所有的AccessDecisionVoter都弃权了，则将视参数allowIfAllAbstainDecisions的值而定，如果该值为true则表示通过，否则将抛出异常AccessDeniedException。参数allowIfAllAbstainDecisions的值默认为false。
\qquad UnanimousBased的逻辑与另外两种实现有些不一样，另外两种都会一次性把保护对象的配置属性全部传递给AccessDecisionVoter进行投票，而UnanimousBased会一次值传递一个ConfigAttribute给AccessDecisionVoter进行投票。这也就意味着如果我们的AccessDecisionVoter的逻辑是只要传递进来的ConfigAttribute中有一个能够匹配则投赞成票，但是放到UnanimousdBased中其投票结果就不一定是赞成了。
UnanimousBased的逻辑具体来说是这样的:
(1)如果受保护对象配置的某一个ConfigAttribute被任意的AccessDecisionVoter反对了，则将抛出AccessDeniedException。
(2)如果没有反对票，但是有赞成票，则表示通过。
(3)如果全部弃权了，则将视参数allowIfAllAbstainDecisions的值而定，true则表示通过，false则抛出AccessDeniedException。
\qquad Spring Security内置了一些投票者实现类如RoleVoter、AuthenticatedVoter、WebExpressionVoter等。