用API Key保护Spring Boot 接口的安全

1、概述

     安全性在REST API开发中扮演着重要的角色。一个不安全的REST API可以直接访问到后台系统中的敏感数据。因此，企业组织需要关注API安全性。

        Spring Security 提供了各种机制来保护我们的 REST API。其中之一是 API 密钥。API 密钥是客户端在调用 API 调用时提供的令牌。

       在本教程中，我们将讨论如何在Spring Security中实现基于API密钥的身份验证。

2、REST API Security

       Spring Security可以用来保护REST API的安全性。REST API是无状态的，因此不应该使用会话或cookie。相反，应该使用Basic authentication，API Keys，JWT或OAuth2-based tokens来确保其安全性。

2.1. Basic Authentication

      Basic authentication是一种简单的认证方案。客户端发送HTTP请求，其中包含Authorization标头的值为Basic base64_url编码的用户名:密码。Basic authentication仅在HTTPS / SSL等其他安全机制下才被认为是安全的。

2.2. OAuth2

     OAuth2是REST API安全的行业标准。它是一种开放的认证和授权标准，允许资源所有者通过访问令牌将授权委托给客户端，以获得对私有数据的访问权限。

2.3. API Keys

      一些REST API使用API密钥进行身份验证。API密钥是一个标记，用于向API客户端标识API，而无需引用实际用户。标记可以作为查询字符串或在请求头中发送。

3、用API Keys保护REST API

3.1  添加Maven 依赖

      让我们首先在我们的pom.xml中声明spring-boot-starter-security依赖关系：

    org.springframework.boot
    spring-boot-starter-security

3.2 创建自定义过滤器（Filter）

实现思路是从请求头中获取API Key，然后使用我们的配置检查秘钥。在这种情况下，我们需要在Spring Security 配置类中添加一个自定义的Filter。

我们将从实现GenericFilterBean开始。GenericFilterBean是一个基于javax.servlet.Filter接口的简单Spring实现。

让我们创建AuthenticationFilter类：

public class AuthenticationFilter extends GenericFilterBean {

    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain filterChain)
      throws IOException, ServletException {
        try {
            Authentication authentication = AuthenticationService.getAuthentication((HttpServletRequest) request);
            SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication);
        } catch (Exception exp) {
            HttpServletResponse httpResponse = (HttpServletResponse) response;
            httpResponse.setStatus(HttpServletResponse.SC_UNAUTHORIZED);
            httpResponse.setContentType(MediaType.APPLICATION_JSON_VALUE);
            PrintWriter writer = httpResponse.getWriter();
            writer.print(exp.getMessage());
            writer.flush();
            writer.close();
        }

        filterChain.doFilter(request, response);
    }
}

我们只需要实现doFilter()方法，在这个方法中我们从请求头中获取API Key，并将生成的Authentication对象设置到当前的SecurityContext实例中。

然后请求被传递给其余的过滤器处理，接着转发给DispatcherServlet最后到达我们的控制器。

在AuthenticationService类中，实现从Header中获取API Key并构造Authentication对象，代码如下：

public class AuthenticationService {
    private static final String AUTH_TOKEN_HEADER_NAME = "X-API-KEY";
    private static final String AUTH_TOKEN = "Baeldung";

    public static Authentication getAuthentication(HttpServletRequest request) {
        String apiKey = request.getHeader(AUTH_TOKEN_HEADER_NAME);

        if ((apiKey == null) || !apiKey.equals(AUTH_TOKEN)) {
            throw new BadCredentialsException("Invalid API Key");
        }

        return new ApiKeyAuthentication(apiKey, AuthorityUtils.NO_AUTHORITIES);
    }
}

在这里，我们检查请求头是否包含 API Key，如果为空 或者Key值不等于密钥，那么就抛出一个 BadCredentialsException。如果请求头包含 API Key，并且验证通过，则将密钥添加到安全上下文中，然后调用下一个安全过滤器。getAuthentication 方法非常简单，我们只是比较 API Key 头部和密钥是否相等。

为了构建 Authentication 对象，我们必须使用 Spring Security 为了标准身份验证而构建对象时使用的相同方法。所以，需要扩展 AbstractAuthenticationToken 类并手动触发身份验证。

3.3. 扩展AbstractAuthenticationToken

为了成功地实现我们应用的身份验证功能，我们需要将传入的API Key转换为AbstractAuthenticationToken类型的身份验证对象。AbstractAuthenticationToken类实现了Authentication接口，表示一个认证请求的主体和认证信息。

让我们创建ApiKeyAuthentication类：

public class ApiKeyAuthentication extends AbstractAuthenticationToken {
    private final String apiKey;

    public ApiKeyAuthentication(String apiKey,
        Collection authorities) {
        super(authorities);
        this.apiKey = apiKey;
        setAuthenticated(true);
    }

    @Override
    public Object getCredentials() {
        return null;
    }

    @Override
    public Object getPrincipal() {
        return apiKey;
    }
}

ApiKeyAuthentication 类是类型为 AbstractAuthenticationToken 的对象，其中包含从 HTTP 请求中获取的 apiKey 信息。在构造方法中使用 setAuthenticated（true） 方法。因此，Authentication对象包含 apiKey 和authenticated字段：

3.4. Security Config

通过创建建一个SecurityFilterChain bean，可以通过编程方式把我们上面编写的自定义过滤器（Filter）进行注册。

我们需要在 HttpSecurity 实例上使用 addFilterBefore（） 方法在 UsernamePasswordAuthenticationFilter 类之前添加 AuthenticationFilter。

创建SecurityConfig 类：

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig {

    @Bean
    public SecurityFilterChain filterChain(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.csrf()
          .disable()
          .authorizeRequests()
          .antMatchers("/**")
          .authenticated()
          .and()
          .httpBasic()
          .and()
          .sessionManagement()
          .sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS)
          .and()
          .addFilterBefore(new AuthenticationFilter(), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);

        return http.build();
    }

}

此外注意代码中我们吧绘画策略（session policy）设置为无状态（STATELESS），因为我们使用的是REST。

3.5. ResourceController

最后，我们创建ResourceController，实现一个Get请求  /home

@RestController
public class ResourceController {
    @GetMapping("/home")
    public String homeEndpoint() {
        return "Baeldung !";
    }
}

3.6. 禁用 Auto-Configuration

@SpringBootApplication(exclude = {SecurityAutoConfiguration.class, UserDetailsServiceAutoConfiguration.class})
public class ApiKeySecretAuthApplication {

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

4. 测试

我们先不提供API Key进行测试

curl --location --request GET 'http://localhost:8080/home'

返回 401 未经授权错误。

请求头中加上API Key后，再次请求

curl --location --request GET 'http://localhost:8080/home' \
--header 'X-API-KEY: Baeldung'

请求返回状态200

代码：https://github.com/eugenp/tutorials/tree/master/spring-security-modules/spring-security-web-boot-4