乐优商城学习笔记二十四-授权中心（一）

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title: 乐优商城学习笔记二十四-授权中心（一）
date: 2019-04-24 19:32:48
tags:
- 乐优商城
- java
- springboot
categories:
- 乐优商城

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0.学习目标

1.无状态登录原理

1.1.什么是有状态？

有状态服务，即服务端需要记录每次会话的客户端信息，从而识别客户端身份，根据用户身份进行请求的处理，典型的设计如tomcat中的session。

例如登录：用户登录后，我们把登录者的信息保存在服务端session中，并且给用户一个cookie值，记录对应的session。然后下次请求，用户携带cookie值来，我们就能识别到对应session，从而找到用户的信息。

缺点是什么？

• 服务端保存大量数据，增加服务端压力
• 服务端保存用户状态，无法进行水平扩展
• 客户端请求依赖服务端，多次请求必须访问同一台服务器

1.2.什么是无状态

微服务集群中的每个服务，对外提供的都是Rest风格的接口。而Rest风格的一个最重要的规范就是：服务的无状态性，即：

• 服务端不保存任何客户端请求者信息
• 客户端的每次请求必须具备自描述信息，通过这些信息识别客户端身份

带来的好处是什么呢？

• 客户端请求不依赖服务端的信息，任何多次请求不需要必须访问到同一台服务
• 服务端的集群和状态对客户端透明
• 服务端可以任意的迁移和伸缩
• 减小服务端存储压力

1.3.如何实现无状态

无状态登录的流程：

• 当客户端第一次请求服务时，服务端对用户进行信息认证（登录）
• 认证通过，将用户信息进行加密形成token，返回给客户端，作为登录凭证
• 以后每次请求，客户端都携带认证的token
• 服务的对token进行解密，判断是否有效。

流程图：

image

整个登录过程中，最关键的点是什么？

token的安全性

token是识别客户端身份的唯一标示，如果加密不够严密，被人伪造那就完蛋了。

采用何种方式加密才是安全可靠的呢？

我们将采用JWT + RSA非对称加密

1.4.JWT

1.4.1.简介

JWT，全称是Json Web Token， 是JSON风格轻量级的授权和身份认证规范，可实现无状态、分布式的Web应用授权；官网：https://jwt.io

image

GitHub上jwt的java客户端：https://github.com/jwtk/jjwt

1.4.2.数据格式

JWT包含三部分数据：

• Header：头部，通常头部有两部分信息：

  • 声明类型，这里是JWT
  • 加密算法，自定义

  我们会对头部进行base64加密（可解密），得到第一部分数据

• Payload：载荷，就是有效数据，一般包含下面信息：

  • 用户身份信息（注意，这里因为采用base64加密，可解密，因此不要存放敏感信息）
  • 注册声明：如token的签发时间，过期时间，签发人等

  这部分也会采用base64加密，得到第二部分数据

• Signature：签名，是整个数据的认证信息。一般根据前两步的数据，再加上服务的的密钥（secret）（不要泄漏，最好周期性更换），通过加密算法生成。用于验证整个数据完整和可靠性

生成的数据格式：

image

可以看到分为3段，每段就是上面的一部分数据

1.4.3.JWT交互流程

流程图：

image

步骤翻译：

• 1、用户登录
• 2、服务的认证，通过后根据secret生成token
• 3、将生成的token返回给用户
• 4、用户每次请求携带token
• 5、服务端利用公钥解读jwt签名，判断签名有效后，从Payload中获取用户信息
• 6、处理请求，返回响应结果

因为JWT签发的token中已经包含了用户的身份信息，并且每次请求都会携带，这样服务的就无需保存用户信息，甚至无需去数据库查询，完全符合了Rest的无状态规范。

1.4.4.非对称加密

加密技术是对信息进行编码和解码的技术，编码是把原来可读信息（又称明文）译成代码形式（又称密文），其逆过程就是解码（解密），加密技术的要点是加密算法，加密算法可以分为三类：

• 对称加密，如AES
  • 基本原理：将明文分成N个组，然后使用密钥对各个组进行加密，形成各自的密文，最后把所有的分组密文进行合并，形成最终的密文。
  • 优势：算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高
  • 缺陷：双方都使用同样密钥，安全性得不到保证
• 非对称加密，如RSA
  • 基本原理：同时生成两把密钥：私钥和公钥，私钥隐秘保存，公钥可以下发给信任客户端
    • 私钥加密，持有私钥或公钥才可以解密
    • 公钥加密，持有私钥才可解密
  • 优点：安全，难以破解
  • 缺点：算法比较耗时
• 不可逆加密，如MD5，SHA
  • 基本原理：加密过程中不需要使用密钥，输入明文后由系统直接经过加密算法处理成密文，这种加密后的数据是无法被解密的，无法根据密文推算出明文。

RSA算法历史：

1977年，三位数学家Rivest、Shamir 和 Adleman 设计了一种算法，可以实现非对称加密。这种算法用他们三个人的名字缩写：RSA

1.5.结合Zuul的鉴权流程

我们逐步演进系统架构设计。需要注意的是：secret是签名的关键，因此一定要保密，我们放到鉴权中心保存，其它任何服务中都不能获取secret。

1.5.1.没有RSA加密时

在微服务架构中，我们可以把服务的鉴权操作放到网关中，将未通过鉴权的请求直接拦截，如图：

image

• 1、用户请求登录
• 2、Zuul将请求转发到授权中心，请求授权
• 3、授权中心校验完成，颁发JWT凭证
• 4、客户端请求其它功能，携带JWT
• 5、Zuul将jwt交给授权中心校验，通过后放行
• 6、用户请求到达微服务
• 7、微服务将jwt交给鉴权中心，鉴权同时解析用户信息
• 8、鉴权中心返回用户数据给微服务
• 9、微服务处理请求，返回响应

发现什么问题了？

每次鉴权都需要访问鉴权中心，系统间的网络请求频率过高，效率略差，鉴权中心的压力较大。

1.5.2.结合RSA的鉴权

直接看图：

image

• 我们首先利用RSA生成公钥和私钥。私钥保存在授权中心，公钥保存在Zuul和各个微服务
• 用户请求登录
• 授权中心校验，通过后用私钥对JWT进行签名加密
• 返回jwt给用户
• 用户携带JWT访问
• Zuul直接通过公钥解密JWT，进行验证，验证通过则放行
• 请求到达微服务，微服务直接用公钥解析JWT，获取用户信息，无需访问授权中心

服务暴露的问题？

避免被暴露

jwt服务间鉴权

2.授权中心

2.1.创建授权中心

授权中心的主要职责：

• 用户鉴权：
  • 接收用户的登录请求，通过用户中心的接口进行校验，通过后生成JWT
  • 使用私钥生成JWT并返回
• 服务鉴权：微服务间的调用不经过Zuul，会有风险,需要鉴权中心进行认证
  • 原理与用户鉴权类似，但逻辑稍微复杂一些（此处我们不做实现）

因为生成jwt，解析jwt这样的行为以后在其它微服务中也会用到，因此我们会抽取成工具。我们把鉴权中心进行聚合，一个工具module，一个提供服务的module

2.1.1.创建父module

我们先创建父module，名称为：ly-auth-center

image

将pom打包方式改为pom：

    
        leyou
        com.leyou.parent
        1.0.0-SNAPSHOT
    
    4.0.0

    com.leyou.service
    ly-auth-center
    1.0.0-SNAPSHOT
    
        ly-auth-common
    
    pom

2.1.2.通用module

创建module

然后是授权服务的通用模块：ly-auth-common:

image

image

pom

    
        ly-auth-center
        com.leyou.service
        1.0.0-SNAPSHOT
    
    4.0.0

    com.leyou.service
    ly-auth-common
    1.0.0-SNAPSHOT

结构：

image

2.1.3.授权服务

创建module

image

image

pom:

    
        ly-auth-center
        com.leyou.service
        1.0.0-SNAPSHOT
    
    4.0.0

    com.leyou.service
    ly-auth-service
    1.0.0-SNAPSHOT

    
        
            org.springframework.cloud
            spring-cloud-starter-netflix-eureka-client
        
        
            org.springframework.boot
            spring-boot-starter-web
        
        
            com.leyou.service
            ly-auth-common
            ${leyou.latest.version}
        
        
            org.springframework.cloud
            spring-cloud-starter-openfeign
        
    

创建启动类：

@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
@EnableFeignClients
public class LyAuthApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(LyAuthApplication.class, args);
    }
}

配置application.yml

server:
  port: 8087
spring:
  application:
    name: auth-service
eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka
    registry-fetch-interval-seconds: 10
  instance:
    lease-renewal-interval-in-seconds: 5 # 每隔5秒发送一次心跳
    lease-expiration-duration-in-seconds: 10 # 10秒不发送就过期
    prefer-ip-address: true
    ip-address: 127.0.0.1
    instance-id: ${spring.application.name}:${server.port}

结构：

image

修改路由：

zuul:
  prefix: /api # 添加路由前缀
  retryable: true
  routes:
    item-service: /item/**
    search-service: /search/**
    user-service: /user/**
    auth-service: /auth/**

2.2.编写JWT工具

我们在ly-auth-coomon中编写一些通用的工具类：

image

2.2.1.RSA工具类：

/**
 * Created by ace on 2018/5/10.
 *
 * @author HuYi.Zhang
 */
public class RsaUtils {
    /**
     * 从文件中读取公钥
     *
     * @param filename 公钥保存路径，相对于classpath
     * @return 公钥对象
     * @throws Exception
     */
    public static PublicKey getPublicKey(String filename) throws Exception {
        byte[] bytes = readFile(filename);
        return getPublicKey(bytes);
    }

    /**
     * 从文件中读取密钥
     *
     * @param filename 私钥保存路径，相对于classpath
     * @return 私钥对象
     * @throws Exception
     */
    public static PrivateKey getPrivateKey(String filename) throws Exception {
        byte[] bytes = readFile(filename);
        return getPrivateKey(bytes);
    }

    /**
     * 获取公钥
     *
     * @param bytes 公钥的字节形式
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static PublicKey getPublicKey(byte[] bytes) throws Exception {
        X509EncodedKeySpec spec = new X509EncodedKeySpec(bytes);
        KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance("RSA");
        return factory.generatePublic(spec);
    }

    /**
     * 获取密钥
     *
     * @param bytes 私钥的字节形式
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static PrivateKey getPrivateKey(byte[] bytes) throws Exception {
        PKCS8EncodedKeySpec spec = new PKCS8EncodedKeySpec(bytes);
        KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance("RSA");
        return factory.generatePrivate(spec);
    }

    /**
     * 根据密文，生存rsa公钥和私钥,并写入指定文件
     *
     * @param publicKeyFilename  公钥文件路径
     * @param privateKeyFilename 私钥文件路径
     * @param secret             生成密钥的密文
     * @throws IOException
     * @throws NoSuchAlgorithmException
     */
    public static void generateKey(String publicKeyFilename, String privateKeyFilename, String secret) throws Exception {
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        SecureRandom secureRandom = new SecureRandom(secret.getBytes());
        keyPairGenerator.initialize(1024, secureRandom);
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.genKeyPair();
        // 获取公钥并写出
        byte[] publicKeyBytes = keyPair.getPublic().getEncoded();
        writeFile(publicKeyFilename, publicKeyBytes);
        // 获取私钥并写出
        byte[] privateKeyBytes = keyPair.getPrivate().getEncoded();
        writeFile(privateKeyFilename, privateKeyBytes);
    }

    private static byte[] readFile(String fileName) throws Exception {
        return Files.readAllBytes(new File(fileName).toPath());
    }

    private static void writeFile(String destPath, byte[] bytes) throws IOException {
        File dest = new File(destPath);
        if (!dest.exists()) {
            dest.createNewFile();
        }
        Files.write(dest.toPath(), bytes);
    }
}

2.2.2.常量类

其中定义了jwt中的payload的常用key

public abstract class JwtConstans {
    public static final String JWT_KEY_ID = "id";
    public static final String JWT_KEY_USER_NAME = "username";
}

2.2.3.对象工具类：

从jwt解析得到的数据是Object类型，转换为具体类型可能出现空指针，这个工具类进行了一些转换：

public class ObjectUtils {

    public static String toString(Object obj) {
        if (obj == null) {
            return null;
        }
        return obj.toString();
    }

    public static Long toLong(Object obj) {
        if (obj == null) {
            return 0L;
        }
        if (obj instanceof Double || obj instanceof Float) {
            return Long.valueOf(StringUtils.substringBefore(obj.toString(), "."));
        }
        if (obj instanceof Number) {
            return Long.valueOf(obj.toString());
        }
        if (obj instanceof String) {
            return Long.valueOf(obj.toString());
        } else {
            return 0L;
        }
    }

    public static Integer toInt(Object obj) {
        return toLong(obj).intValue();
    }
}

2.2.4.载荷:UserInfo

public class UserInfo {

    private Long id;

    private String username;

    public UserInfo() {
    }

    public UserInfo(Long id, String username) {
        this.id = id;
        this.username = username;
    }

    public Long getId() {
        return this.id;
    }

    public void setId(Long id) {
        this.id = id;
    }

    public String getUsername() {
        return username;
    }

    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }
}

2.2.5.JWT工具类

我们需要先在ly-auth-common中引入JWT依赖：

    
        io.jsonwebtoken
        jjwt
        0.9.0
    
    
        joda-time
        joda-time
    
    
        org.springframework.boot
        spring-boot-starter-test
    

代码：

/**
 * @author: HuYi.Zhang
 * @create: 2018-05-26 15:43
 **/
public class JwtUtils {
    /**
     * 私钥加密token
     *
     * @param userInfo      载荷中的数据
     * @param privateKey    私钥
     * @param expireMinutes 过期时间，单位秒
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String generateToken(UserInfo userInfo, PrivateKey privateKey, int expireMinutes) throws Exception {
        return Jwts.builder()
                .claim(JwtConstans.JWT_KEY_ID, userInfo.getId())
                .claim(JwtConstans.JWT_KEY_USER_NAME, userInfo.getUsername())
                .setExpiration(DateTime.now().plusMinutes(expireMinutes).toDate())
                .signWith(SignatureAlgorithm.RS256, privateKey)
                .compact();
    }

    /**
     * 私钥加密token
     *
     * @param userInfo      载荷中的数据
     * @param privateKey    私钥字节数组
     * @param expireMinutes 过期时间，单位秒
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String generateToken(UserInfo userInfo, byte[] privateKey, int expireMinutes) throws Exception {
        return Jwts.builder()
                .claim(JwtConstans.JWT_KEY_ID, userInfo.getId())
                .claim(JwtConstans.JWT_KEY_USER_NAME, userInfo.getUsername())
                .setExpiration(DateTime.now().plusMinutes(expireMinutes).toDate())
                .signWith(SignatureAlgorithm.RS256, RsaUtils.getPrivateKey(privateKey))
                .compact();
    }

    /**
     * 公钥解析token
     *
     * @param token     用户请求中的token
     * @param publicKey 公钥
     * @return
     * @throws Exception
     */
    private static Jws parserToken(String token, PublicKey publicKey) {
        return Jwts.parser().setSigningKey(publicKey).parseClaimsJws(token);
    }

    /**
     * 公钥解析token
     *
     * @param token     用户请求中的token
     * @param publicKey 公钥字节数组
     * @return
     * @throws Exception
     */
    private static Jws parserToken(String token, byte[] publicKey) throws Exception {
        return Jwts.parser().setSigningKey(RsaUtils.getPublicKey(publicKey))
                .parseClaimsJws(token);
    }

    /**
     * 获取token中的用户信息
     *
     * @param token     用户请求中的令牌
     * @param publicKey 公钥
     * @return 用户信息
     * @throws Exception
     */
    public static UserInfo getInfoFromToken(String token, PublicKey publicKey) throws Exception {
        Jws claimsJws = parserToken(token, publicKey);
        Claims body = claimsJws.getBody();
        return new UserInfo(
                ObjectUtils.toLong(body.get(JwtConstans.JWT_KEY_ID)),
                ObjectUtils.toString(body.get(JwtConstans.JWT_KEY_USER_NAME))
        );
    }

    /**
     * 获取token中的用户信息
     *
     * @param token     用户请求中的令牌
     * @param publicKey 公钥
     * @return 用户信息
     * @throws Exception
     */
    public static UserInfo getInfoFromToken(String token, byte[] publicKey) throws Exception {
        Jws claimsJws = parserToken(token, publicKey);
        Claims body = claimsJws.getBody();
        return new UserInfo(
                ObjectUtils.toLong(body.get(JwtConstans.JWT_KEY_ID)),
                ObjectUtils.toString(body.get(JwtConstans.JWT_KEY_USER_NAME))
        );
    }
}

2.2.6.测试

我们在ly-auth-common中编写测试类：

image

public class JwtTest {

    private static final String pubKeyPath = "D:\\heima\\rsa\\rsa.pub";

    private static final String priKeyPath = "D:\\heima\\rsa\\rsa.pri";

    private PublicKey publicKey;

    private PrivateKey privateKey;

    @Test
    public void testRsa() throws Exception {
        RsaUtils.generateKey(pubKeyPath, priKeyPath, "234");
    }

    //@Before
    public void testGetRsa() throws Exception {
        this.publicKey = RsaUtils.getPublicKey(pubKeyPath);
        this.privateKey = RsaUtils.getPrivateKey(priKeyPath);
    }

    @Test
    public void testGenerateToken() throws Exception {
        // 生成token
        String token = JwtUtils.generateToken(new UserInfo(20L, "jack"), privateKey, 5);
        System.out.println("token = " + token);
    }

    @Test
    public void testParseToken() throws Exception {
        String token = "eyJhbGciOiJSUzI1NiJ9.eyJpZCI6MjAsInVzZXJOYW1lIjoiamFjayIsImV4cCI6MTUyNzMzMDY5NX0.VpGNedy1z0aR262uAp2sM6xB4ljuxa4fzqyyBpZcGTBNLodIfuCNZkOjdlqf-km6TQPoz3epYf8cc_Rf9snsGdz4YPIwpm6X14JKU9jwL74q6zy61J8Nl9q7Zu3YnLibAvcnC_y9omiqKN8-iCi7-MvM-LwVS7y_Cx9eu0aaY8E";

        // 解析token
        UserInfo user = JwtUtils.getInfoFromToken(token, publicKey);
        System.out.println("id: " + user.getId());
        System.out.println("userName: " + user.getUsername());
    }
}

测试生成公钥和私钥

我们运行这段代码：

image

运行之后，查看目标目录：

image

公钥和私钥已经生成了！

测试生成token,把@Before之前的注释去掉

image

image

测试解析token

image

正常情况：

image

任意改动token，发现报错了：

image

2.3.编写登录授权接口

接下来，我们需要在ly-auth-servcice编写一个接口，对外提供登录授权服务。基本流程如下：

• 客户端携带用户名和密码请求登录
• 授权中心调用客户中心接口，根据用户名和密码查询用户信息
• 如果用户名密码正确，能获取用户，否则为空，则登录失败
• 如果校验成功，则生成JWT并返回

2.3.1.生成公钥和私钥

我们需要在授权中心生成真正的公钥和私钥。我们必须有一个生成公钥和私钥的secret，这个可以配置到application.yml中：

ly:
  jwt:
    secret: ly@Login(Auth}*^31)&heiMa% # 登录校验的密钥
    pubKeyPath: E:/demo/rsa/rsa.pub # 公钥地址
    priKeyPath: E:/demorsa/rsa.pri # 私钥地址
    expire: 30 # 过期时间,单位分钟

然后编写属性类，加载这些数据：

@ConfigurationProperties(prefix = "ly.jwt")
public class JwtProperties {

    private String secret; // 密钥

    private String pubKeyPath;// 公钥

    private String priKeyPath;// 私钥

    private int expire;// token过期时间

    private PublicKey publicKey; // 公钥

    private PrivateKey privateKey; // 私钥

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(JwtProperties.class);

    @PostConstruct
    public void init(){
        try {
            File pubKey = new File(pubKeyPath);
            File priKey = new File(priKeyPath);
            if (!pubKey.exists() || !priKey.exists()) {
                // 生成公钥和私钥
                RsaUtils.generateKey(pubKeyPath, priKeyPath, secret);
            }
            // 获取公钥和私钥
            this.publicKey = RsaUtils.getPublicKey(pubKeyPath);
            this.privateKey = RsaUtils.getPrivateKey(priKeyPath);
        } catch (Exception e) {
            logger.error("初始化公钥和私钥失败！", e);
            throw new RuntimeException();
        }
    }
    
    // getter setter ...
}

2.3.2.controller

编写授权接口，我们接收用户名和密码，校验成功后，写入cookie中。

• 请求方式：post
• 请求路径：/accredit
• 请求参数：username和password
• 返回结果：无

代码：

@RestController
@EnableConfigurationProperties(JwtProperties.class)
public class AuthController {

    @Autowired
    private AuthService authService;

    @Autowired
    private JwtProperties prop;

    /**
     * 登录授权
     * @param username
     * @param password
     * @return
     */
    @PostMapping("login")
    public ResponseEntity login(
            @RequestParam("username") String username,
            @RequestParam("password") String password,
            HttpServletRequest request,
             HttpServletResponse response){
        //登录
        String token = authService.login(username,password);
        //写入cookie
        CookieUtils.setCookie(request, response, prop.getCookieName(),
                token, prop.getCookieMaxAge(), true);
        return ResponseEntity.ok(token);
    }

}

这里的cookie的name和生存时间，我们配置到属性文件：application.yml：

ly:
  jwt:
    pubKeyPath: E:/nginx/rsa/rsa.pub # 公钥地址
    priKeyPath: E:/nginx/rsa/rsa.pri # 私钥地址
    expire: 30 # 过期时间,单位分钟
    cookieName: LY_TOKEN
    CookieMaxAge: 1800

然后在JwtProperties中添加属性：

image

2.3.3.CookieUtils

要注意，这里我们使用了一个工具类，CookieUtils，我们把它添加到ly-common中，然后引入servlet相关依赖即可：

    org.apache.tomcat.embed
    tomcat-embed-core

代码：略

image

2.3.3.UserClient

接下来我们肯定要对用户密码进行校验，所以我们需要通过FeignClient去访问 user-service微服务：

引入user-service依赖：

    com.leyou.service
    ly-user-interface
    ${leyou.latest.version}

编写FeignClient：

@FeignClient(value = "user-service")
public interface UserClient extends UserApi {
}

2.3.4.service

@Service
@EnableConfigurationProperties(JwtLoginProperties.class)
public class AuthService {

    @Autowired
    private JwtLoginProperties jwtProp;

    @Autowired
    private UserClient userClient;

    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AuthService.class);

    public String authentication(String username, String password) {
        try {
            // 查询用户
            ResponseEntity resp = this.userClient.queryUser(username, password);
            if (!resp.hasBody()) {
                logger.info("用户信息不存在，{}", username);
                return null;
            }
            // 获取登录用户
            User user = resp.getBody();
            // 生成token
            String token = JwtUtils.generateToken(
                    new UserInfo(user.getId(), user.getUsername()),
                    jwtProp.getPrivateKey(), jwtProp.getExpire());
            return token;
        } catch (Exception e) {
            return null;
        }
    }
}

2.3.5.项目结构：

image

2.3.6.测试

image

2.3.7.添加路由规则

我们在ly-api-gateway中添加路径规则：

zuul:
  routes:
    auth-service: /auth/**

2.4.登录页面

接下来，我们看看登录页面，是否能够正确的发出请求。

我们在页面输入登录信息，然后点击登录：

image

查看控制台：

image

发现请求的路径不对，我们的认证接口是：

/api/auth/login

我们打开login.html，修改路径信息：

image

页面ajax请求：

image

然后再次测试，成功跳转到了首页