spring security原理与实战

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Spring Security 的重要性

在web应用开发中，安全无疑是十分重要的，选择Spring Security来保护web应用是一个非常好的选择。Spring Security 是spring项目之中的一个安全模块，特别是在spring boot项目中，spring security已经默认集成和启动了。

Spring Security 默认为自动开启的，可见其重要性。

如果要关闭，需要在启动类加上，exclude ={SecurityAutoConfiguration} 的配置

@EnableEurekaClient
@SpringBootApplication(scanBasePackages = {
        "com.crazymaker.springcloud.user",
        "com.crazymaker.springcloud.seckill.remote.fallback",
        "com.crazymaker.springcloud.standard"
}, exclude = {SecurityAutoConfiguration.class})

或者

spring:
  autoconfigure:
    exclude: org.springframework.boot.autoconfigure.security.servlet.SecurityAutoConfiguration

一般不建议关闭。

Spring Security 核心组件

spring security核心组件有：Userdetails 、Authentication，UserDetailsService、AuthenticationProvider、AuthenticationManager 下面分别介绍。

Authentication

authentication 直译过来是“认证”的意思，在Spring Security 中Authentication用来表示当前用户是谁，一般来讲你可以理解为authentication就是一组用户名密码信息。Authentication也是一个接口，其定义如下：

public interface Authentication extends Principal, Serializable {

Collection getAuthorities();
Object getCredentials();
Object getDetails();
Object getPrincipal();
boolean isAuthenticated();
void setAuthenticated(boolean isAuthenticated) throws IllegalArgumentException;
}

接口有4个get方法，分别获取

• Authorities, 填充的是用户角色信息。

• Credentials，直译，证书。填充的是密码。

• Details ，用户信息。

• Principal 直译，形容词是“主要的，最重要的”，名词是“负责人，资本，本金”。感觉很别扭，所以，还是不翻译了，直接用原词principal来表示这个概念，其填充的是用户名。
  因此可以推断其实现类有这4个属性。

这几个方法作用如下：

• getAuthorities: 获取用户权限，一般情况下获取到的是用户的角色信息。

• getCredentials: 获取证明用户认证的信息，通常情况下获取到的是密码等信息。

• getDetails: 获取用户的额外信息，（这部分信息可以是我们的用户表中的信息）

• getPrincipal: 获取用户身份信息，在未认证的情况下获取到的是用户名，在已认证的情况下获取到的是 UserDetails (UserDetails也是一个接口，里边的方法有getUsername,getPassword等)。

• isAuthenticated: 获取当前 Authentication 是否已认证。

• setAuthenticated: 设置当前 Authentication 是否已认证（true or false）。

UserDetails

UserDetails，看命知义，是用户信息的意思。其存储的就是用户信息，其定义如下：

public interface UserDetails extends Serializable {

Collection getAuthorities();
String getPassword();
String getUsername();
boolean isAccountNonExpired();
boolean isAccountNonLocked();
boolean isCredentialsNonExpired();
boolean isEnabled();
}

方法含义如下：

• getAuthorites：获取用户权限，本质上是用户的角色信息。

• getPassword: 获取密码。

• getUserName: 获取用户名。

• isAccountNonExpired: 账户是否过期。

• isAccountNonLocked: 账户是否被锁定。

• isCredentialsNonExpired: 密码是否过期。

• isEnabled: 账户是否可用。

UserDetailsService

提到了UserDetails就必须得提到UserDetailsService, UserDetailsService也是一个接口，且只有一个方法loadUserByUsername，他可以用来获取UserDetails。

package org.springframework.security.core.userdetails;

public interface UserDetailsService {
    UserDetails loadUserByUsername(String var1) throws UsernameNotFoundException;
}

通常在spring security应用中，我们会自定义一个CustomUserDetailsService来实现UserDetailsService接口，并实现其public UserDetails loadUserByUsername(final String login);方法。我们在实现loadUserByUsername方法的时候，就可以通过查询数据库（或者是缓存、或者是其他的存储形式）来获取用户信息，然后组装成一个UserDetails,(通常是一个org.springframework.security.core.userdetails.User，它继承自UserDetails) 并返回。

在实现loadUserByUsername方法的时候，如果我们通过查库没有查到相关记录，需要抛出一个异常来告诉spring security来“善后”。这个异常是org.springframework.security.core.userdetails.UsernameNotFoundException。

AuthenticationProvider

负责真正的验证。

当我们使用 authentication-provider 元素来定义一个 AuthenticationProvider 时，如果没有指定对应关联的 AuthenticationProvider 对象，Spring Security 默认会使用 DaoAuthenticationProvider。DaoAuthenticationProvider 在进行认证的时候需要一个 UserDetailsService 来获取用户的信息 UserDetails，其中包括用户名、密码和所拥有的权限等。所以如果我们需要改变认证的方式，我们可以实现自己的 AuthenticationProvider；如果需要改变认证的用户信息来源，我们可以实现 UserDetailsService。

实现了自己的 AuthenticationProvider 之后，我们可以在配置文件中这样配置来使用我们自己的 AuthenticationProvider。其中 myAuthenticationProvider 就是我们自己的 AuthenticationProvider 实现类对应的 bean。

AuthenticationProvider 接口如下：

package org.springframework.security.authentication;

import org.springframework.security.core.Authentication;
import org.springframework.security.core.AuthenticationException;

public interface AuthenticationProvider {
    Authentication authenticate(Authentication var1) throws AuthenticationException;

    boolean supports(Class var1);
}

• authenticate 表示认证的动作。

• supports 表示所支持的 Authentication类型。Authentication 包含很多子类，如果 AbstractAuthenticationToken 。

AbstractAuthenticationToken implements Authentication

还有，可以自定义 Authentication ，比如 本实例所使用的： JwtAuthenticationToken。

AuthenticationManager

认证是由 AuthenticationManager 来管理的，但是真正进行认证的是 AuthenticationManager 中定义的 AuthenticationProvider。AuthenticationManager 中可以定义有多个 AuthenticationProvider。

AuthenticationManager 是一个接口，它只有一个方法，接收参数为Authentication，其定义如下：

public interface AuthenticationManager {
    Authentication authenticate(Authentication authentication)
            throws AuthenticationException;
}

AuthenticationManager 的作用就是校验Authentication,如果验证失败会抛出AuthenticationException异常。AuthenticationException是一个抽象类，因此代码逻辑并不能实例化一个AuthenticationException异常并抛出，实际上抛出的异常通常是其实现类，如DisabledException,LockedException,BadCredentialsException等。BadCredentialsException可能会比较常见，即密码错误的时候。

组件比较多，但是如果主要流程理顺了，也比较简单。

Spring Security 实战

搞定两个 AuthenticationProvider：

（1） 从数据库获取用户

首先通过 UserDetailsService 获取 UserDetails，然后 通过 UserDetailsService 装配 DaoAuthenticationProvider

（2） 完成用户的认证

实现一个自己的 JwtAuthenticationProvider，完成用户的认证

（3）定制一个过滤器

（4）完成所有组件的装配

实战1 ： UserDetailsService 获取 UserDetails

首先通过 UserDetailsService 获取 UserDetails，然后 通过 UserDetailsService 装配 DaoAuthenticationProvider。

package com.crazymaker.springcloud.user.info.service.impl;

@Slf4j
@Service
public class UserAuthService implements UserDetailsService {

    private PasswordEncoder passwordEncoder;

    public UserAuthService() {
        //默认使用 bcrypt， strength=10
        this.passwordEncoder =
                PasswordEncoderFactories.createDelegatingPasswordEncoder();
    }


    private UserPO loadFromDB(String username) {
        if (null == userDao)

        {
            userDao = CustomAppContext.getBean(UserDao.class);
        }

        List list = userDao.findAllByLoginName(username);

        if (null == list || list.size() <= 0) {
            return null;
        }
        UserPO userPO = list.get(0);
        return userPO;
    }

 

    @Override
    public UserDetails loadUserByUsername(String username)
            throws UsernameNotFoundException {


        UserPO userPO = loadFromDB(username);


        //将salt放到password字段返回
        return User.builder()
                .username(userPO.getLoginName())
                .password(userPO.getPassword())
//                .password(SessionConstants.SALT)
                //BCrypt.gensalt();  正式开发时可以调用该方法实时生成加密的salt
//                .password(SessionConstants.SALT)
                .authorities(SessionConstants.USER_INFO)
                .roles("USER")
                .build();

    }


}

实战2： 装配 DaoAuthenticationProvider

在 SecurityConfiguration 配置类中加入如下内容：

    @Bean("daoAuthenticationProvider")
    protected AuthenticationProvider daoAuthenticationProvider() throws Exception {
        //这里会默认使用BCryptPasswordEncoder比对加密后的密码，注意要跟createUser时保持一致
        DaoAuthenticationProvider daoProvider = new DaoAuthenticationProvider();
        daoProvider.setUserDetailsService(userDetailsService());
        return daoProvider;
    }


    @Override
    protected UserDetailsService userDetailsService() {
        return new UserAuthService();
    }

实战3： 实现一个自己的 JwtAuthenticationProvider

继承于 AuthenticationProvider，实现一个自己的 JwtAuthenticationProvider，完成用户的认证

package com.crazymaker.springcloud.standard.security.provider;
//...

public class JwtAuthenticationProvider implements AuthenticationProvider {

    private RedisOperationsSessionRepository sessionRepository;
    private CustomedSessionIdResolver httpSessionIdResolver;

    public JwtAuthenticationProvider(RedisOperationsSessionRepository sessionRepository,
                                     CustomedSessionIdResolver httpSessionIdResolver) {
        this.sessionRepository = sessionRepository;
        this.httpSessionIdResolver = httpSessionIdResolver;
    }

    @Override
    public Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException {
        DecodedJWT jwt = ((JwtAuthenticationToken) authentication).getToken();
        if (jwt.getExpiresAt().before(Calendar.getInstance().getTime())) {
            throw new NonceExpiredException("认证过期");
        }
        String sid = jwt.getSubject();
        String otoken = jwt.getToken();


        Session session = null;

        try {
            session = sessionRepository.findById(sid);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        if (null == session) {
            throw new NonceExpiredException("认证有误,请重新登录");
        }

        String json = session.getAttribute(G_USER);
        if (StringUtils.isBlank(json)) {
            throw new NonceExpiredException("认证有误,请重新登录");
        }

        UserDTO userDTO = JsonUtil.jsonToPojo(json, UserDTO.class);
        if (null == userDTO) {
            throw new NonceExpiredException("认证有误");
        }


        String password = userDTO.getPassword();

        String username = userDTO.getLoginName();
        UserDetails user = User.builder()
                .username(username)
                .password(password)
                .authorities(SessionConstants.USER_INFO)
                .build();

        String encryptSalt = password;
        try {
            Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256(encryptSalt);
            JWTVerifier verifier = JWT.require(algorithm)
                    .withSubject(sid).build();
            verifier.verify(jwt.getToken());
        } catch (Exception e) {
            throw new BadCredentialsException("JWT token verify fail", e);
        }
        JwtAuthenticationToken token =
                new JwtAuthenticationToken(user, jwt, user.getAuthorities());
        return token;
    }


    @Override
    public boolean supports(Class authentication) {
        return authentication.isAssignableFrom(JwtAuthenticationToken.class);
    }

}

实战4： 装配 AuthenticationManager

认证是由 AuthenticationManager 来管理的，但是真正进行认证的是 AuthenticationManager 中定义的 AuthenticationProvider。AuthenticationManager 中可以定义有多个 AuthenticationProvider。

  @EnableWebSecurity()
public class UserWebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
  
  @Override
    protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        auth.authenticationProvider(daoAuthenticationProvider())
                .authenticationProvider(jwtAuthenticationProvider());
    }
    //....

}

实战5： 定制过滤器,将 AuthenticationManager 用起来

搞得再多，如果不通过过滤器，将 AuthenticationManager 用起来，也是没有用的。

package com.crazymaker.springcloud.standard.security.filter;
//.....

public class JwtAuthenticationFilter extends OncePerRequestFilter {

    private RequestMatcher requiresAuthenticationRequestMatcher;
    private List permissiveRequestMatchers;
    private AuthenticationManager authenticationManager;


    private AuthenticationSuccessHandler successHandler = new SavedRequestAwareAuthenticationSuccessHandler();
    private AuthenticationFailureHandler failureHandler = new SimpleUrlAuthenticationFailureHandler();

     //.....
    @Override
    protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain filterChain)
            throws ServletException, IOException {
        Authentication authResult = null;
        /**
         * 场景： 从 zuul 过来，直接带上session 头
         */
        if (StringUtils.isNotEmpty(request.getHeader(SessionConstants.SESSION_SEED))) {
            request.setAttribute(SessionConstants.SESSION_SEED,
                    request.getHeader(SessionConstants.SESSION_SEED));
            UserDetails userDetails = User.builder()
                    .username(request.getHeader(SessionConstants.SESSION_SEED))
                    .password(request.getHeader(SessionConstants.SESSION_SEED))
                    .authorities(SessionConstants.USER_INFO)
                    .build();
            authResult = new UsernamePasswordAuthenticationToken(userDetails, userDetails.getPassword(), userDetails.getAuthorities());
            successfulAuthentication(request, response, filterChain, authResult);

            filterChain.doFilter(request, response);
            return;
        }

        /**
         * 正常场景： 单体微服务访问，或者从Zuul过来，没有带 session head
         */
        if (!requiresAuthentication(request, response)) {

            filterChain.doFilter(request, response);
            return;
        }
        AuthenticationException failed = null;
        try {
            String token = getJwtToken(request);
            if (StringUtils.isNotBlank(token)) {
                JwtAuthenticationToken authToken = new JwtAuthenticationToken(JWT.decode(token));
                DecodedJWT jwt = authToken.getToken();
                
                //将  AuthenticationManager 用起来
                authResult = this.getAuthenticationManager().authenticate(authToken);
                UserDetails user = (UserDetails) authResult.getPrincipal();
                request.setAttribute(SessionConstants.SESSION_SEED, jwt.getSubject());
            } else {
                failed = new InsufficientAuthenticationException("请求头认证消息为空");
            }
        } catch (JWTDecodeException e) {
            logger.error("JWT format error", e);
            failed = new InsufficientAuthenticationException("请求头认证消息格式错误", failed);
        } catch (InternalAuthenticationServiceException e) {
            logger.error(
                    "An internal error occurred while trying to authenticate the user.",
                    failed);
            failed = e;
        } catch (AuthenticationException e) {
            // Authentication failed
            failed = e;
        }
        if (authResult != null) {
            successfulAuthentication(request, response, filterChain, authResult);
        } else if (!permissiveRequest(request)) {
            unsuccessfulAuthentication(request, response, failed);
            return;
        }

        filterChain.doFilter(request, response);
    }

    protected void unsuccessfulAuthentication(HttpServletRequest request,
                                              HttpServletResponse response, AuthenticationException failed)
            throws IOException, ServletException {
        SecurityContextHolder.clearContext();
        failureHandler.onAuthenticationFailure(request, response, failed);
    }

 //....

}

实战6： 配置 HttpSecurity 的过滤机制

还是在 UserWebSecurityConfig 配置文件，将 HttpSecurity 的过滤机制配置起来，完成所有组件的装配。

代码如下：

package com.crazymaker.springcloud.user.info.config;
//...

@EnableWebSecurity()
public class UserWebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    @Resource
    private UserAuthService userAuthService;


    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.csrf().disable()
                .authorizeRequests()
                .antMatchers(
                        "/v2/api-docs",
                        "/swagger-resources/configuration/ui",
                        "/swagger-resources",
                        "/swagger-resources/configuration/security",
                        "/swagger-ui.html",
                        "/api/user/login/v1",
//                        "/api/user/add/v1",
//                        "/api/user/speed/test/v1",
//                        "/api/user/say/hello/v1",
//                        "/api/user/*/detail/v1",
                        "/api/crazymaker/duty/info/user/login")
                .permitAll()
                .anyRequest().authenticated()

//                .antMatchers("/image/**").permitAll()
//                .antMatchers("/admin/**").hasAnyRole("ADMIN")
                .and()

                .formLogin().disable()
                .sessionManagement().disable()
                .cors()
                .and()

                .addFilterAfter(new OptionsRequestFilter(), CorsFilter.class)
                .apply(new JsonLoginConfigurer<>()).loginSuccessHandler(jsonLoginSuccessHandler())
                .and()
                .apply(new JwtAuthConfigurer<>()).tokenValidSuccessHandler(jwtRefreshSuccessHandler()).permissiveRequestUrls("/logout")
                .and()
                .logout()
//		        .logoutUrl("/logout")   //默认就是"/logout"
                .addLogoutHandler(tokenClearLogoutHandler())
                .logoutSuccessHandler(new HttpStatusReturningLogoutSuccessHandler())
                .and()
                .addFilterBefore(springSessionRepositoryFilter(), SessionManagementFilter.class)
                .sessionManagement().disable()
        ;


    }


    @Override
    public void configure(WebSecurity web) throws Exception {
        web.ignoring().antMatchers(
                "/api/user/login/v1",
                "/v2/api-docs",
                "/swagger-resources/configuration/ui",
                "/swagger-resources",
                "/swagger-resources/configuration/security",
//                "/api/user/say/hello/v1",
//                "/api/user/add/v1",
//                "/api/user/speed/test/v1",
//                "/api/user/*/detail/v1",
                "/images/**",
                "/swagger-ui.html",
                "/webjars/**",
                "**/favicon.ico",
                "/css/**",
                "/js/**",
                "/api/crazymaker/info/user/login"
        );

    }


    @Resource
    RedisOperationsSessionRepository sessionRepository;

    @Resource
    public CustomedSessionIdResolver httpSessionIdResolver;

    @DependsOn({"sessionRepository", "httpSessionIdResolver"})
    @Bean("jwtAuthenticationProvider")
    protected AuthenticationProvider jwtAuthenticationProvider() {
        return new JwtAuthenticationProvider(sessionRepository, httpSessionIdResolver);
    }


    public  OncePerRequestFilter springSessionRepositoryFilter() {

        CustomedSessionRepositoryFilter sessionRepositoryFilter = new CustomedSessionRepositoryFilter<>(
                sessionRepository);
//        sessionRepositoryFilter.setServletContext(this.servletContext);
        sessionRepositoryFilter.setHttpSessionIdResolver(this.httpSessionIdResolver);
        return sessionRepositoryFilter;
    }

    @Override
    protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        auth.authenticationProvider(daoAuthenticationProvider())
                .authenticationProvider(jwtAuthenticationProvider());
    }


    @Bean
    public AuthenticationManager authenticationManagerBean() throws Exception {
        return super.authenticationManagerBean();
    }


    @Bean("daoAuthenticationProvider")
    protected AuthenticationProvider daoAuthenticationProvider() throws Exception {
        //这里会默认使用BCryptPasswordEncoder比对加密后的密码，注意要跟createUser时保持一致
        DaoAuthenticationProvider daoProvider = new DaoAuthenticationProvider();
        daoProvider.setUserDetailsService(userDetailsService());
        return daoProvider;
    }


    @Bean
    protected JwtRefreshSuccessHandler jwtRefreshSuccessHandler() {
        return new JwtRefreshSuccessHandler();
    }


    @Override
    protected UserDetailsService userDetailsService() {
        return new UserAuthService();
    }


    @Bean
    protected JsonLoginSuccessHandler jsonLoginSuccessHandler() {
        return new JsonLoginSuccessHandler(userAuthService);
    }


    @Bean
    protected TokenClearLogoutHandler tokenClearLogoutHandler() {
        return new TokenClearLogoutHandler(userAuthService);
    }

    @Bean
    protected CorsConfigurationSource corsConfigurationSource() {
        CorsConfiguration configuration = new CorsConfiguration();
        configuration.setAllowedOrigins(Arrays.asList("*"));
        configuration.setAllowedMethods(Arrays.asList("GET", "POST", "HEAD", "OPTION"));
        configuration.setAllowedHeaders(Arrays.asList("*"));
        configuration.addExposedHeader(SessionConstants.AUTHORIZATION);
        UrlBasedCorsConfigurationSource source = new UrlBasedCorsConfigurationSource();
        source.registerCorsConfiguration("/**", configuration);
        return source;
    }

}

实战小结

大概通过以上6步，一个集成jwt的springsecurity机制，完整的配置起来了。

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