跟着燕青学Spring Security认证授权07--Spring Security工作原理之认证流程

我会带着你远行 2023-06-06 03:57 17阅读 0赞

### Spring Security 结构总览 ###

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对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。根据前边知识的学习，可以通过Filter或AOP等技术来实现，Spring Security对Web资源的保护是靠Filter实现的，所以从这个Filter来入手，逐步深入Spring Security原理。

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，下图是Spring Security过虑器链结构图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDA2MjMzOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
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Spring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，而是把它们交给了认证管理器（AuthenticationManager）和决策管理器（AccessDecisionManager）进行处理，下图是FilterChainProxy相关类的UML图示。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDA2MjMzOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
spring Security功能的实现主要是由一系列过滤器链相互配合完成。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDA2MjMzOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
下面介绍过滤器链中主要的几个过滤器及其作用：

SecurityContextPersistenceFilter 这个Filter是整个拦截过程的入口和出口（也就是第一个和最后一个拦截器），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，这些都可以根据需求做相关改变；

FilterSecurityInterceptor 是用于保护web资源的，使用AccessDecisionManager对当前用户进行授权访问，前面已经详细介绍过了；

ExceptionTranslationFilter 能够捕获来自 FilterChain 所有的异常，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 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDA2MjMzOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
让我们仔细分析认证过程：

1.  用户提交用户名、密码被SecurityFilterChain中的UsernamePasswordAuthenticationFilter过滤器获取到，封装为请求Authentication，通常情况下是UsernamePasswordAuthenticationToken这个实现类。
2.  然后过滤器将Authentication提交至认证管理器（AuthenticationManager）进行认证
3.  认证成功后，AuthenticationManager身份管理器返回一个被填充满了信息的（包括上面提到的权限信息，身份信息，细节信息，但密码通常会被移除）Authentication实例。
4.  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。  
    可以看出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UserDetailsService负责UserDetails的获取。最终AuthenticationProvider将UserDetails填充至Authentication。  
    认证核心组件的大体关系如下：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDA2MjMzOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

#### AuthenticationProvider ####

通过前面的Spring Security认证流程我们得知，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 authentication) throws AuthenticationException;
        boolean supports(Class<?> var1);
    }

authenticate()方法定义了认证的实现过程，它的参数是一个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。

Spring Security中维护着一个List列表，存放多种认证方式，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，短信登录时使用AuthenticationProvider2等等这样的例子很多。

每个AuthenticationProvider需要实现supports（）方法来表明自己支持的认证方式，如我们使用表单方式认证，在提交请求时Spring Security会生成UsernamePasswordAuthenticationToken，它是一个Authentication，里面封装着用户提交的用户名、密码信息。而对应的，哪个AuthenticationProvider来处理它？

我们在DaoAuthenticationProvider的基类AbstractUserDetailsAuthenticationProvider发现以下代码：

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。

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 {         （1）
     
        Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();              （2）
        
      	Object getCredentials();										  （3）				
    
        Object getDetails();                                                  （4）
    
        Object getPrincipal();                                                （5）
    
        boolean isAuthenticated();                                            
    
        void setAuthenticated(boolean var1) throws IllegalArgumentException;
    }

（1）Authentication是spring security包中的接口，直接继承自Principal类，而Principal是位于java.security包中的。它是表示着一个抽象主体身份，任何主体都有一个名称，因此包含一个getName()方法。

（2）getAuthorities()，权限信息列表，默认是GrantedAuthority接口的一些实现类，通常是代表权限信息的一系列字符串。

（3）getCredentials()，凭证信息，用户输入的密码字符串，在认证过后通常会被移除，用于保障安全。

（4）getDetails()，细节信息，web应用中的实现接口通常为 WebAuthenticationDetails，它记录了访问者的ip地址和sessionId的值。

（5）getPrincipal()，身份信息，大部分情况下返回的是UserDetails接口的实现类，UserDetails代表用户的详细信息，那从Authentication中取出来的UserDetails就是当前登录用户信息，它也是框架中的常用接口之一。

#### UserDetailsService ####

1）认识UserDetailsService

现在咱们现在知道DaoAuthenticationProvider处理了web表单的认证逻辑，认证成功后既得到一个Authentication(UsernamePasswordAuthenticationToken实现)，里面包含了身份信息（Principal）。这个身份信息就是一个Object ，大多数情况下它可以被强转为UserDetails对象。

DaoAuthenticationProvider中包含了一个UserDetailsService实例，它负责根据用户名提取用户信息UserDetails(包含密码)，而后DaoAuthenticationProvider会去对比UserDetailsService提取的用户密码与用户提交的密码是否匹配作为认证成功的关键依据，因此可以通过将自定义的UserDetailsService公开为spring bean来定义自定义身份验证。

public interface UserDetailsService {    
    	UserDetails loadUserByUsername(String username) 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（通常是数据库）加载用户信息，仅此而已。而DaoAuthenticationProvider的职责更大，它完成完整的认证流程，同时会把UserDetails填充至Authentication。

上面一直提到UserDetails是用户信息，咱们看一下它的真面目：

public interface UserDetails extends Serializable {
    
       Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();
    
       String getPassword();
    
       String getUsername();
    
       boolean isAccountNonExpired();
    
       boolean isAccountNonLocked();
    
       boolean isCredentialsNonExpired();
    
       boolean isEnabled();
    }

它和Authentication接口很类似，比如它们都拥有username，authorities。Authentication的getCredentials()与UserDetails中的getPassword()需要被区分对待，前者是用户提交的密码凭证，后者是用户实际存储的密码，认证其实就是对这两者的比对。Authentication中的getAuthorities()实际是由UserDetails的getAuthorities()传递而形成的。还记得Authentication接口中的getDetails()方法吗？其中的UserDetails用户详细信息便是经过了AuthenticationProvider认证之后被填充的。

通过实现UserDetailsService和UserDetails，我们可以完成对用户信息获取方式以及用户信息字段的扩展。

Spring Security提供的InMemoryUserDetailsManager(内存认证)，JdbcUserDetailsManager(jdbc认证)就是UserDetailsService的实现类，主要区别无非就是从内存还是从数据库加载用户。

2）测试

自定义UserDetailsService

@Service
    public class SpringDataUserDetailsService implements UserDetailsService {
        @Override
        public UserDetails loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException {
            //登录账号
            System.out.println("username="+username);
            //根据账号去数据库查询...
            //这里暂时使用静态数据
            UserDetails userDetails = User.withUsername(username).password("123").authorities("p1").build();
            return userDetails;
        }
    }

屏蔽安全配置类中UserDetailsService的定义

/*    @Bean
        public UserDetailsService userDetailsService()  {
            InMemoryUserDetailsManager manager = new InMemoryUserDetailsManager();
            manager.createUser(User.withUsername("zhangsan").password("123").authorities("p1").build());
            manager.createUser(User.withUsername("lisi").password("456").authorities("p2").build());
            return manager;
        }*/

重启工程，请求认证，SpringDataUserDetailsService的loadUserByUsername方法被调用 ，查询用户信息。

#### PasswordEncoder ####

1）认识PasswordEncoder

DaoAuthenticationProvider认证处理器通过UserDetailsService获取到UserDetails后，它是如何与请求Authentication中的密码做对比呢？

在这里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 Security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：

@Bean
    public PasswordEncoder passwordEncoder() {
        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：

1、用户输入密码（明文 ）

2、DaoAuthenticationProvider获取UserDetails（其中存储了用户的正确密码）

3、DaoAuthenticationProvider使用PasswordEncoder对输入的密码和正确的密码进行校验，密码一致则校验通过，否则校验失败。

NoOpPasswordEncoder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通过，否则 校验失败。

实际项目中推荐使用BCryptPasswordEncoder, Pbkdf2PasswordEncoder, SCryptPasswordEncoder等，感兴趣的大家可以看看这些PasswordEncoder的具体实现。

2）使用BCryptPasswordEncoder

1、配置BCryptPasswordEncoder

在安全配置类中定义：

@Bean
    public PasswordEncoder passwordEncoder() {
        return new BCryptPasswordEncoder();
    }

测试发现认证失败，提示：Encoded password does not look like BCrypt。

原因：

由于UserDetails中存储的是原始密码（比如：123），它不是BCrypt格式。

跟踪 DaoAuthenticationProvider第33行代码查看 userDetails中的内容 ，跟踪第38行代码查看 PasswordEncoder的类型。

2、测试BCrypt

通过下边的代码测试BCrypt加密及校验的方法

添加依赖：

<dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
        <scope>test</scope>
    </dependency>

编写测试方法：

@RunWith(SpringRunner.class)
    public class TestBCrypt {
        @Test
        public void test1(){
            //对原始密码加密
            String hashpw = BCrypt.hashpw("123",BCrypt.gensalt());
            System.out.println(hashpw);
            //校验原始密码和BCrypt密码是否一致
            boolean checkpw = BCrypt.checkpw("123", "$2a$10$NlBC84MVb7F95EXYTXwLneXgCca6/GipyWR5NHm8K0203bSQMLpvm");
            System.out.println(checkpw);
        }
    }

3、修改安全配置类

将UserDetails中的原始密码修改为BCrypt格式

manager.createUser(User.withUsername("zhangsan").password("$2a$10$1b5mIkehqv5c4KRrX9bUj.A4Y2hug3IGCnMCL5i4RpQrYV12xNKye").authorities("p1").build());

实际项目中存储在数据库中的密码并不是原始密码，都是经过加密处理的密码。

### 代码参考 ###

[https://github.com/pbteach/SpringSecurity/tree/master/security-spring-boot][https_github.com_pbteach_SpringSecurity_tree_master_security-spring-boot]

### 视频下载 ###

[燕青SpringSecurity视频下载][SpringSecurity]

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[https_github.com_pbteach_SpringSecurity_tree_master_security-spring-boot]: https://github.com/pbteach/SpringSecurity/tree/master/security-spring-boot
[SpringSecurity]: https://blog.csdn.net/weixin_44062339/article/details/102598424