spring security——基本介绍（一）

最新推荐文章于 2024-07-15 10:30:00 发布

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一、spring security 简介

spring security 的核心功能主要包括：

认证（你是谁）
授权（你能干什么）
攻击防护（防止伪造身份）

其核心就是一组过滤器链，项目启动后将会自动配置。最核心的就是 Basic Authentication Filter 用来认证用户的身份，一个在spring security中一种过滤器处理一种认证方式。

比如，对于username password认证过滤器来说，

会检查是否是一个登录请求；

是否包含username 和 password （也就是该过滤器需要的一些认证信息）；

如果不满足则放行给下一个。

下一个按照自身职责判定是否是自身需要的信息，basic的特征就是在请求头中有 Authorization:Basic eHh4Onh4 的信息。中间可能还有更多的认证过滤器。最后一环是 FilterSecurityInterceptor，这里会判定该请求是否能进行访问rest服务，判断的依据是 BrowserSecurityConfig中的配置，如果被拒绝了就会抛出不同的异常（根据具体的原因）。Exception Translation Filter 会捕获抛出的错误，然后根据不同的认证方式进行信息的返回提示。

注意：绿色的过滤器可以配置是否生效，其他的都不能控制。

二、入门项目

首先创建spring boot项目HelloSecurity，其pom主要依赖如下：

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

然后在src/main/resources/templates/目录下创建页面：

home.html

<!DOCTYPE html>
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xmlns:th="http://www.thymeleaf.org" xmlns:sec="http://www.thymeleaf.org/thymeleaf-extras-springsecurity3">
    <head>
        <title>Spring Security Example</title>
    </head>
    <body>
        <h1>Welcome!</h1>

        <p>Click <a th:href="@{/hello}">here</a> to see a greeting.</p>
    </body>
</html>

我们可以看到, 在这个简单的视图中包含了一个链接： “/hello”. 链接到了如下的页面，Thymeleaf模板如下:

hello.html

<!DOCTYPE html>
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xmlns:th="http://www.thymeleaf.org"
      xmlns:sec="http://www.thymeleaf.org/thymeleaf-extras-springsecurity3">
    <head>
        <title>Hello World!</title>
    </head>
    <body>
        <h1>Hello world!</h1>
    </body>
</html>

Web应用程序基于Spring MVC。因此，你需要配置Spring MVC并设置视图控制器来暴露这些模板。如下是一个典型的Spring MVC配置类。在src/main/java/hello目录下（所以java都在这里）：

@Configuration
public class MvcConfig extends WebMvcConfigurerAdapter {
    @Override
    public void addViewControllers(ViewControllerRegistry registry) {
        registry.addViewController("/home").setViewName("home");
        registry.addViewController("/").setViewName("home");
        registry.addViewController("/hello").setViewName("hello");
        registry.addViewController("/login").setViewName("login");
    }
}

addViewControllers()方法（覆盖WebMvcConfigurerAdapter中同名的方法）添加了四个视图控制器。两个视图控制器引用名称为“home”的视图（在home.html中定义），另一个引用名为“hello”的视图（在hello.html中定义）。第四个视图控制器引用另一个名为“login”的视图。将在下一部分中创建该视图。此时，可以跳过来使应用程序可执行并运行应用程序，而无需登录任何内容。然后启动程序如下：

@SpringBootApplication
public class Application {

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

2、加入Spring Security

假设你希望防止未经授权的用户访问“/ hello”。此时，如果用户点击主页上的链接，他们会看到问候语，请求被没有被拦截。你需要添加一个障碍，使得用户在看到该页面之前登录。您可以通过在应用程序中配置Spring Security来实现。如果Spring Security在类路径上，则Spring Boot会使用“Basic认证”来自动保护所有HTTP端点。同时，你可以进一步自定义安全设置。首先在pom文件中引入：

<dependencies>
    ...
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
        </dependency>
    ...
</dependencies>

如下是安全配置，使得只有认证过的用户才可以访问到问候页面:

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
            .authorizeRequests()
                .antMatchers("/", "/home").permitAll()
                .anyRequest().authenticated()
                .and()
            .formLogin()
                .loginPage("/login")
                .permitAll()
                .and()
            .logout()
                .permitAll();
    }

    @Autowired
    public void configureGlobal(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        auth
            .inMemoryAuthentication()
                .withUser("user").password("password").roles("USER");
    }
}

WebSecurityConfig类使用了@EnableWebSecurity注解，以启用Spring Security的Web安全支持，并提供Spring MVC集成。它还扩展了WebSecurityConfigurerAdapter，并覆盖了一些方法来设置Web安全配置的一些细节。

configure(HttpSecurity)方法定义了哪些URL路径应该被保护，哪些不应该。具体来说，“/”和“/ home”路径被配置为不需要任何身份验证。所有其他路径必须经过身份验证。

当用户成功登录时，它们将被重定向到先前请求的需要身份认证的页面。有一个由 loginPage()指定的自定义“/登录”页面，每个人都可以查看它。

对于configureGlobal(AuthenticationManagerBuilder) 方法，它将单个用户设置在内存中。该用户的用户名为“user”，密码为“password”，角色为“USER”。

现在我们需要创建登录页面。前面我们已经配置了“login”的视图控制器，因此现在只需要创建登录页面即可：

login.html

<!DOCTYPE html>
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xmlns:th="http://www.thymeleaf.org"
      xmlns:sec="http://www.thymeleaf.org/thymeleaf-extras-springsecurity3">
    <head>
        <title>Spring Security Example </title>
    </head>
    <body>
        <div th:if="${param.error}">
            Invalid username and password.
        </div>
        <div th:if="${param.logout}">
            You have been logged out.
        </div>
        <form th:action="@{/login}" method="post">
            <div><label> User Name : <input type="text" name="username"/> </label></div>
            <div><label> Password: <input type="password" name="password"/> </label></div>
            <div><input type="submit" value="Sign In"/></div>
        </form>
    </body>
</html>

你可以看到，这个Thymeleaf模板只是提供一个表单来获取用户名和密码，并将它们提交到“/ login”。根据配置，Spring Security提供了一个拦截该请求并验证用户的过滤器。如果用户未通过认证，该页面将重定向到“/ login?error”，并在页面显示相应的错误消息。注销成功后，我们的应用程序将发送到“/ login?logout”，我们的页面显示相应的登出成功消息。最后，我们需要向用户提供一个显示当前用户名和登出的方法。更新hello.html 向当前用户打印一句hello，并包含一个“注销”表单，如下所示:

<!DOCTYPE html>
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xmlns:th="http://www.thymeleaf.org"
      xmlns:sec="http://www.thymeleaf.org/thymeleaf-extras-springsecurity3">
    <head>
        <title>Hello World!</title>
    </head>
    <body>
        <h1 th:inline="text">Hello [[${#httpServletRequest.remoteUser}]]!</h1>
        <form th:action="@{/logout}" method="post">
            <input type="submit" value="Sign Out"/>
        </form>
    </body>
</html>

三、参数详解

1、注解 @EnableWebSecurity

在 Spring boot 应用中使用 Spring Security，用到了 @EnableWebSecurity注解，官方说明为，该注解和 @Configuration 注解一起使用, 注解 WebSecurityConfigurer 类型的类，或者利用@EnableWebSecurity 注解继承 WebSecurityConfigurerAdapter的类，这样就构成了 Spring Security 的配置。

2、抽象类 WebSecurityConfigurerAdapter

一般情况，会选择继承 WebSecurityConfigurerAdapter 类，其官方说明为：WebSecurityConfigurerAdapter 提供了一种便利的方式去创建 WebSecurityConfigurer的实例，只需要重写 WebSecurityConfigurerAdapter 的方法，即可配置拦截什么URL、设置什么权限等安全控制。

3、方法 configure(AuthenticationManagerBuilder auth) 和 configure(HttpSecurity http)

Demo 中重写了 WebSecurityConfigurerAdapter 的两个方法：

   /**
     * 通过 {@link #authenticationManager()} 方法的默认实现尝试获取一个 {@link AuthenticationManager}.
     * 如果被复写, 应该使用{@link AuthenticationManagerBuilder} 来指定 {@link AuthenticationManager}.
     *
     * 例如, 可以使用以下配置在内存中进行注册公开内存的身份验证{@link UserDetailsService}:
     *
     * // 在内存中添加 user 和 admin 用户
     * @Override
     * protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) {
     *     auth
     *       .inMemoryAuthentication().withUser("user").password("password").roles("USER").and()
     *         .withUser("admin").password("password").roles("USER", "ADMIN");
     * }
     *
     * // 将 UserDetailsService 显示为 Bean
     * @Bean
     * @Override
     * public UserDetailsService userDetailsServiceBean() throws Exception {
     *     return super.userDetailsServiceBean();
     * }
     *
     */
    protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        this.disableLocalConfigureAuthenticationBldr = true;
    }


    /**
     * 复写这个方法来配置 {@link HttpSecurity}. 
     * 通常，子类不能通过调用 super 来调用此方法，因为它可能会覆盖其配置。 默认配置为：
     * 
     * http.authorizeRequests().anyRequest().authenticated().and().formLogin().and().httpBasic();
     *
     */
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        logger.debug("Using default configure(HttpSecurity). If subclassed this will potentially override subclass configure(HttpSecurity).");

        http
            .authorizeRequests()
                .anyRequest().authenticated()
                .and()
            .formLogin().and()
            .httpBasic();
    }

4、final 类 HttpSecurity

HttpSecurity 常用方法及说明：

方法	说明
`openidLogin()`	用于基于 OpenId 的验证
`headers()`	将安全标头添加到响应
`cors()`	配置跨域资源共享（ CORS ）
`sessionManagement()`	允许配置会话管理
`portMapper()`	允许配置一个`PortMapper`(`HttpSecurity#(getSharedObject(class))`)，其他提供`SecurityConfigurer`的对象使用 `PortMapper` 从 HTTP 重定向到 HTTPS 或者从 HTTPS 重定向到 HTTP。默认情况下，Spring Security使用一个`PortMapperImpl`映射 HTTP 端口8080到 HTTPS 端口8443，HTTP 端口80到 HTTPS 端口443
`jee()`	配置基于容器的预认证。在这种情况下，认证由Servlet容器管理
`x509()`	配置基于x509的认证
`rememberMe`	允许配置“记住我”的验证
`authorizeRequests()`	允许基于使用`HttpServletRequest`限制访问
`requestCache()`	允许配置请求缓存
`exceptionHandling()`	允许配置错误处理
`securityContext()`	在`HttpServletRequests`之间的`SecurityContextHolder`上设置`SecurityContext`的管理。当使用`WebSecurityConfigurerAdapter`时，这将自动应用
`servletApi()`	将`HttpServletRequest`方法与在其上找到的值集成到`SecurityContext`中。当使用`WebSecurityConfigurerAdapter`时，这将自动应用
`csrf()`	添加 CSRF 支持，使用`WebSecurityConfigurerAdapter`时，默认启用
`logout()`	添加退出登录支持。当使用`WebSecurityConfigurerAdapter`时，这将自动应用。默认情况是，访问URL”/ logout”，使HTTP Session无效来清除用户，清除已配置的任何`#rememberMe()`身份验证，清除`SecurityContextHolder`，然后重定向到”/login?success”
`anonymous()`	允许配置匿名用户的表示方法。当与`WebSecurityConfigurerAdapter`结合使用时，这将自动应用。默认情况下，匿名用户将使用`org.springframework.security.authentication.AnonymousAuthenticationToken`表示，并包含角色 “ROLE_ANONYMOUS”
`formLogin()`	指定支持基于表单的身份验证。如果未指定`FormLoginConfigurer#loginPage(String)`，则将生成默认登录页面
`oauth2Login()`	根据外部OAuth 2.0或OpenID Connect 1.0提供程序配置身份验证
`requiresChannel()`	配置通道安全。为了使该配置有用，必须提供至少一个到所需信道的映射
`httpBasic()`	配置 Http Basic 验证
`addFilterAt()`	在指定的Filter类的位置添加过滤器

5、类 AuthenticationManagerBuilder

/**
* {@link SecurityBuilder} used to create an {@link AuthenticationManager}. Allows for
* easily building in memory authentication, LDAP authentication, JDBC based
* authentication, adding {@link UserDetailsService}, and adding
* {@link AuthenticationProvider}'s.
*/

意思是，AuthenticationManagerBuilder 用于创建一个 AuthenticationManager，让我能够轻松的实现内存验证、LADP验证、基于JDBC的验证、添加UserDetailsService、添加AuthenticationProvider。

四、原理讲解

1、校验流程图

2、源码分析

AbstractAuthenticationProcessingFilter 抽象类

    public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse res, FilterChain chain)
            throws IOException, ServletException {

        HttpServletRequest request = (HttpServletRequest) req;
        HttpServletResponse response = (HttpServletResponse) res;

        if (!requiresAuthentication(request, response)) {
            chain.doFilter(request, response);

            return;
        }

        if (logger.isDebugEnabled()) {
            logger.debug("Request is to process authentication");
        }

        Authentication authResult;

        try {
            authResult = attemptAuthentication(request, response);
            if (authResult == null) {
                // return immediately as subclass has indicated that it hasn't completed
                // authentication
                return;
            }
            sessionStrategy.onAuthentication(authResult, request, response);
        }
        catch (InternalAuthenticationServiceException failed) {
            logger.error(
                    "An internal error occurred while trying to authenticate the user.",
                    failed);
            unsuccessfulAuthentication(request, response, failed);

            return;
        }
        catch (AuthenticationException failed) {
            // Authentication failed
            unsuccessfulAuthentication(request, response, failed);

            return;
        }

        // Authentication success
        if (continueChainBeforeSuccessfulAuthentication) {
            chain.doFilter(request, response);
        }

        successfulAuthentication(request, response, chain, authResult);
    }

调用 requiresAuthentication(HttpServletRequest, HttpServletResponse) 决定是否需要进行验证操作。如果需要验证，则会调用 attemptAuthentication(HttpServletRequest, HttpServletResponse) 方法，有三种结果：

返回一个 Authentication 对象。配置的 SessionAuthenticationStrategy` 将被调用，然后然后调用 successfulAuthentication(HttpServletRequest，HttpServletResponse，FilterChain，Authentication) 方法。
验证时发生 AuthenticationException。unsuccessfulAuthentication(HttpServletRequest, HttpServletResponse, AuthenticationException) 方法将被调用。
返回Null，表示身份验证不完整。假设子类做了一些必要的工作（如重定向）来继续处理验证，方法将立即返回。假设后一个请求将被这种方法接收，其中返回的Authentication对象不为空。

UsernamePasswordAuthenticationFilter（AbstractAuthenticationProcessingFilter的子类）

public Authentication attemptAuthentication(HttpServletRequest request,
            HttpServletResponse response) throws AuthenticationException {
        if (postOnly && !request.getMethod().equals("POST")) {
            throw new AuthenticationServiceException(
                    "Authentication method not supported: " + request.getMethod());
        }

        String username = obtainUsername(request);
        String password = obtainPassword(request);

        if (username == null) {
            username = "";
        }

        if (password == null) {
            password = "";
        }

        username = username.trim();

        UsernamePasswordAuthenticationToken authRequest = new UsernamePasswordAuthenticationToken(
                username, password);

        // Allow subclasses to set the "details" property
        setDetails(request, authRequest);

        return this.getAuthenticationManager().authenticate(authRequest);
    }

attemptAuthentication () 方法将 request 中的 username 和 password 生成 UsernamePasswordAuthenticationToken 对象，用于 AuthenticationManager 的验证（即 this.getAuthenticationManager().authenticate(authRequest) ）。默认情况下注入 Spring 容器的 AuthenticationManager 是 ProviderManager。

ProviderManager（AuthenticationManager的实现类）

public Authentication authenticate(Authentication authentication)
    throws AuthenticationException {
    Class<? extends Authentication> toTest = authentication.getClass();
    AuthenticationException lastException = null;
    Authentication result = null;
    boolean debug = logger.isDebugEnabled();

    for (AuthenticationProvider provider : getProviders()) {
        if (!provider.supports(toTest)) {
            continue;
        }

        if (debug) {
            logger.debug("Authentication attempt using "
                         + provider.getClass().getName());
        }

        try {
            result = provider.authenticate(authentication);

            if (result != null) {
                copyDetails(authentication, result);
                break;
            }
        }
        catch (AccountStatusException e) {
            prepareException(e, authentication);
            // SEC-546: Avoid polling additional providers if auth failure is due to
            // invalid account status
            throw e;
        }
        catch (InternalAuthenticationServiceException e) {
            prepareException(e, authentication);
            throw e;
        }
        catch (AuthenticationException e) {
            lastException = e;
        }
    }

    if (result == null && parent != null) {
        // Allow the parent to try.
        try {
            result = parent.authenticate(authentication);
        }
        catch (ProviderNotFoundException e) {
            // ignore as we will throw below if no other exception occurred prior to
            // calling parent and the parent
            // may throw ProviderNotFound even though a provider in the child already
            // handled the request
        }
        catch (AuthenticationException e) {
            lastException = e;
        }
    }

    if (result != null) {
        if (eraseCredentialsAfterAuthentication
            && (result instanceof CredentialsContainer)) {
            // Authentication is complete. Remove credentials and other secret data
            // from authentication
            ((CredentialsContainer) result).eraseCredentials();
        }

        eventPublisher.publishAuthenticationSuccess(result);
        return result;
    }

    // Parent was null, or didn't authenticate (or throw an exception).

    if (lastException == null) {
        lastException = new ProviderNotFoundException(messages.getMessage(
            "ProviderManager.providerNotFound",
            new Object[] { toTest.getName() },
            "No AuthenticationProvider found for {0}"));
    }

    prepareException(lastException, authentication);

    throw lastException;
}

尝试验证 Authentication 对象。AuthenticationProvider 列表将被连续尝试，直到 AuthenticationProvider 表示它能够认证传递的过来的Authentication 对象。然后将使用该 AuthenticationProvider 尝试身份验证。如果有多个 AuthenticationProvider 支持验证传递过来的Authentication 对象，那么由第一个来确定结果，覆盖早期支持AuthenticationProviders 所引发的任何可能的AuthenticationException。成功验证后，将不会尝试后续的AuthenticationProvider。如果最后所有的 AuthenticationProviders 都没有成功验证 Authentication 对象，将抛出 AuthenticationException。从代码中不难看出，由 provider 来验证 authentication，核心点方法是：

Authentication result = provider.authenticate(authentication);

此处的 provider 是 AbstractUserDetailsAuthenticationProvider，AbstractUserDetailsAuthenticationProvider 是AuthenticationProvider的实现，看看它的 authenticate(authentication) 方法：

// 验证 authentication
public Authentication authenticate(Authentication authentication)
            throws AuthenticationException {
        Assert.isInstanceOf(UsernamePasswordAuthenticationToken.class, authentication,
                messages.getMessage(
                        "AbstractUserDetailsAuthenticationProvider.onlySupports",
                        "Only UsernamePasswordAuthenticationToken is supported"));

        // Determine username
        String username = (authentication.getPrincipal() == null) ? "NONE_PROVIDED"
                : authentication.getName();

        boolean cacheWasUsed = true;
        UserDetails user = this.userCache.getUserFromCache(username);

        if (user == null) {
            cacheWasUsed = false;

            try {
                user = retrieveUser(username,
                        (UsernamePasswordAuthenticationToken) authentication);
            }
            catch (UsernameNotFoundException notFound) {
                logger.debug("User '" + username + "' not found");

                if (hideUserNotFoundExceptions) {
                    throw new BadCredentialsException(messages.getMessage(
                            "AbstractUserDetailsAuthenticationProvider.badCredentials",
                            "Bad credentials"));
                }
                else {
                    throw notFound;
                }
            }

            Assert.notNull(user,
                    "retrieveUser returned null - a violation of the interface contract");
        }

        try {
            preAuthenticationChecks.check(user);
            additionalAuthenticationChecks(user,
                    (UsernamePasswordAuthenticationToken) authentication);
        }
        catch (AuthenticationException exception) {
            if (cacheWasUsed) {
                // There was a problem, so try again after checking
                // we're using latest data (i.e. not from the cache)
                cacheWasUsed = false;
                user = retrieveUser(username,
                        (UsernamePasswordAuthenticationToken) authentication);
                preAuthenticationChecks.check(user);
                additionalAuthenticationChecks(user,
                        (UsernamePasswordAuthenticationToken) authentication);
            }
            else {
                throw exception;
            }
        }

        postAuthenticationChecks.check(user);

        if (!cacheWasUsed) {
            this.userCache.putUserInCache(user);
        }

        Object principalToReturn = user;

        if (forcePrincipalAsString) {
            principalToReturn = user.getUsername();
        }

        return createSuccessAuthentication(principalToReturn, authentication, user);
    }

AbstractUserDetailsAuthenticationProvider 内置了缓存机制，从缓存中获取不到的 UserDetails 信息的话，就调用如下方法获取用户信息，然后和用户传来的信息进行对比来判断是否验证成功。

// 获取用户信息
UserDetails user = retrieveUser(username,
 (UsernamePasswordAuthenticationToken) authentication);

retrieveUser() 方法在 DaoAuthenticationProvider 中实现，DaoAuthenticationProvider 是 AbstractUserDetailsAuthenticationProvider的子类。具体实现如下：

protected final UserDetails retrieveUser(String username,
            UsernamePasswordAuthenticationToken authentication)
            throws AuthenticationException {
        UserDetails loadedUser;

        try {
            loadedUser = this.getUserDetailsService().loadUserByUsername(username);
        }
        catch (UsernameNotFoundException notFound) {
            if (authentication.getCredentials() != null) {
                String presentedPassword = authentication.getCredentials().toString();
                passwordEncoder.isPasswordValid(userNotFoundEncodedPassword,
                        presentedPassword, null);
            }
            throw notFound;
        }
        catch (Exception repositoryProblem) {
            throw new InternalAuthenticationServiceException(
                    repositoryProblem.getMessage(), repositoryProblem);
        }

        if (loadedUser == null) {
            throw new InternalAuthenticationServiceException(
                    "UserDetailsService returned null, which is an interface contract violation");
        }
        return loadedUser;
    }

可以看到此处的返回对象 userDetails 是由 UserDetailsService 的 #loadUserByUsername(username) 来获取的。

对于看本文比较困难的同学可以移步：https://www.lanqiao.cn/courses/3013

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其实内容和博客差不多，只不过更详细（就是一步一步的来，所有步骤有详细过程记录和截图，按照课程步骤最终能完整的操作完整个项目过程，适合小白），版本上也有所升级，还有就是有问题可以直接沟通，谢谢支持！