Spring|Spring Security 安全框架应用原理解析 SpringSecurity安全框架应用原理解

Spring Security 简介背景分析
企业中数据是最重要的资源,对于这些数据而言,有些可以直接匿名访问,有些只能登录以后才能访问,还有一些你登录成功以后,权限不够也不能访问.总之这些规则都是保护系统资源不被破坏的一种手段.几乎每个系统中都需要这样的措施对数据(资源)进行保护.我们通常会通过软件技术对这样业务进行具体的设计和实现.早期没有统一的标准,每个系统都有自己独立的设计实现,但是对于这个业务又是一个共性,后续市场上就基于共享做了具体的落地实现,例如Spring Security,Apache shiro诞生了.
认证授权分析
用户在进行资源访问时，要求系统要对用户进行权限控制,其具体流程如图所示：

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Spring Security 概述
Spring Security 是一个企业级安全框架,由spring官方推出,它对软件系统中的认证,授权,加密等功能进行封装,并在springboot技术推出以后,配置方面做了很大的简化.市场上现在的分布式架构下的安全控制正在逐步的转向Spring Security.
Spring Security 基本架构
Spring Security 在企业中实现认证和授权业务时,底层构建了大量的过滤器.

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其中:
绿色部分为认证过滤器,需要我们自己配置,也可以配置过个认证过滤器.也可以使用Spring Security提供的默认认证过滤器.黄色部分为授权过滤器.Spring Security就是通过这些过滤器然后调用相关对象一起完成认证和授权操作.
Spring Security 快速入门创建工程
【Spring|Spring Security 安全框架应用原理解析】
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添加项目依赖

4.0.0spring-boot-starter-parentorg.springframework.boot2.3.2.RELEASEcom.cy02-jt-spring-security1.0-SNAPSHOT88org.springframework.bootspring-boot-starter-weborg.springframework.bootspring-boot-starter-securityorg.springframework.bootspring-boot-starter-test

创建配置文件
在resources目录下创建application.yml文件,并指定服务端口

server:port: 8080

创建项目启动类

package com.cy.jt; import org.springframework.boot.SpringApplication; import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication; @SpringBootApplicationpublic class SpringSecurityApplication {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(SpringSecurityApplication.class,args); }}

运行启动类访问测试
第一步:检查控制输出,是否自动生成了一个密码,例如:

Using generated security password: 360123aa-df93-4cd9-bab4-5212af421d2c

第二步:打开浏览器输入http://localhost:8080,然后呈现登录页面,例如:

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在登录窗口中输入用户名user(系统默认),密码(服务启动时,控制台默认输出的
密码),然后点击Sign in进行登录,登录成功默认会出现,如下界面:

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定义登录成功页面
在项目的resources目录下创建static目录,并在此目录创建一个index.html文件,例如:

Title - 锐客网Login Ok

启动服务,再次进行登录访问测试,登录成功以后系统默认会跳转到index.html页面,例如

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配置登录密码第一步:编写一个方法(可以在启动类中调用执行),对一个名文进行加密,例如:

static void encodePwd(){BCryptPasswordEncoder encoder=new BCryptPasswordEncoder(); String password="123456"; //明文String newPwd=encoder.encode("123456"); System.out.println(newPwd); //$2a$10$fahHJIe3SJm3KcyiPPQ2d.a2qR029gB3qKHrKanQ87u.KbtZ6Phr.}

第二步:将用户和密码在在springboot工程的application.yml文件中进行配置,例如:

spring:security:user:name: jack#password: 123456 #这种写法,密码太简单了password: '{bcrypt}$2a$10$fahHJIe3SJm3KcyiPPQ2d.a2qR029gB3qKHrKanQ87u.KbtZ6Phr.'

其中,{bcrypt}指定了密码加密时使用的算法
第三步:启动服务,重新进行登录测试.
SpringSecurity 认证逻辑实现自定义登陆逻辑
SpringSecurity支持通过配置文件的方式定义用户信息（账号密码和角色等），但这种方式有明显的缺点，那就是系统上线后，用户信息的变更比较麻烦。因此SpringSecurity还支持通过实现UserDetailsService接口的方式来提供用户认证授权信息，其应用过程如下：
第一步：定义security配置类，例如：

/** * 由@Configuration注解描述的类为spring中的配置类,配置类会在spring * 工程启动时优先加载,在配置类中通常会对第三方资源进行初始配置. */@Configurationpublic class SecurityConfig {/*** 定义SpringSecurity密码加密对象* @Bean 注解通常会在@Configuration注解描述的类中描述方法,* 用于告诉spring框架这个方法的返回值会交给spring管理,并spring* 管理的这个对象起个默认的名字,这个名字与方法名相同,当然也可以通过* @Bean注解起名字*/@Bean //对象名默认为方法名//@Bean("bcryptPasswordEncoder")//bean对象名字为bcryptPasswordEncoderpublic BCryptPasswordEncoder passwordEncoder(){return new BCryptPasswordEncoder(); }}

第二步：定义UserDetailService接口实现类，自定义登陆逻辑，代码如下：
UserDetailService为SpringSecurity官方提供的登录逻辑处理对象,我们自己可以实现此接口,然后在对应的方法中进行登录逻辑的编写即可.

package com.cy.jt.security.service; @Servicepublic class UserDetailServiceImpl implements UserDetailsService {@Autowiredprivate BCryptPasswordEncoder passwordEncoder; /*** 当我们执行登录操作时,底层会通过过滤器等对象,调用这个方法.* @param username 这个参数为页面输出的用户名* @return 一般是从数据库基于用户名查询到的用户信息* @throws UsernameNotFoundException*/@Overridepublic UserDetails loadUserByUsername(String username)throws UsernameNotFoundException {//1.基于用户名从数据库查询用户信息//User user=userMapper.selectUserByUsername(username); if(!"jack".equals(username))//假设这是从数据库查询的信息throw new UsernameNotFoundException("user not exists"); //2.将用户信息封装到UserDetails对象中并返回//假设这个密码是从数据库查询出来的String encodedPwd=passwordEncoder.encode("123456"); //假设这个权限信息也是从数据库查询到的//假如分配权限的方式是角色,编写字符串时用"ROLE_"做前缀List grantedAuthorities =AuthorityUtils.commaSeparatedStringToAuthorityList("ROLE_admin,ROLE_normal,sys:res:retrieve,sys:res:create"); //这个user是SpringSecurity提供的UserDetails接口的实现,用于封装用户信息//后续我们也可以基于需要自己构建UserDetails接口的实现User user=new User(username,encodedPwd,grantedAuthorities); return user; }}

说明,这里的User对象会交给SpringSecurity框架,框架提取出密码信息,然后与用户输入的密码进行匹配校验.
第三步：启动服务进行登陆，访问测试。

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自定义登陆页面
第一步：定义登陆页面（直接在static目录下创建即可），关键代码如下：

Please sign in - 锐客网
Please sign inUsername
Password

注意：请求的url暂时为”/login”,请求方式必须为post方式，请求的参数暂时必须为username，password。这些规则默认在UsernamePasswordAuthenticationFilter中进行了定义。
第二步：修改安全配置类，让其实现接口，并重写相关config方法，进行登陆设计，代码如下：

@Configurationpublic class SecutiryConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {@Beanpublic PasswordEncoder passwordEncoder(){return new BCryptPasswordEncoder(); }@Overrideprotected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {//super.configure(http); //关闭跨域攻击，不关闭容易出错http.csrf().disable(); //自定义登陆表单http.formLogin()//设置登陆页面.loginPage("/login.html")//设置登陆请求处理地址(对应form表单中的action),登陆时会访问UserDetailService对象.loginProcessingUrl("/login")//设置请求用户名参数为username(默认就是username，可以自己修改，需要与表单同步).usernameParameter("username")//请求请求密码参数为password(默认就是password，可以自己修改，需要与表单同步).passwordParameter("password")//设置登陆成功跳转页面(默认为/index.html).defaultSuccessUrl("/index.html")//登陆失败访问的页面（默认为/login.html?error）.failureUrl("/login.html?error"); //认证设计http.authorizeRequests()//设置要放行的咨询.antMatchers("/login.html").permitAll()//设置需要认证的请求（除了上面的要放行，其它都要进行认证）.anyRequest().authenticated(); }}

登陆成功和失败处理器
现在的很多系统都采用的是前后端分离设计，我们登陆成功以后可能会跳转到前端系统的某个地址，或者返回一个json数据，我们可以自己定义登录成功的处理操作,例如：

定义登陆成功处理器：

方案1：可以直接执行重定向的处理器，例如

package com.cy.jt.auth.config.authentication; public class RedirectAuthenticationSuccessHandler implements AuthenticationSuccessHandler {//定义要跳转的urlprivate String redirectUrl; public RedirectAuthenticationSuccessHandler(String redirectUrl){this.redirectUrl=redirectUrl; }@Overridepublic void onAuthenticationSuccess(HttpServletRequest httpServletRequest,HttpServletResponse httpServletResponse,Authentication authentication)throws IOException, ServletException {httpServletResponse.sendRedirect(redirectUrl); }}

方案2：可以直接返回JSON数据的处理器，例如：

package com.cy.jt.security.config.handler; /**处理登录失败 * 0)Default-默认 * 1)Authentication-认证 * 2)Failure-失败 * 3)Handler-处理器 * */public class DefaultAuthenticationFailureHandler implements AuthenticationFailureHandler {@Overridepublic void onAuthenticationFailure(HttpServletRequest httpServletRequest,HttpServletResponse httpServletResponse,AuthenticationException e) throws IOException, ServletException {//1.设置响应数据的编码httpServletResponse.setCharacterEncoding("utf-8"); //2.告诉客户端响应数据的类型,以及客户端以怎样的编码进行显示httpServletResponse.setContentType("application/json; charset=utf-8"); //3.获取一个输出流对象PrintWriter out=httpServletResponse.getWriter(); //4.向客户端输出一个json格式字符串//4.1构建一个map对象Map map=new HashMap<>(); map.put("state","500"); map.put("msg","username or password error"); //4.2基于jackson中的ObjectMapper对象将一个对象转换为json格式字符串String jsonStr= new ObjectMapper().writeValueAsString(map); out.println(jsonStr); out.flush(); }}

定义登陆失败处理器：

方案1：登陆失败重定向到页面，例如

package com.cy.jt.auth.config.authentication; public class RedirectAuthenticationFailureSuccessHandler implements AuthenticationFailureHandler {private String redirectUrl; public RedirectAuthenticationFailureSuccessHandler(String redirectUrl){this.redirectUrl=redirectUrl; }@Overridepublic void onAuthenticationFailure(HttpServletRequest httpServletRequest, HttpServletResponse httpServletResponse, AuthenticationException e) throws IOException, ServletException {httpServletResponse.sendRedirect(redirectUrl); }}

方案2：定义登陆失败处理器，例如：

package com.cy.jt.security.config.handler; /**处理登录失败 * 0)Default-默认 * 1)Authentication-认证 * 2)Failure-失败 * 3)Handler-处理器 * */public class DefaultAuthenticationFailureHandlerimplements AuthenticationFailureHandler {@Overridepublic void onAuthenticationFailure(HttpServletRequest httpServletRequest,HttpServletResponse httpServletResponse,AuthenticationException e) throws IOException, ServletException {//1.设置响应数据的编码httpServletResponse.setCharacterEncoding("utf-8"); //2.告诉客户端响应数据的类型,以及客户端以怎样的编码进行显示httpServletResponse.setContentType("application/json; charset=utf-8"); //3.获取一个输出流对象PrintWriter out=httpServletResponse.getWriter(); //4.向客户端输出一个json格式字符串//4.1构建一个map对象Map map=new HashMap<>(); map.put("state","500"); map.put("msg","username or password error"); //4.2基于jackson中的ObjectMapper对象将一个对象转换为json格式字符串String jsonStr= new ObjectMapper().writeValueAsString(map); out.println(jsonStr); out.flush(); }}

修改配置类，设置登陆成功与失败处理器。

@Configurationpublic class SecutiryConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {@Beanpublic PasswordEncoder passwordEncoder(){return new BCryptPasswordEncoder(); }@Overrideprotected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {//super.configure(http); //关闭跨域攻击，不关闭容易出错http.csrf().disable(); //自定义登陆表单http.formLogin()//设置登陆页面.loginPage("/login.html")//设置登陆请求处理地址(对应form表单中的action),登陆时会访问UserDetailService对象.loginProcessingUrl("/login")//设置请求用户名参数为username(默认就是username，可以自己修改，需要与表单同步).usernameParameter("username")//请求请求密码参数为password(默认就是password，可以自己修改，需要与表单同步).passwordParameter("password")//设置登陆成功跳转页面(默认为/index.html).successHandler(new RedirectAuthenticationSuccessHandler("你的url"))//登陆失败访问的页面（默认为/login.html?error）.failureHandler(new RedirectAuthenticationFailureHandler("你的url"))//认证设计http.authorizeRequests()//设置要放行的咨询.antMatchers("/login.html").permitAll()//设置需要认证的请求（除了上面的要放行，其它都要进行认证）.anyRequest().authenticated(); }}

第四步：启动服务进行访问测试（分别用正确和错误的账号进行测试）。
放行静态资源
在SecurityManager配置类中的configure(HttpSecurity http)方法中我们可以通过对anMatchers方法定义要放行静态资源，例如：

.authorizeRequests() //设置请求的授权.antMatchers(//配置下列路径的授权"/index.html","/js/*","/css/*","/img/**","/bower_components/**","/login.html").permitAll()//设置上述所有路径不需要登录就能访问(放行)

其中：

“*”用于匹配0个或多个字符
“**”用于匹配0个或多个目录及字符

登出设计及实现
在SecurityManager配置类中的configure(HttpSecurity http)方法中，添加登出配置，例如

http.logout()//开始设置登出信息.logoutUrl("/logout")//登出路径.logoutSuccessUrl("/login.html?logout"); //设置登出后显示的页面

SpringSecurity授权逻辑实现修改授权配置类
在权限配置类上添加启用全局方法访问控制注解，例如:

package com.cy.auth.config; //这个配置类是配置Spring-Security的,//prePostEnabled= true表示启动权限管理功能@EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled = true)@Configurationpublic class SpringSecurityConfigurer extends WebSecurityConfigurerAdapter {……}

定义资源Controller
定义一个ResourceController类,作为资源访问对象,例如

package com.cy.jt.auth.controller; @RestControllerpublic class ResourceController {@PreAuthorize("hasAuthority('sys:res:create')")@RequestMapping("/doCreate")public String doCreate(){return "add resource"; }@PreAuthorize("hasAuthority('sys:res:update')")@RequestMapping("doUpdate")public String doUpdate(){return "update resource"; }@PreAuthorize("hasAuthority('sys:res:delete')")@RequestMapping("/doDelete")public String doDelete(){return "delete resource"; }@PreAuthorize("hasAuthority('sys:res:retrieve')")@RequestMapping("/doRetrieve")public String doRetrieve(){return "retrieve resource"; }}

其中，@PreAuthorize注解描述方法时，用于告诉系统访问此方法时需要进行权限检测。需要具备指定权限才可以访问。例如：

@PreAuthorize(“hasAuthority('sys:res:delete”) 需要具备sys:res:delete权限
@PreAuthorize(“hasRole(‘admin')”) 需要具备admin角色启动服务访问测试

使用不同用户进行登陆，然后执行资源访问，假如没有权限，则会看到响应状态吗403，如图所示：

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Spring认证和授权异常处理异常类型
对于SpringSecurity框架而言,在实现认证和授权业务时,可能出现如下两大类型异常:
1)AuthenticationException (用户还没有认证就去访问某个需要认证才可访问的方法时,可能出现的异常,这个异常通常对应的状态码401)
2)AccessDeniedException (用户认证以后,在访问一些没有权限的资源时,可能会出现的异常,这个异常通常对应的状态吗为403)
异常处理规范
SpringSecurity框架给了默认的异常处理方式,当默认的异常处理方式不满足我们实际业务需求时,此时我们就要自己定义异常处理逻辑,编写逻辑时需要遵循如下规范:
1)AuthenticationEntryPoint:统一处理 AuthenticationException 异常
2)AccessDeniedHandler:统一处理 AccessDeniedException 异常.
自定义异常处理对象

处理没有认证的访问异常

package com.cy.jt.config; public class DefaultAuthenticationEntryPoint implements AuthenticationEntryPoint {@Overridepublic void commence(HttpServletRequest request,HttpServletResponse response,AuthenticationException e) throws IOException, ServletException {//设置响应数据的编码response.setCharacterEncoding("utf-8"); //告诉浏览器要响应的内容类型,以及编码response.setContentType("application/json; charset=utf-8"); Map map=new HashMap<>(); map.put("state",401); map.put("message","请先登录"); PrintWriter out=response.getWriter(); out.println(new ObjectMapper().writeValueAsString(map)); out.flush(); out.close(); }}

处理没有权限时抛出的异常

package com.cy.jt.config; public class DefaultAccessDeniedExceptionHandler implements AccessDeniedHandler {@Overridepublic void handle(HttpServletRequest request,HttpServletResponse response,AccessDeniedException e) throws IOException, ServletException {//设置响应数据的编码response.setCharacterEncoding("utf-8"); //告诉浏览器要响应的内容类型,以及编码response.setContentType("application/json; charset=utf-8"); Map map=new HashMap<>(); map.put("state",403); map.put("message","没有此资源的访问权限"); PrintWriter out=response.getWriter(); out.println(new ObjectMapper().writeValueAsString(map)); out.flush(); out.close(); }}

配置异常处理对象
在配置类SecurityConfig中添加自定义异常处理对象,代码如下

http.exceptionHandling().authenticationEntryPoint(new DefaultAuthenticationEntryPoint()).accessDeniedHandler(new DefaultAccessDeniedExceptionHandler());

配置完成后,重启服务进行访问测试分析.
系统会话状态分析与实践何为会话状态
客户端与服务端通讯过程中产生的状态信息(类似会议记录),称之为会话状态.
会话状态如何存储
客户端浏览器与服务端通讯时使用的是http协议,这个协议本身是无状态协议,也就是说通过此协议,无法存储会话状态,此时在服务端与客户端就采用了一种Cookie与Session方式记录会话状态.
有状态的会话技术分析

Cookie 技术

Cookie是由服务端创建但在客户端存储会话状态的一个对象,此对象分为两种类型,一种为会话Cookie,一种为持久Cookie,浏览器在访问具体的某个域名时会携带这个域的有效Cookie到服务端.

会话Cookie: 浏览器关闭Cookie生命周期结束(一般默认都是会话Cookie)
持久Cookie: 持久Cookie是在Cookie对象创建时指定了生命周期,例如一周时间,即便浏览器关闭,持久Cookie依旧有效.

Session技术

Session技术由服务端创建,并在服务端存储会话状态的一个对象,当Session对象创建时,还会创建一个会话Cookie对象,并且通过这个会话Cookie将SessionId写到客户端,客户端下次访问服务端会携带这个会话Cookie,并且通过JsessionId找到Session对象,进而获取Session对象中存储的数据.Cookie默认的生命周期为30分钟.
在SpringSecurity中获取用户的认证信息,就可以通过如下方式进行实现:

Authentication authentication =SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication();

无状态的会话技术分析
有状态的会话实现,在分布式架构中可能会存在很多问题,例如浏览器默认不支持携带其它域的Cookie信息进行资源访问,同时服务端的Session默认不能共享,当然我们有一种方式可以将session持久化到到一些数据库,例如Redis,下次请求到其它服务器(例如tomcat)时,可以直接从redis中获取登录信息,但是假如并发比较大,数据库的访问压力就会剧增,压力太大有可能会导致系统宕机.所以现在还有一种方案就是将用户的登录状态信息都存储在客户端,服务端不记录任何状态,服务端只负责对客户端传递过来的状态信息进行解析,基于此方式进行用户登录状态的判断,这样的会话过程称之为无状态会话.
总结(Summary）重难点分析

SpringSecurity 产生背景?
SpringSecurity 快速入门?(依赖,配置,登录认证,密码的加密-启动生成,配置文件)
SpringSecurity 认证逻辑分析及实践?(认证方式-用户名和密码,登录页
面,SecurityConfig.UserServiceDetail,成功,失败,放行)
SpringSecurity 授权逻辑分析及实现?(为什么,授权步骤,用到的注解)

FAQ 分析

如何理解认证?(判定用户身份的合法性)
如何校验用户身份的合法性?(用户密码,指纹,刷脸,刷身份证,…)
如何进行身份认证?(自己写认证逻辑,借助框架去写认证逻辑-尊重框架规则)
市场上的认证和授权框架有哪些?(SpringSecurity,Shiro)
为什么会选择SpringSecurity?(功能强大,SpringBoot诞生后在配置方面做了大量的简化)
SpringSecurity中的加密方式你用的什么?(Bcrypt,底层基于随机盐方式对密码进行hash不可逆加密,更加安全,缺陷是慢)
SpringSecurity中你用过哪些API?(BcryptPasswordEncoder,UserDetailService,UserDetail,User,
AuthenticationSuccessHandler,AuthenticationFailureHandler,…)
为什么要进行权限控制?(防止非法用户破坏数据)
SpringSecurity进行权限控制的步骤(@EnableGlobalMethodSecurity,@PreAuthorize)
SpringSecurity在进行认证和授权时可能出现的异常?
SpringSecurity在未认证和未授权的前提下访问授权资源时,出现的异常如何处理?
作业:用户登录成功以后,用户信息默认存在哪里了? (Session)
作业:用户登录成功以后,如何获取我们登录的用户信息?(这个用户的用户名,这个用户的权限)