最简单易懂的Spring Security 身份认证流程讲解

最简单易懂的Spring Security 身份认证流程讲解

导言

相信大伙对Spring Security这个框架又爱又恨,爱它的强大,恨它的繁琐,其实这是一个误区,Spring Security确实非常繁琐,繁琐到让人生厌。讨厌也木有办法呀,作为JavaEE的工程师们还是要面对的,在开始之前,先打一下比方(比方好可怜):

Spring Security 就像一个行政服务中心,如果我们去里面办事,可以办啥事呢?可以小到咨询简单问题、查询社保信息,也可以户籍登记、补办身份证,同样也可以大到企业事项、各种复杂的资质办理。但是我们并不需要跑一次行政服务中心,就挨个把业务全部办理一遍,现实中没有这样的人吧。

啥意思呢,就是说选择您需要的服务(功能),无视那些不需要的,等有需要的时候再了解不迟。这也是给众多工程师们的一个建议,特别是体系异常庞大的Java系,别动不动就精通,撸遍源码之类的,真没啥意义,我大脑的存储比较小,人生苦短,没必要。

回到正题!本文会以一种比较轻松的方式展开,不会是堆代码。

关于身份认证

Web 身份认证是一个后端工程师永远无法避开的领域,身份认证Authentication,和授权Authorization是不同的,Authentication指的是用户身份的认证,并不介入这个用户能够做什么,不能够做什么,仅仅是确认存在这个用户而已。而Authorization授权是建立的认证的基础上的,存在这个用户了,再来约定这个用户能补能够做一件事,这点大家要区分开。本文讲的是Authentication的故事,并不会关注权限。

热热身,让我们来温习一下身份认证的方式演变:

  • 先是最著名的入门留言板程序,相信很多做后端的工程师都做过留言板,那是一个基本没有框架的阶段,回想一下是怎么认证的。表单输入用户名密码Submit,然后后端取到数据数据库查询,查不到的话无情地抛出一个异常,哦,密码错了;查到了,愉快的将用户ID和相关信息加密写入到Session标识中存起来,响应写入Cookie,后续的请求都解密后验证就行了,对吧。是的,身认证真可以简单到仅仅是匹配Session标识而已。令人沮丧的是现代互联网的发展早已经过了 Web2.0 的时代,客户端的出现让身份认证更加复杂。我们继续

  • 随着移动端的崛起,Android和ios占据主导,同样是用户登录认证,取到用户信息,正准备按图索骥写入Session回写Cookie的时候,等等!啥?Android不支持Cookie?这听起来不科学是吧,有点反人类是吧,有点手足无措是吧。

    嘿嘿,聪明的人儿也许想到了办法,嗯,Android客户端不是有本地存储吗?把回传的数据存起来不就行了吗?又要抱歉了,Android本地存储并没有浏览器Cookie那么人性化,不会自动过期。没事,再注明过期时间,每次读取的时候判断就行啦,貌似可以了。

    等等。客户端的Api接口要求轻量级,某一天一个队友想实现个性化的事情,竟然往Cookie了回传了一串字符串,貌似很方便,嗯。于是其他队友也效仿,然后Cookie变得更加复杂。此时Android队友一声吼,你们够了!STOP!我只要一个认证标识而已,够简单你们知道吗?还有Cookie过期了就要重新登陆,用户体验极差,产品经理都找我谈了几十次了,用户都快跑光了,你们还在往Cookie里加一些奇怪的东西。

  • Oauth 2.0来了

有问题总要想办法解决是吧。客户端不是浏览器,有自己特有的交互约定,Cookie还是放弃掉了。这里就要解决五个问题:

  • [ ] 只需要简单的一个字符串标识,不需要遵守Cookie的规则
  • [ ] 服务器端需要能够轻松认证这个标识,最好是做成标准化
  • [ ] 不要让用户反复输入密码登录,能够自动刷新
  • [ ] 这段秘钥要安全,从网络传输链路层到客户端本地层都要是安全的,就算被中途捕获,也可以让其失效
  • [ ] 多个子系统的客户端需要独立的认证标识,让他们能够独立存在(例如淘宝的认证状态不会影响到阿里旺旺的登录认证状态)

需求一旦确定,方案呼之欲出,让我们来简单构思一下。

  • [x] 首先是标识,这个最简单了,将用户标识数据进行可逆加密,OK,这个搞定。
  • [x] 然后是标识认证的标准化,最好轻量级,并且让她不干扰请求的表现方式,例如Get和Post数据,聪明的你想到了吧,没错,就是Header,我们暂且就统一成 Userkey 为Header名,值就是那个加密过的标识,够简洁粗暴吧,后端对每一个请求都拦截处理,如果能够解密成功并且表示有效,就告诉后边排队的小伙伴,这个家伙是自己人,叫xxx,兜里有100块钱。这个也搞定了。
  • [x] 自动刷新,因为加密标识每次请求都要传输,不能放在一起了,而且他们的作用也不一样,那就颁发加密标识的时候顺便再颁发一个刷新的秘钥吧,相当于入职的时候给你一张门禁卡,这个卡需要随身携带,开门签到少不了它,此外还有一张身份证明,这证明就不需要随身携带了,放家里都行,门禁卡掉了,没关系,拿着证明到保安大哥那里再领一张门禁卡,证明一次有效,领的时候保安大哥贴心的再给你一张证明。
  • [x] 安全问题,加密可以加强一部分安全性。传输链路还用说吗?上Https传输加密哟。至于客户端本地的安全是一个哲学问题,嗯嗯嗯。哈哈。我们暂时认为本地私有空间存储是安全的的,俗话说得好,计算机都被人破解了,还谈个鸡毛安全呀(所以大家没事还是不要去ROOT手机了,ROOT之后私有存储可以被访问侬造吗)
  • [x] 子系统独立问题,这个好办了。身份认证过程再加入一个因子,暂且叫 Client 吧。这样标识就互不影响了。

打完收工,要开始实现这套系统了。先别急呀,难道没觉得似曾相识吗?没错就是 Oauth 2.0 的 password Grant 模式!

Spring Security 是怎么认证的

先来一段大家很熟悉的代码:

http.formLogin()
                    .loginPage("/auth/login")
                    .permitAll()
                    .failureHandler(loginFailureHandler)
                    .successHandler(loginSuccessHandler);

Spring Security 就像一个害羞的大姑娘,就这么一段鬼知道他是怎么认证的,封装的有点过哈。不着急先看一张图:

这里做了一个简化,

根据JavaEE的流程,本质就是Filter过滤请求,转发到不同处理模块处理,最后经过业务逻辑处理,返回Response的过程。

当请求匹配了我们定义的Security Filter的时候,就会导向Security 模块进行处理,例如UsernamePasswordAuthenticationFilter,源码献上:

public class UsernamePasswordAuthenticationFilter extends AbstractAuthenticationProcessingFilter {
    public static final String SPRING_SECURITY_FORM_USERNAME_KEY = "username";
    public static final String SPRING_SECURITY_FORM_PASSWORD_KEY = "password";
    private String usernameParameter = "username";
    private String passwordParameter = "password";
    private boolean postOnly = true;

    public UsernamePasswordAuthenticationFilter() {
        super(new AntPathRequestMatcher("/login", "POST"));
    }

    public Authentication attemptAuthentication(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws AuthenticationException {
        if (this.postOnly && !request.getMethod().equals("POST")) {
            throw new AuthenticationServiceException("Authentication method not supported: " + request.getMethod());
        } else {
            String username = this.obtainUsername(request);
            String password = this.obtainPassword(request);
            if (username == null) {
                username = "";
            }

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

            username = username.trim();
            UsernamePasswordAuthenticationToken authRequest = new UsernamePasswordAuthenticationToken(username, password);
            this.setDetails(request, authRequest);
            return this.getAuthenticationManager().authenticate(authRequest);
        }
    }

    protected String obtainPassword(HttpServletRequest request) {
        return request.getParameter(this.passwordParameter);
    }

    protected String obtainUsername(HttpServletRequest request) {
        return request.getParameter(this.usernameParameter);
    }

    protected void setDetails(HttpServletRequest request, UsernamePasswordAuthenticationToken authRequest) {
        authRequest.setDetails(this.authenticationDetailsSource.buildDetails(request));
    }

    public void setUsernameParameter(String usernameParameter) {
        Assert.hasText(usernameParameter, "Username parameter must not be empty or null");
        this.usernameParameter = usernameParameter;
    }

    public void setPasswordParameter(String passwordParameter) {
        Assert.hasText(passwordParameter, "Password parameter must not be empty or null");
        this.passwordParameter = passwordParameter;
    }

    public void setPostOnly(boolean postOnly) {
        this.postOnly = postOnly;
    }

    public final String getUsernameParameter() {
        return this.usernameParameter;
    }

    public final String getPasswordParameter() {
        return this.passwordParameter;
    }
}

有点复杂是吧,不用担心,我来做一些伪代码,让他看起来更友善,更好理解。注意我写的单行注释

public class UsernamePasswordAuthenticationFilter extends AbstractAuthenticationProcessingFilter {
    public static final String SPRING_SECURITY_FORM_USERNAME_KEY = "username";
    public static final String SPRING_SECURITY_FORM_PASSWORD_KEY = "password";
    private String usernameParameter = "username";
    private String passwordParameter = "password";
    private boolean postOnly = true;

    public UsernamePasswordAuthenticationFilter() {
        //1.匹配URL和Method
        super(new AntPathRequestMatcher("/login", "POST"));
    }

    public Authentication attemptAuthentication(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws AuthenticationException {
        if (this.postOnly && !request.getMethod().equals("POST")) {
            //啥?你没有用POST方法,给你一个异常,自己反思去
            throw new AuthenticationServiceException("Authentication method not supported: " + request.getMethod());
        } else {
            //从请求中获取参数
            String username = this.obtainUsername(request);
            String password = this.obtainPassword(request);
            //我不知道用户名密码是不是对的,所以构造一个未认证的Token先
            UsernamePasswordAuthenticationToken token = new UsernamePasswordAuthenticationToken(username, password);
            //顺便把请求和Token存起来
            this.setDetails(request, token);
            //Token给谁处理呢?当然是给当前的AuthenticationManager喽
            return this.getAuthenticationManager().authenticate(token);
        }
    }
}

是不是很清晰,问题又来了,Token是什么鬼?为啥还有已认证和未认证的区别?别着急,咱们顺藤摸瓜,来看看Token长啥样。上UsernamePasswordAuthenticationToken:

public class UsernamePasswordAuthenticationToken extends AbstractAuthenticationToken {
    private static final long serialVersionUID = 510L;
    private final Object principal;
    private Object credentials;

    public UsernamePasswordAuthenticationToken(Object principal, Object credentials) {
        super((Collection)null);
        this.principal = principal;
        this.credentials = credentials;
        this.setAuthenticated(false);
    }

    public UsernamePasswordAuthenticationToken(Object principal, Object credentials, Collection<? extends GrantedAuthority> authorities) {
        super(authorities);
        this.principal = principal;
        this.credentials = credentials;
        super.setAuthenticated(true);
    }

    public Object getCredentials() {
        return this.credentials;
    }

    public Object getPrincipal() {
        return this.principal;
    }

    public void setAuthenticated(boolean isAuthenticated) throws IllegalArgumentException {
        if (isAuthenticated) {
            throw new IllegalArgumentException("Cannot set this token to trusted - use constructor which takes a GrantedAuthority list instead");
        } else {
            super.setAuthenticated(false);
        }
    }

    public void eraseCredentials() {
        super.eraseCredentials();
        this.credentials = null;
    }
}

一坨坨的真闹心,我再备注一下:

public class UsernamePasswordAuthenticationToken extends AbstractAuthenticationToken {
    private static final long serialVersionUID = 510L;
    //随便怎么理解吧,暂且理解为认证标识吧,没看到是一个Object么
    private final Object principal;
    //同上
    private Object credentials;

    //这个构造方法用来初始化一个没有认证的Token实例
    public UsernamePasswordAuthenticationToken(Object principal, Object credentials) {
        super((Collection)null);
        this.principal = principal;
        this.credentials = credentials;
        this.setAuthenticated(false);
    }
	//这个构造方法用来初始化一个已经认证的Token实例,为啥要多此一举,不能直接Set状态么,不着急,往后看
    public UsernamePasswordAuthenticationToken(Object principal, Object credentials, Collection<? extends GrantedAuthority> authorities) {
        super(authorities);
        this.principal = principal;
        this.credentials = credentials;
        super.setAuthenticated(true);
    }
	//便于理解无视他
    public Object getCredentials() {
        return this.credentials;
    }
	//便于理解无视他
    public Object getPrincipal() {
        return this.principal;
    }

    public void setAuthenticated(boolean isAuthenticated) throws IllegalArgumentException {
        if (isAuthenticated) {
            //如果是Set认证状态,就无情的给一个异常,意思是:
            //不要在这里设置已认证,不要在这里设置已认证,不要在这里设置已认证
            //应该从构造方法里创建,别忘了要带上用户信息和权限列表哦
            //原来如此,是避免犯错吧
            throw new IllegalArgumentException("Cannot set this token to trusted - use constructor which takes a GrantedAuthority list instead");
        } else {
            super.setAuthenticated(false);
        }
    }

    public void eraseCredentials() {
        super.eraseCredentials();
        this.credentials = null;
    }
}

搞清楚了Token是什么鬼,其实只是一个载体而已啦。接下来进入核心环节,AuthenticationManager是怎么处理的。这里我简单的过渡一下,但是会让你明白。

AuthenticationManager会注册多种AuthenticationProvider,例如UsernamePassword对应的DaoAuthenticationProvider,既然有多种选择,那怎么确定使用哪个Provider呢?我截取了一段源码,大家一看便知:

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

    boolean supports(Class<?> var1);
}

这是一个接口,我喜欢接口,简洁明了。里面有一个supports方法,返回时一个boolean值,参数是一个Class,没错,这里就是根据Token的类来确定用什么Provider来处理,大家还记得前面的那段代码吗?

 //Token给谁处理呢?当然是给当前的AuthenticationManager喽
 return this.getAuthenticationManager().authenticate(token);

因此我们进入下一步,DaoAuthenticationProvider,继承了AbstractUserDetailsAuthenticationProvider,恭喜您再坚持一会就到曙光啦。这个比较复杂,为了不让你跑掉,我将两个复杂的类合并,摘取直接触达接口核心的逻辑,直接上代码,会有所删减,让你看得更清楚,注意看注释:

public class DaoAuthenticationProvider extends AbstractUserDetailsAuthenticationProvider {
    //熟悉的supports,需要UsernamePasswordAuthenticationToken
    public boolean supports(Class<?> authentication) {
            return UsernamePasswordAuthenticationToken.class.isAssignableFrom(authentication);
        }

    public Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException {
        	//取出Token里保存的值
            String username = authentication.getPrincipal() == null ? "NONE_PROVIDED" : authentication.getName();
            boolean cacheWasUsed = true;
        	//从缓存取
            UserDetails user = this.userCache.getUserFromCache(username);
            if (user == null) {
                cacheWasUsed = false;

                //啥,没缓存?使用retrieveUser方法获取呀
                user = this.retrieveUser(username, (UsernamePasswordAuthenticationToken)authentication);
            }
            //...删减了一大部分,这样更简洁
            Object principalToReturn = user;
            if (this.forcePrincipalAsString) {
                principalToReturn = user.getUsername();
            }

            return this.createSuccessAuthentication(principalToReturn, authentication, user);
        }
         protected final UserDetails retrieveUser(String username, UsernamePasswordAuthenticationToken authentication) throws AuthenticationException {
        try {
            //熟悉的loadUserByUsername
            UserDetails loadedUser = this.getUserDetailsService().loadUserByUsername(username);
            if (loadedUser == null) {
                throw new InternalAuthenticationServiceException("UserDetailsService returned null, which is an interface contract violation");
            } else {
                return loadedUser;
            }
        } catch (UsernameNotFoundException var4) {
            this.mitigateAgainstTimingAttack(authentication);
            throw var4;
        } catch (InternalAuthenticationServiceException var5) {
            throw var5;
        } catch (Exception var6) {
            throw new InternalAuthenticationServiceException(var6.getMessage(), var6);
        }
    }
	//检验密码
    protected void additionalAuthenticationChecks(UserDetails userDetails, UsernamePasswordAuthenticationToken authentication) throws AuthenticationException {
        if (authentication.getCredentials() == null) {
            this.logger.debug("Authentication failed: no credentials provided");
            throw new BadCredentialsException(this.messages.getMessage("AbstractUserDetailsAuthenticationProvider.badCredentials", "Bad credentials"));
        } else {
            String presentedPassword = authentication.getCredentials().toString();
            if (!this.passwordEncoder.matches(presentedPassword, userDetails.getPassword())) {
                this.logger.debug("Authentication failed: password does not match stored value");
                throw new BadCredentialsException(this.messages.getMessage("AbstractUserDetailsAuthenticationProvider.badCredentials", "Bad credentials"));
            }
        }
    }
}

到此为止,就完成了用户名密码的认证校验逻辑,根据认证用户的信息,系统做相应的Session持久化和Cookie回写操作。

Spring Security的基本认证流程先写到这里,其实复杂的背后是一些预定,熟悉了之后就不难了。

Filter->构造Token->AuthenticationManager->转给Provider处理->认证处理成功后续操作或者不通过抛异常

有了这些基础,后面我们再来扩展短信验证码登录,以及基于Oauth 2.0 的短信验证码登录。

posted @ 2019-03-30 13:45  曾俊杰的专栏  阅读(14334)  评论(6编辑  收藏