SpringSecurity基本原理详解

2023-05-19 08:05:32 详解 基本原理 SpringSecurity

1、SpringSecurity 本质是一个过滤器链

SpringSecurity 采用的是责任链的设计模式,它有一条很长的过滤器链。现在对这条过滤器链的各个进行说明:

  1. WEBAsyncManagerIntegrationFilter:将 Security 上下文与 Spring Web 中用于处理异步请求映射的 WebAsyncManager 进行集成。
  2. SecurityContextPersistenceFilter:在每次请求处理之前将该请求相关的安全上下文信息加载到 SecurityContextHolder 中,然后在该次请求处理完成之后,将 SecurityContextHolder 中关于这次请求的信息存储到一个“仓储”中,然后将 SecurityContextHolder 中的信息清除,例如在Session中维护一个用户的安全信息就是这个过滤器处理的。
  3. HeaderWriterFilter:用于将头信息加入响应中。
  4. CsrfFilter:用于处理跨站请求伪造
  5. LoGoutFilter:用于处理退出登录。
  6. UsernamePassWordAuthenticationFilter:用于处理基于表单的登录请求,从表单中获取用户名和密码。默认情况下处理来自 /login 的请求。从表单中获取用户名和密码时,默认使用的表单 name 值为 username 和 password,这两个值可以通过设置这个过滤器的usernameParameter 和 passwordParameter 两个参数的值进行修改。
  7. DefaultLoginPageGeneratingFilter:如果没有配置登录页面,那系统初始化时就会配置这个过滤器,并且用于在需要进行登录时生成一个登录表单页面。
  8. BasicAuthenticationFilter:检测和处理 Http basic 认证。
  9. RequestCacheAwareFilter:用来处理请求的缓存
  10. SecurityContextHolderAwareRequestFilter:主要是包装请求对象request。
  11. AnonymousAuthenticationFilter:检测 SecurityContextHolder 中是否存在 Authentication 对象,如果不存在为其提供一个匿名 Authentication。
  12. SessionManagementFilter:管理 session 的过滤器
  13. ExceptionTranslationFilter:处理 AccessDeniedException 和 AuthenticationException 异常。
  14. FilterSecurityInterceptor:可以看做过滤器链的出口。
  15. RememberMeAuthenticationFilter:当用户没有登录而直接访问资源时, 从 cookie 里找出用户的信息, 如果 Spring Security 能够识别出用户提供的remember me cookie, 用户将不必填写用户名和密码, 而是直接登录进入系统,该过滤器默认不开启。

2、SpringSecurity 流程图

先来看下面一个 Spring Security 执行流程图,只要把 SpringSecurity 的执行过程弄明白了,这个框架就会变得很简单:

流程说明

  1. 客户端发起一个请求,进入 Security 过滤器链。
  2. 当到 LogoutFilter 的时候判断是否是登出路径,如果是登出路径则到 logoutHandler ,如果登出成功则到 logoutSuccesshandler 登出成功处理,如果登出失败则由 ExceptionTranslationFilter ;如果不是登出路径则直接进入下一个过滤器。
  3. 当到 UsernamePasswordAuthenticationFilter 的时候判断是否为登录路径,如果是,则进入该过滤器进行登录操作,如果登录失败则到 AuthenticationFailureHandler 登录失败处理器处理,如果登录成功则到 AuthenticationSuccessHandler 登录成功处理器处理,如果不是登录请求则不进入该过滤器。
  4. 当到 FilterSecurityInterceptor 的时候会拿到 uri ,根据 uri 去找对应的鉴权管理器,鉴权管理器做鉴权工作,鉴权成功则到 Controller 层否则到 AccessDeniedHandler 鉴权失败处理器处理。

3、Security 配置

在 WebSecurityConfigurerAdapter 这个类里面可以完成上述流程图的所有配置

配置类伪代码

@Configuration	
@EnableWebSecurity	
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {	
    @Override	
    protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {	
        auth.userDetailsService(userDetailService).passwordEncoder(new BCryptPasswordEncoder());	
    }	
    @Override	
    public void configure(WebSecurity web) throws Exception {	
        web.ignoring().antMatchers("/resources*.html", "/resources*.js");	
    }	
    @Override	
    protected void configure(httpsecurity http) throws Exception {	
       http	
       .fORMLogin()	
       .loginPage("/login_page")	
       .passwordParameter("username")	
       .passwordParameter("password")	
       .loginProcessingUrl("/sign_in")	
       .permitAll()	
       .and().authorizeRequests().antMatchers("/test").hasRole("test")	
       .anyRequest().authenticated().accessDecisionManager(accessDecisionManager())	
       .and().logout().logoutSuccessHandler(new MyLogoutSuccessHandler())	
       .and().csrf().disable();	
       http.addFilterAt(getAuthenticationFilter(),UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);	
       http.exceptionHandling().accessDeniedHandler(new MyAccessDeniedHandler());	
       http.addFilterAfter(new MyFittler(), LogoutFilter.class);	
    }	
}

配置简介

  • configure(AuthenticationManagerBuilder auth)

AuthenticationManager 的建造器,配置 AuthenticationManagerBuilder 会让Security 自动构建一个 AuthenticationManager(该类的功能参考流程图);如果想要使用该功能你需要配置一个 UserDetailService 和 PasswordEncoder。UserDetailsService 用于在认证器中根据用户传过来的用户名查找一个用户, PasswordEncoder 用于密码的加密与比对,我们存储用户密码的时候用PasswordEncoder.encode() 加密存储,在认证器里会调用 PasswordEncoder.matches() 方法进行密码比对。如果重写了该方法,Security 会启用 DaoAuthenticationProvider 这个认证器,该认证就是先调用 UserDetailsService.loadUserByUsername 然后使用 PasswordEncoder.matches() 进行密码比对,如果认证成功成功则返回一个 Authentication 对象。

  • configure(WebSecurity web)

这个配置方法用于配置静态资源的处理方式,可使用 Ant 匹配规则。

  • configure(HttpSecurity http)

这个配置方法是最关键的方法,也是最复杂的方法。我们慢慢掰开来说:

http	
.formLogin()	
.loginPage("/login_page")	
.passwordParameter("username")	
.passwordParameter("password")	
.loginProcessingUrl("/sign_in")	
.permitAll()

这是配置登录相关的操作从方法名可知,配置了登录页请求路径,密码属性名,用户名属性名,和登录请求路径,permitAll()代表任意用户可访问。

http	
.authorizeRequests()	
.antMatchers("/test").hasRole("test")	
.anyRequest().authenticated()	
.accessDecisionManager(accessDecisionManager());

以上配置是权限相关的配置,配置了一个 /test url 该有什么权限才能访问, anyRequest() 表示所有请求,authenticated() 表示已登录用户才能访问, accessDecisionManager() 表示绑定在 url 上的鉴权管理器

为了对比,现在贴出另一个权限配置清单:

http.authorizeRequests()	
.antMatchers("/tets_a/**","/test_b/**").hasRole("test")	
.antMatchers("/a/**","/b/**").authenticated()	
.accessDecisionManager(accessDecisionManager())

我们可以看到权限配置的自由度很高,鉴权管理器可以绑定到任意 url 上;而且可以硬编码各种 url 权限:

http	
.logout()	
.logoutUrl("/logout")	
.logoutSuccessHandler(new MyLogoutSuccessHandler())

登出相关配置,这里配置了登出 url 和登出成功处理器:

http	
.exceptionHandling()	
.accessDeniedHandler(new MyAccessDeniedHandler());

上面代码是配置鉴权失败的处理器。

http.addFilterAfter(new MyFittler(), LogoutFilter.class);	
http.addFilterAt(getAuthenticationFilter(),UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);

上面代码展示如何在过滤器链中插入自己的过滤器,addFilterBefore 加在对应的过滤器之前,addFilterAfter 加在对应的过滤器之后,addFilterAt 加在过滤器同一位置,事实上框架原有的 Filter 在启动 HttpSecurity 配置的过程中,都由框架完成了其一定程度上固定的配置,是不允许更改替换的。根据测试结果来看,调用 addFilterAt 方法插入的 Filter ,会在这个位置上的原有 Filter 之前执行。

注:关于 HttpSecurity 使用的是链式编程,其中 http.xxxx.and.yyyyy 这种写法和 http.xxxx;http.yyyy 写法意义一样。

  • 自定义 AuthenticationManager 和 AccessDecisionManager

重写 authenticationManagerBean() 方法,并构造一个 authenticationManager:

@Override	
public AuthenticationManager authenticationManagerBean() throws Exception {	
    ProviderManager authenticationManager = new ProviderManager(Arrays.asLis(getMyAuthenticationProvider(),daoAuthenticationProvider()));	
    return authenticationManager;	
}

我这里给 authenticationManager 配置了两个认证器,执行过程参考流程图。

定义构造AccessDecisionManager的方法并在配置类中调用,配置参考 configure(HttpSecurity http) 说明:

public AccessDecisionManager accessDecisionManager(){	
    List<AccessDecisionVoter<? extends Object>> decisionVoters	
            = Arrays.asList(	
            new MyExpressionVoter(),	
            new WebExpressionVoter(),	
            new RoleVoter(),	
            new AuthenticatedVoter());	
    return new UnanimousBased(decisionVoters);	
}

投票管理器会收集投票器投票结果做统计,最终结果大于等于0代表通过;每个投票器会返回三个结果:-1(反对),0(通过),1(赞成)。

4、Security 权限系统

  • UserDetails

Security 中的用户接口,我们自定义用户类要实现该接口。

  • GrantedAuthority

Security 中的用户权限接口,自定义权限需要实现该接口:

public class MyGrantedAuthority implements GrantedAuthority {	
    private String authority;	
}

authority 表示权限字段,需要注意的是在 config 中配置的权限会被加上 ROLE_ 前缀,比如我们的配置 authorizeRequests().antMatchers("/test").hasRole("test"),配置了一个 test 权限但我们存储的权限字段(authority)应该是 ROLE_test 。

  • UserDetailsService

Security 中的用户 Service,自定义用户服务类需要实现该接口:

@Service	
public class MyUserDetailService implements UserDetailsService {	
    @Override	
    public UserDetails loadUserByUsername(String s) throws UsernameNotFoundException {	
      return.....	
    }	
}

loadUserByUsername的作用在上文中已经说明,就是根据用户名查询用户对象。

  • SecurityContextHolder

用户在完成登录后 Security 会将用户信息存储到这个类中,之后其他流程需要得到用户信息时都是从这个类中获得,用户信息被封装成 SecurityContext ,而实际存储的类是 SecurityContextHolderStrategy ,默认的SecurityContextHolderStrategy 实现类是 ThreadLocalSecurityContextHolderStrategy 它使用了ThreadLocal来存储了用户信息。

手动填充 SecurityContextHolder 示例:

UsernamePasswordAuthenticationToken token = new UsernamePasswordAuthenticationToken("test","test",list);	
SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(token);

对于使用 token 鉴权的系统,我们就可以验证token后手动填充SecurityContextHolder,填充时机只要在执行投票器之前即可,或者干脆可以在投票器中填充,然后在登出操作中清空SecurityContextHolder。

5、Security 扩展

Security 可扩展的有

  1. 鉴权失败处理器
  2. 验证器
  3. 登录成功处理器
  4. 投票器
  5. 自定义token处理过滤器
  6. 登出成功处理器
  7. 登录失败处理器
  8. 自定义 UsernamePasswordAuthenticationFilter
  • 鉴权失败处理器

Security 鉴权失败默认跳转登录页面,我们可以实现 AccessDeniedHandler 接口,重写 handle() 方法来自定义处理逻辑;然后参考配置类说明将处理器加入到配置当中。

  • 验证器

实现 AuthenticationProvider 接口来实现自己验证逻辑。需要注意的是在这个类里面就算你抛出异常,也不会中断验证流程,而是算你验证失败,我们由流程图知道,只要有一个验证器验证成功,就算验证成功,所以你需要留意这一点。

  • 登录成功处理器

在 Security 中验证成功默认跳转到上一次请求页面或者路径为 "/" 的页面,我们同样可以自定义:继承 SimpleUrlAuthenticationSuccessHandler 这个类或者实现 AuthenticationSuccessHandler 接口。我这里建议采用继承的方式,SimpleUrlAuthenticationSuccessHandler 是默认的处理器,采用继承可以契合里氏替换原则,提高代码的复用性和避免不必要的错误。

  • 投票器

投票器可继承 WebExpressionVoter 或者实现 AccessDecisionVoter接口;WebExpressionVoter 是 Security 默认的投票器;我这里同样建议采用继承的方式;添加到配置的方式参考 上文;

注意:投票器 vote 方法返回一个int值;-1代表反对,0代表弃权,1代表赞成;投票管理器收集投票结果,如果最终结果大于等于0则放行该请求。

  • 自定义token处理过滤器

自定义 token 处理器继承自 OncePerRequestFilter 或者 GenericFilterBean 或者 Filter 都可以,在这个处理器里面需要完成的逻辑是:获取请求里的 token,验证 token 是否合法然后填充 SecurityContextHolder ,虽然说过滤器只要添加在投票器之前就可以,但我这里还是建议添加在 http.addFilterAfter(new MyFittler(), LogoutFilter.class);

  • 登出成功处理器

实现LogoutSuccessHandler接口,添加到配置的方式参考上文。

  • 登录失败处理器

登录失败默认跳转到登录页,我们同样可以自定义。继承 SimpleUrlAuthenticationFailureHandler 或者实现 AuthenticationFailureHandler,建议采用继承。

  • 自定义UsernamePasswordAuthenticationFilter

我们自定义UsernamePasswordAuthenticationFilter可以极大提高我们 Security的灵活性(比如添加验证验证码是否正确的功能)。

我们直接继承 UsernamePasswordAuthenticationFilter ,然后在配置类中初始化这个过滤器,给这个过滤器添加登录失败处理器,登录成功处理器,登录管理器,登录请求 url 。

这里配置略微复杂,贴一下代码清单

初始化过滤器:

MyUsernamePasswordAuthenticationFilte getAuthenticationFilter(){	
    MyUsernamePasswordAuthenticationFilter myUsernamePasswordAuthenticationFilter = new MyUsernamePasswordAuthenticationFilter(RedisService);	
    myUsernamePasswordAuthenticationFilter.setAuthenticationFailureHandler(new MyUrlAuthenticationFailureHandler());	
    myUsernamePasswordAuthenticationFilter.setAuthenticationSuccessHandler(new MyAuthenticationSuccessHandler());	
    myUsernamePasswordAuthenticationFilter.setFilterProcessesUrl("/sign_in");	
    myUsernamePasswordAuthenticationFilter.setAuthenticationManager(getAuthenticationManager());	
    return myUsernamePasswordAuthenticationFilter;	
}

添加到配置:

http.addFilterAt(getAuthenticationFilter(),UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);

 6、总结

对于 Security 的扩展配置关键在于 configure(HttpSecurityhttp) 方法;扩展认证方式可以自定义 authenticationManager 并加入自己验证器,在验证器中抛出异常不会终止验证流程;扩展鉴权方式可以自定义 accessDecisionManager 然后添加自己的投票器并绑定到对应的 url(url 匹配方式为 ant)上,投票器 vote(Authenticationauthentication,FilterInvocationfi,Collection<ConfigAttribute>attributes) 方法返回值为三种:-1 0 1,分别表示反对弃权赞成。

对于 token 认证的校验方式,可以暴露一个获取的接口,或者重写 UsernamePasswordAuthenticationFilter 过滤器和扩展登录成功处理器来获取 token,然后在 LogoutFilter 之后添加一个自定义过滤器,用于校验和填充 SecurityContextHolder。

另外,Security 的处理器大部分都是重定向的,我们的项目如果是前后端分离的话,我们希望无论什么情况都返回 JSON ,那么就需要重写各个处理器了。

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