Spring Security原理与应用

Spring Security是什么

Spring Security是一个能够为基于Spring的企业应用系统提供声明式的安全访问控制解决方案的安全框架。它提供了一组可以在Spring应用上下文中配置的Bean（注：包括认证与权限获取、配置、处理相关实例），充分利用了Spring IoC，DI（控制反转Inversion of Control ,DI:Dependency Injection 依赖注入）和AOP（面向切面编程）（注：代理增强类）功能，为应用系统提供声明式的安全访问控制功能，减少了为企业系统安全控制编写大量重复代码的工作。

核心类库与认证流程

核心验证器

AuthenticationManager

该对象提供了认证方法的入口，接收一个Authentiaton对象作为参数;

public interface AuthenticationManager { Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException; }

验证逻辑

AuthenticationManager 接收 Authentication 对象作为参数，并通过 authenticate(Authentication) 方法对其进行验证；AuthenticationProvider实现类用来支撑对 Authentication 对象的验证动作；UsernamePasswordAuthenticationToken实现了 Authentication主要是将用户输入的用户名和密码进行封装，并供给 AuthenticationManager 进行验证；验证完成以后将返回一个认证成功的 Authentication 对象；

ProviderManager

它是 AuthenticationManager 的一个实现类，提供了基本的认证逻辑和方法；它包含了一个 List<AuthenticationProvider> 对象，通过 AuthenticationProvider 接口来扩展出不同的认证提供者(当Spring Security默认提供的实现类不能满足需求的时候可以扩展AuthenticationProvider 覆盖supports(Class<?> authentication) 方法)；

实现逻辑

public Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException { //#1.获取当前的Authentication的认证类型 Class<? extends Authentication> toTest = authentication.getClass(); AuthenticationException lastException = null; Authentication result = null; boolean debug = logger.isDebugEnabled(); //#2.遍历所有的providers使用supports方法判断该provider是否支持当前的认证类型，不支持的话继续遍历 for (AuthenticationProvider provider : getProviders()) { if (!provider.supports(toTest)) { continue; } if (debug) { logger.debug("Authentication attempt using " + provider.getClass().getName()); } try { #3.支持的话调用provider的authenticat方法认证 result = provider.authenticate(authentication); if (result != null) { #4.认证通过的话重新生成Authentication对应的Token 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 { #5.如果#1 没有验证通过，则使用父类型AuthenticationManager进行验证 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; } } #6. 是否擦除敏感信息 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; }
说明：

1. 遍历所有的 Providers，然后依次执行该 Provider 的验证方法
   • 如果某一个 Provider 验证成功，则跳出循环不再执行后续的验证；
   • 如果验证成功，会将返回的 result 既 Authentication 对象进一步封装为 Authentication Token； 比如 UsernamePasswordAuthenticationToken、RememberMeAuthenticationToken 等；这些 Authentication Token 也都继承自 Authentication 对象；
2. 如果 #1 没有任何一个 Provider 验证成功，则试图使用其 parent Authentication Manager 进行验证；
3. 是否需要擦除密码等敏感信息；

Authentication

Authentication对象中的主要方法

public interface Authentication extends Principal, Serializable { //#1.权限集合，可使用AuthorityUtils.commaSeparatedStringToAuthorityList("admin,ROLE_ADMIN")返回字符串权限集合 Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities(); //#2.用户名密码认证时可以理解为密码 Object getCredentials(); //#3.认证时包含的一些信息。 Object getDetails(); //#4.用户名密码认证时可理解时用户名 Object getPrincipal(); #5.是否被认证，认证为true boolean isAuthenticated(); #6.设置是否能被认证 void setAuthenticated(boolean isAuthenticated) throws IllegalArgumentException;

AuthenticationProvider

ProviderManager 通过 AuthenticationProvider 扩展出更多的验证提供的方式；而 AuthenticationProvider 本身也就是一个接口，从类图中我们可以看出它的实现类AbstractUserDetailsAuthenticationProvider 和AbstractUserDetailsAuthenticationProvider的子类DaoAuthenticationProvider 。DaoAuthenticationProvider 是Spring Security中一个核心的Provider,对所有的数据库提供了基本方法和入口。

AbstractUserDetailsAuthenticationProvider

AbstractUserDetailsAuthenticationProvider为DaoAuthenticationProvider提供了基本的认证方法；

实现逻辑

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 { #1.获取用户信息由子类实现即DaoAuthenticationProvider 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 { #2.前检查由DefaultPreAuthenticationChecks类实现（主要判断当前用户是否锁定，过期，冻结User接口） preAuthenticationChecks.check(user); #3.子类实现 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; } } #4.检测用户密码是否过期对应#2 的User接口 postAuthenticationChecks.check(user); if (!cacheWasUsed) { this.userCache.putUserInCache(user); } Object principalToReturn = user; if (forcePrincipalAsString) { principalToReturn = user.getUsername(); } return createSuccessAuthentication(principalToReturn, authentication, user); }

说明：

AbstractUserDetailsAuthenticationProvider主要实现了AuthenticationProvider的接口方法authenticate 并提供了相关的验证逻辑；

1. 获取用户返回UserDetailsAbstractUserDetailsAuthenticationProvider定义了一个抽象的方法

   protected abstract UserDetails retrieveUser(String username, UsernamePasswordAuthenticationToken authentication) throws AuthenticationException; 

2. 三步验证工作
   1. preAuthenticationChecks
   2. additionalAuthenticationChecks（抽象方法，子类实现）
   3. postAuthenticationChecks

　　  3.将已通过验证的用户信息封装成 UsernamePasswordAuthenticationToken 对象并返回；该对象封装了用户的身份信息，以及相应的权限信息，相关源码如下：

　　　　protected Authentication createSuccessAuthentication(Object principal,

 　　　　Authentication authentication, UserDetails user) {

　　　　 UsernamePasswordAuthenticationToken result = new UsernamePasswordAuthenticationToken( principal, authentication.getCredentials(), authoritiesMapper.mapAuthorities(user.getAuthorities()));
 　　　　result.setDetails(authentication.getDetails()); 

　　　　 return result; }

DaoAuthenticationProvider

DaoAuthenticationProvider主要做了以下事情

1. 对用户身份进行加密操作；

    #1.可直接返回BCryptPasswordEncoder，也可以自己实现该接口使用自己的加密算法
   核心方法
   String encode(CharSequence rawPassword);
   和
   boolean matches(CharSequence rawPassword, String encodedPassword); private PasswordEncoder passwordEncoder; 

2. 实现了 AbstractUserDetailsAuthenticationProvider 两个抽象方法，
   1. 获取用户信息的扩展点

      protected final UserDetails retrieveUser(String username, UsernamePasswordAuthenticationToken authentication) throws AuthenticationException { UserDetails loadedUser; try { loadedUser = this.getUserDetailsService().loadUserByUsername(username); } 

      主要是通过注入UserDetailsService接口对象，并调用其接口方法 loadUserByUsername(String username) 获取得到相关的用户信息。UserDetailsService接口非常重要。

   2. 实现 additionalAuthenticationChecks 的验证方法(主要验证密码)；

UserDetailsService

UserDetailsService是一个接口，提供了一个方法

public interface UserDetailsService { UserDetails loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException; } 

通过用户名 username 调用方法 loadUserByUsername 返回了一个UserDetails接口对象（对应AbstractUserDetailsAuthenticationProvider的三步验证方法）；

UserDetails

public interface UserDetails extends Serializable { #1.权限集合 Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities(); #2.密码 String getPassword(); #3.用户民 String getUsername(); #4.用户是否过期 boolean isAccountNonExpired(); #5.是否锁定 boolean isAccountNonLocked(); #6.用户密码是否过期 boolean isCredentialsNonExpired(); #7.账号是否可用（可理解为是否删除） boolean isEnabled(); }

JdbcDaoImpl

Spring 为UserDetailsService默认提供了一个实现类 org.springframework.security.core.userdetails.jdbc.JdbcDaoImpl

JdbcDaoImpl的子类（实现了UserDetailsManager）：

JdbcUserDetailsManager

该实现类主要是提供基于JDBC对 User 进行增、删、查、改的方法

public class JdbcUserDetailsManager extends JdbcDaoImpl implements UserDetailsManager, GroupManager { // ~ Static fields/initializers // ===================================================================================== // UserDetailsManager SQL #1.定义了一些列对数据库操作的语句 public static final String DEF_CREATE_USER_SQL = "insert into users (username, password, enabled) values (?,?,?)"; public static final String DEF_DELETE_USER_SQL = "delete from users where username = ?"; public static final String DEF_UPDATE_USER_SQL = "update users set password = ?, enabled = ? where username = ?"; public static final String DEF_INSERT_AUTHORITY_SQL = "insert into authorities (username, authority) values (?,?)"; public static final String DEF_DELETE_USER_AUTHORITIES_SQL = "delete from authorities where username = ?"; public static final String DEF_USER_EXISTS_SQL = "select username from users where username = ?"; public static final String DEF_CHANGE_PASSWORD_SQL = "update users set password = ? where username = ?"; 

说明：

UserDetailsService接口作为桥梁，是DaoAuthenticationProvier与特定用户信息来源进行解耦的地方，UserDetailsService由UserDetails和UserDetailsManager所构成；UserDetails和UserDetailsManager各司其责，一个是对基本用户信息进行封装，一个是对基本用户信息进行管理；

特别注意，UserDetailsService、UserDetails以及UserDetailsManager都是可被用户自定义的扩展点，我们可以继承这些接口提供自己的读取用户来源和管理用户的方法，比如我们可以自己实现一个 与特定 ORM 框架，比如 Mybatis 或者 Hibernate，相关的UserDetailsService和UserDetailsManager；

UserDetailsManager的另一个实现类：

InMemoryUserDetailsManager

该实现类主要是提供基于内存对 User 进行增、删、查、改的方法

public class InMemoryUserDetailsManager implements UserDetailsManager { 
　　protected final Log logger = LogFactory.getLog(getClass());
　　private final Map<String, MutableUserDetails> users = new HashMap<String, MutableUserDetails>();

　　private AuthenticationManager authenticationManager;

　　public InMemoryUserDetailsManager() {
　　}

　　public InMemoryUserDetailsManager(Collection<UserDetails> users) {
	　　for (UserDetails user : users) {
		createUser(user);
	　　}
　　}`

时序图

 

 转载编辑自 http://niocoder.com/2018/01/02/Spring-Security%E6%BA%90%E7%A0%81%E5%88%86%E6%9E%90%E4%B8%80-Spring-Security%E8%AE%A4%E8%AF%81%E8%BF%87%E7%A8%8B/

Spring Security项目案例（GitHub地址）

https://github.com/Xiaobai0419/xiaobai