关于Spring Security

工作原理

Spring Security所解决的问题就是安全访问控制，而安全访问控制功能其实就是对所有进入系统的请求进行拦截，校验每个请求是否能够访问它所期望的资源。根据前边知识的学习，可以通过Filter或AOP等技术来实现，SpringSecurity对Web资源的保护是靠Filter实现的，所以从这个Filter来入手，逐步深入Spring Security原理。
当初始化Spring Security时，会创建一个名为 SpringSecurityFilterChain 的Servlet过滤器，类型为org.springframework.security.web.FilterChainProxy，它实现了javax.servlet.Filter，因此外部的请求会经过此类，下图是Spring Security过虑器链结构图：

FilterChainProxy是一个代理，真正起作用的是FilterChainProxy中SecurityFilterChain所包含的各个Filter，同时这些Filter作为Bean被Spring管理，它们是Spring Security核心，各有各的职责，但他们并不直接处理用户的认证，也不直接处理用户的授权，而是把它们交给了认证管理器（AuthenticationManager）和决策管理器（AccessDecisionManager）进行处理，下图是FilterChainProxy相关类的UML图示。

spring Security功能的实现主要是由一系列过滤器链相互配合完成。

下面介绍过滤器链中主要的几个过滤器及其作用：
SecurityContextPersistenceFilter 这个Filter是整个拦截过程的入口和出口（也就是第一个和最后一个拦截器），会在请求开始时从配置好的 SecurityContextRepository 中获取 SecurityContext，然后把它设置给SecurityContextHolder。在请求完成后将 SecurityContextHolder 持有的 SecurityContext 再保存到配置好的 SecurityContextRepository，同时清除 securityContextHolder 所持有的 SecurityContext；

UsernamePasswordAuthenticationFilter 用于处理来自表单提交的认证。该表单必须提供对应的用户名和密码，其内部还有登录成功或失败后进行处理的 AuthenticationSuccessHandler 和AuthenticationFailureHandler，这些都可以根据需求做相关改变；

FilterSecurityInterceptor 是用于保护web资源的，使用AccessDecisionManager对当前用户进行授权访问，前面已经详细介绍过了；

ExceptionTranslationFilter 能够捕获来自 FilterChain 所有的异常，并进行处理。但是它只会处理两类异常：AuthenticationException 和 AccessDeniedException，其它的异常它会继续抛出。

认证流程

让我们仔细分析认证过程：

用户提交用户名、密码被SecurityFilterChain中的 UsernamePasswordAuthenticationFilter 过滤器获取到，封装为请求Authentication，通常情况下是UsernamePasswordAuthenticationToken这个实现类。
然后过滤器将Authentication提交至认证管理器（AuthenticationManager）进行认证
认证成功后， AuthenticationManager 身份管理器返回一个被填充满了信息的（包括上面提到的权限信息，身份信息，细节信息，但密码通常会被移除） Authentication 实例。
SecurityContextHolder 安全上下文容器将第3步填充了信息的 Authentication ，通过SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(…)方法，设置到其中。可以看出AuthenticationManager接口（认证管理器）是认证相关的核心接口，也是发起认证的出发点，它的实现类为ProviderManager。而Spring Security支持多种认证方式，因此ProviderManager维护着一个List<AuthenticationProvider> 列表，存放多种认证方式，最终实际的认证工作是由AuthenticationProvider完成的。咱们知道web表单的对应的AuthenticationProvider实现类为DaoAuthenticationProvider，它的内部又维护着一个UserDetailsService负责UserDetails的获取。最终AuthenticationProvider将UserDetails填充至Authentication。

AuthenticationProvider:
通过前面的Spring Security认证流程我们得知，认证管理器（AuthenticationManager）委托AuthenticationProvider完成认证工作。

AuthenticationProvider是一个接口，定义如下：

Authentication authenticate(Authentication authentication)throws AuthenticationException;
boolean supports(Class<?> authentication);

authenticate()方法定义了认证的实现过程，它的参数是一个Authentication，里面包含了登录用户所提交的用户、密码等。而返回值也是一个Authentication，这个Authentication则是在认证成功后，将用户的权限及其他信息重新组装后生成。
Spring Security中维护着一个List<AuthenticationProvider>列表，存放多种认证方式，不同的认证方式使用不同的AuthenticationProvider。如使用用户名密码登录时，使用AuthenticationProvider1，短信登录时使用AuthenticationProvider2等等这样的例子很多。
每个AuthenticationProvider需要实现supports（）方法来表明自己支持的认证方式，如我们使用表单方式认证，在提交请求时Spring Security会生成UsernamePasswordAuthenticationToken，它是一个Authentication，里面封装着用户提交的用户名、密码信息。
也就是说当web表单提交用户名密码时，Spring Security由DaoAuthenticationProvider处理。

public boolean supports(Class<?> authentication) {
	 return UsernamePasswordAuthenticationToken.class.isAssignableFrom(authentication);
}

Spring security通过 Authentication的实现类来判断是否支持的认证方式
最后，我们来看一下Authentication(认证信息)的结构，它是一个接口，我们之前提到的UsernamePasswordAuthenticationToken就是它的实现之一：
（1）Authentication是spring security包中的接口，直接继承自Principal类，而Principal是位于java.security包中的。它是表示着一个抽象主体身份，任何主体都有一个名称，因此包含一个getName()方法。
（2）getAuthorities()，权限信息列表，默认是GrantedAuthority接口的一些实现类，通常是代表权限信息的一系列字符串。
（3）getCredentials()，凭证信息，用户输入的密码字符串，在认证过后通常会被移除，用于保障安全。
（4）getDetails()，细节信息，web应用中的实现接口通常为 WebAuthenticationDetails，它记录了访问者的ip地址和sessionId的值。
（5）getPrincipal()，身份信息，大部分情况下返回的是UserDetails接口的实现类，UserDetails代表用户的详细信息，那从Authentication中取出来的UserDetails就是当前登录用户信息，它也是框架中的常用接口之一。

关于加密

PasswordEncoder：
DaoAuthenticationProvider认证处理器通过UserDetailsService获取到UserDetails后，它是如何与请求Authentication中的密码做对比呢？
在这里Spring Security为了适应多种多样的加密类型，又做了抽象，DaoAuthenticationProvider通过PasswordEncoder接口的matches方法进行密码的对比，而具体的密码对比细节取决于实现：

public interface PasswordEncoder {
 String encode(CharSequence var1);
 boolean matches(CharSequence var1, String var2);
 }
 default boolean upgradeEncoding(String encodedPassword) {
 return false;
 }

而Spring Security提供很多内置的PasswordEncoder，能够开箱即用，使用某种PasswordEncoder只需要进行如下声明即可，如下：

@Bean
 public PasswordEncoder passwordEncoder() {
	return  NoOpPasswordEncoder.getInstance();
}

NoOpPasswordEncoder采用字符串匹配方法，不对密码进行加密比较处理，密码比较流程如下：
1、用户输入密码（明文）
2、DaoAuthenticationProvider获取UserDetails（其中存储了用户的正确密码）
3、DaoAuthenticationProvider使用PasswordEncoder对输入的密码和正确的密码进行校验，密码一致则校验通过，否则校验失败。
4、NoOpPasswordEncoder的校验规则拿输入的密码和UserDetails中的正确密码进行字符串比较，字符串内容一致则校验通过，否则校验失败。

实际项目中推荐使用BCryptPasswordEncoder, Pbkdf2PasswordEncoder, SCryptPasswordEncoder等，感兴趣的大家可以看看这些PasswordEncoder的具体实现。

授权流程

Spring Security可以通过http.authorizeRequests()对web请求进行授权保护。Spring Security使用标准Filter建立了对web请求的拦截，最终实现对资源的授权访问。

分析授权流程：

拦截请求，已认证用户访问受保护的web资源将被SecurityFilterChain中的FilterSecurityInterceptor类拦截。
获取资源访问策略，FilterSecurityInterceptor会从SecurityMetadataSource DefaultFilterInvocationSecurityMetadataSource的子类获取要访问当前资源所需要的权限Collection<ConfigAttribute>。的子SecurityMetadataSource其实就是读取访问策略的抽象，而读取的内容，其实就是我们配置的访问规则，读取访问策略如：

http
 .authorizeRequests()
.antMatchers("/r/r1").hasAuthority("p1")
.antMatchers("/r/r2").hasAuthority("p2")
 ...

最后，FilterSecurityInterceptor会调用AccessDecisionManager进行授权决策，若决策通过，则允许访问资源，否则将禁止访问。

AccessDecisionManager（访问决策管理器）的核心接口如下:

public interface AccessDecisionManager {
 /**
 * 通过传递的参数来决定用户是否有访问对应受保护资源的权限
*/
 void decide(Authentication authentication , Object object, Collection<ConfigAttribute> 
configAttributes ) throws AccessDeniedException, InsufficientAuthenticationException;
 //略..
 }

这里着重说明一下decide的参数：
authentication：要访问资源的访问者的身份
object：要访问的受保护资源，web请求对应FilterInvocation
configAttributes：是受保护资源的访问策略，通过SecurityMetadataSource获取。
decide接口就是用来鉴定当前用户是否有访问对应受保护资源的权限。

授权决策

AccessDecisionManager采用投票的方式来确定是否能够访问受保护资源。

通过上图可以看出，AccessDecisionManager中包含的一系列AccessDecisionVoter将会被用来对Authentication是否有权访问受保护对象进行投票，AccessDecisionManager根据投票结果，做出最终决策。
AccessDecisionVoter是一个接口，其中定义有三个方法，具体结构如下所示。

public interface AccessDecisionVoter<S> {
 int ACCESS_GRANTED = 1;
 int ACCESS_ABSTAIN = 0;
 int ACCESS_DENIED = ‐1;
 boolean supports(ConfigAttribute var1);
 boolean supports(Class<?> var1);
 int vote(Authentication var1, S var2, Collection<ConfigAttribute> var3);
 }

vote()方法的返回结果会是AccessDecisionVoter中定义的三个常量之一。ACCESS_GRANTED表示同意，ACCESS_DENIED表示拒绝，ACCESS_ABSTAIN表示弃权。如果一个AccessDecisionVoter不能判定当前Authentication是否拥有访问对应受保护对象的权限，则其vote()方法的返回值应当为弃权ACCESS_ABSTAIN。
Spring Security内置了三个基于投票的AccessDecisionManager实现类如下，它们分别是AffirmativeBased、ConsensusBased和UnanimousBased。

AffirmativeBased的逻辑是：（1）只要有AccessDecisionVoter的投票为ACCESS_GRANTED则同意用户进行访问；（2）如果全部弃权也表示通过；（3）如果没有一个人投赞成票，但是有人投反对票，则将抛出AccessDeniedException。Spring security默认使用的是AffirmativeBased。

ConsensusBased的逻辑是：（1）如果赞成票多于反对票则表示通过。（2）反过来，如果反对票多于赞成票则将抛出AccessDeniedException。（3）如果赞成票与反对票相同且不等于0，并且属性allowIfEqualGrantedDeniedDecisions的值为true，则表示通过，否则将抛出异常AccessDeniedException。参数allowIfEqualGrantedDeniedDecisions的值默认为true。（4）如果所有的AccessDecisionVoter都弃权了，则将视参数allowIfAllAbstainDecisions的值而定，如果该值为true则表示通过，否则将抛出异常AccessDeniedException。参数allowIfAllAbstainDecisions的值默认为false。

UnanimousBased的逻辑与另外两种实现有点不一样，另外两种会一次性把受保护对象的配置属性全部传递给AccessDecisionVoter进行投票，而UnanimousBased会一次只传递一个ConfigAttribute给AccessDecisionVoter进行投票。这也就意味着如果我们的AccessDecisionVoter的逻辑是只要传递进来的ConfigAttribute中有一个能够匹配则投赞成票，但是放到UnanimousBased中其投票结果就不一定是赞成了。UnanimousBased的逻辑具体来说是这样的
（1）如果受保护对象配置的某一个ConfigAttribute被任意的AccessDecisionVoter反对了，则将抛出AccessDeniedException。（2）如果没有反对票，但是有赞成票，则表示通过。（3）如果全部弃权了，则将视参数allowIfAllAbstainDecisions的值而定，true则通过，。

会话

用户认证通过后，为了避免用户的每次操作都进行认证可将用户的信息保存在会话中。spring security提供会话管理，认证通过后将身份信息放入SecurityContextHolder上下文，SecurityContext与当前线程进行绑定，方便获取用户身份。
我们可以通过以下选项准确控制会话何时创建以及Spring Security如何与之交互：

@Override
 protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
 http.sessionManagement()
 .sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.IF_REQUIRED)
 }

默认情况下，Spring Security会为每个登录成功的用户会新建一个Session，就是ifRequired 。若选用never，则指示Spring Security对登录成功的用户不创建Session了，但若你的应用程序在某地方新建了session，那么Spring Security会用它的。若使用stateless，则说明Spring Security对登录成功的用户不会创建Session了，你的应用程序也不会允许新建session。并且它会暗示不使用cookie，所以每个请求都需要重新进行身份验证。这种无状态架构适用于REST API及其无状态认证机制
会话超时
可以再sevlet容器中设置Session的超时时间，如下设置Session有效期为3600s；
spring boot 配置文件：server.servlet.session.timeout=3600s
session超时之后，可以通过Spring Security 设置跳转的路径。

http.sessionManagement()
 .expiredUrl("/login‐view?error=EXPIRED_SESSION")
 .invalidSessionUrl("/login‐view?error=INVALID_SESSION");

expired指session过期，invalidSession指传入的sessionid无效
安全会话cookie:我们可以使用httpOnly和secure标签来保护我们的会话cookie：httpOnly：如果为true，那么浏览器脚本将无法访问cookie secure：如果为true，则cookie将仅通过HTTPS连接发送

server.servlet.session.cookie.http‐only=true
server.servlet.session.cookie.secure=true

退出

Spring security默认实现了logout退出，访问/logout，果然不出所料，退出功能Spring也替我们做好了
在WebSecurityConfig的protected void configure(HttpSecurity http)中配置：

.and()
 .logout() 
.logoutUrl("/logout") 
.logoutSuccessUrl("/login‐view?logout");

当退出操作出发时，将发生：
使HTTP Session 无效
清除SecurityContextHolder
跳转到 /login-view?logout
但是，类似于配置登录功能，咱们可以进一步自定义退出功能：

@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
    http
            .authorizeRequests()
      //...      
            .and()
            .logout()                                                    (1)
                .logoutUrl("/logout")                                    (2)
                .logoutSuccessUrl("/login‐view?logout")                  (3)
                .logoutSuccessHandler(logoutSuccessHandler)              (4)
          .addLogoutHandler(logoutHandler)                         (5)      
                .invalidateHttpSession(true);                             (6)
                
}

（1）提供系统退出支持，使用WebSecurityConfigurerAdapter会自动被应用
（2）设置触发退出操作的URL (默认是/logout).
（3）退出之后跳转的URL。默认是/login?logout。
（4）定制的 LogoutSuccessHandler ，用于实现用户退出成功时的处理。如果指定了这个选项那么logoutSuccessUrl()的设置会被忽略。
（5）添加一个LogoutHandler，用于实现用户退出时的清理工作.默认SecurityContextLogoutHandler会被添加为最后一个LogoutHandler。
（6）指定是否在退出时让HttpSession无效。默认设置为 true。
注意：如果让logout在GET请求下生效，必须关闭防止CSRF攻击csrf().disable()。如果开启了CSRF，必须使用post方式请求/logout
logoutHandler:
一般来说，LogoutHandler的实现类被用来执行必要的清理，因而他们不应该抛出异常。
下面是Spring Security提供的一些实现：
PersistentTokenBasedRememberMeServices 基于持久化token的RememberMe功能的相关清理
TokenBasedRememberMeService 基于token的RememberMe功能的相关清理
CookieClearingLogoutHandler 退出时Cookie的相关清理
CsrfLogoutHandler 负责在退出时移除csrfToken
SecurityContextLogoutHandler 退出时SecurityContext的相关清理
链式API提供了调用相应的LogoutHandler 实现的快捷方式，比如deleteCookies()。

授权

保护URL常用的方法有：
authenticated() 保护URL，需要用户登录
permitAll() 指定URL无需保护，一般应用与静态资源文件
hasRole(String role) 限制单个角色访问，角色将被增加 “ROLE_” .所以”ADMIN” 将和 “ROLE_ADMIN”进行比较.
hasAuthority(String authority) 限制单个权限访问
hasAnyRole(String… roles)允许多个角色访问.
hasAnyAuthority(String… authorities) 允许多个权限访问.
access(String attribute) 该方法使用 SpEL表达式, 所以可以创建复杂的限制.
hasIpAddress(String ipaddressExpression) 限制IP地址或子网

方法授权

@PreAuthorize,@PostAuthorize, @Secured三类注解。
我们可以在任何@Configuration实例上使用@EnableGlobalMethodSecurity以下内容将启用Spring Security的@Secured注释

@EnableGlobalMethodSecurity(securedEnabled = true) 
public class MethodSecurityConfig {// ...}

然后向方法（在类或接口上）添加注解就会限制对该方法的访问。 Spring Security的原生注释支持为该方法定义了
一组属性。这些将被传递给AccessDecisionManager以供它作出实际的决定：

public interface BankService {
 @Secured("IS_AUTHENTICATED_ANONYMOUSLY")
 public Account readAccount(Long id);
 @Secured("IS_AUTHENTICATED_ANONYMOUSLY")
 public Account[] findAccounts();
 @Secured("ROLE_TELLER")
 public Account post(Account account, double amount);
 }

以上配置标明readAccount、findAccounts方法可匿名访问，底层使用WebExpressionVoter投票器，可从
AffirmativeBased第23行代码跟踪。
post方法需要有TELLER角色才能访问，底层使用RoleVoter投票器。
使用如下代码可启用prePost注解的支持

@EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled = true)
 public class MethodSecurityConfig { 
// ... 
}

相应Java代码如下：

public interface BankService {
 @PreAuthorize("isAnonymous()")
 public Account readAccount(Long id);
 @PreAuthorize("isAnonymous()")
 public Account[] findAccounts();
 @PreAuthorize("hasAuthority('p_transfer') and hasAuthority('p_read_account')")
 public Account post(Account account, double amount);
 }

以上配置标明readAccount、findAccounts方法可匿名访问，post方法需要同时拥有p_transfer和p_read_account权限才能访问，底层使用WebExpressionVoter投票器，可从AffirmativeBased第23行代码跟踪。

posted @ 2023-06-18 11:34 生活的样子就该是那样阅读(65) 评论(0) 编辑收藏举报

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