SpringBoot浅析安全管理之Spring Security配置

原文

在 Java 开发领域常见的安全框架有 Shiro 和 Spring Security。Shiro 是一个轻量级的安全管理框架，提供了认证、授权、会话管理、密码管理、缓存管理等功能。Spring Security 是一个相对复杂的安全管理框架，功能比 Shiro 更加强大，权限控制细粒度更高，对 OAuth 2 的支持也很友好，又因为 Spring Security 源自 Spring 家族，因此可以和 Spring 框架无缝整合，特别是 Spring Boot 中提供的自动化配置方案，可以让 Spring Security 的使用更加便捷。

Spring Security 的基本配置

基本用法

1. 创建项目添加依赖

创建一个 Spring Boot 项目，然后添加 spring-boot-starter-security 依赖即可

<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
</dependency>

2. 添加 hello 接口

@RestController
public class HelloController {
    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        return "hello";
    }
}

3. 启动项目测试

启动成功后，访问 /hello 接口就会自动跳转到登录页面，这个登录页面是由 Spring Security 提供的

默认的用户名是 user ，默认的登录密码则在每次启动项目时随机生成，查看项目启动日志

Using generated security password: 4f845a17-7b09-479c-8701-48000e89d364

登录成功后，用户就可以访问 /hello 接口了

配置用户名和密码

如果开发者对默认的用户名和密码不满意，可以在 application.properties 中配置默认的用户名、密码以及用户角色

spring.security.user.name=tangsan
spring.security.user.password=tangsan
spring.security.user.roles=admin

基于内存的认证

开发者也可以自定义类继承自 WebSecurityConfigurer，进而实现对 Spring Security 更多的自定义配置，例如基于内存的认证，配置方式如下：

@Configuration
public class MyWebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    @Bean
    PasswordEncoder passwordEncoder() {
        return NoOpPasswordEncoder.getInstance();
    }
    @Override
    protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        auth.inMemoryAuthentication()
                .withUser("admin").password("123123").roles("ADMIN", "USER")
                .and()
                .withUser("tangsan").password("123123").roles("USER");
    }
}

代码解释：

  • 自定义 MyWebSecurityConfig 继承自 WebSecurityConfigurerAdapter ，并重写 configure(AuthenticationManagerBuilder auth) 方法，在该方法中配置两个用户，一个用户是 admin ，具备两个角色 ADMIN、USER；另一个用户是 tangsan ，具备一个角色 USER
  • 此处使用的 Spring Security 版本是 5.0.6 ，在 Spring Security 5.x 中引入了多种密码加密方式，开发者必须指定一种，此处使用 NoOpPasswordEncoder ，即不对密码进行加密

注意：基于内存的用户配置，在配置角色时不需要添加 “ROLE_” 前缀，这点和后面 10.2 节中基于数据库的认证有差别。

配置完成后，重启项目，就可以使用这里配置的两个用户进行登录了。

HttpSecurity

虽然现在可以实现认证功能，但是受保护的资源都是默认的，而且不能根据实际情况进行角色管理，如果要实现这些功能，就需要重写 WebSecurityConfigurerAdapter 中的另一个方法

@Configuration
public class MyWebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    @Bean
    PasswordEncoder passwordEncoder() {
        return NoOpPasswordEncoder.getInstance();
    }
    @Override
    protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        auth.inMemoryAuthentication()
                .withUser("root").password("123123").roles("ADMIN", "DBA")
                .and()
                .withUser("admin").password("123123").roles("ADMIN", "USER")
                .and()
                .withUser("tangsan").password("123123").roles("USER");
    }
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.authorizeRequests()
                .antMatchers("/admin/**")
                .hasRole("ADMIN")
                .antMatchers("/user/**")
                .access("hasAnyRole('ADMIN','USER')")
                .antMatchers("/db/**")
                .access("hasRole('ADMIN') and hasRole('DBA')")
                .anyRequest()
                .authenticated()
                .and()
                .formLogin()
                .loginProcessingUrl("/login")
                .permitAll()
                .and()
                .csrf()
                .disable();
    }
}

代码解释：

  • 首先配置了三个用户，root 用户具备 ADMIN 和 DBA 的角色，admin 用户具备 ADMIN 和 USER 角色，tangsan 用于具备 USER 角色
  • 调用 authorizeRequests() 方法开启 HttpSecurity 的配置，antMatchers() ，hasRole() ，access() 方法配置访问不同的路径需要不同的用户及角色
  • anyRequest()，authenticated() 表示出了前面定义的之外，用户访问其他的 URL 都必须认证后访问
  • formLogin()，loginProcessingUrl(“/login”)，permitAll()，表示开启表单登录，前面看到的登录页面，同时配置了登录接口为 /login 即可以直接调用 /login 接口，发起一个 POST 请求进行登录，登录参数中用户名必须命名为 username ，密码必须命名为 password，配置 loginProcessingUrl 接口主要是方便 Ajax 或者移动端调用登录接口。最后还配置了 permitAll，表示和登录相关的接口都不需要认证即可访问。

配置完成后，在 Controller 中添加如下接口进行测试：

@RestController
public class HelloController {
    @GetMapping("/admin/hello")
    public String admin() {
        return "hello admin";
    }
    @GetMapping("/user/hello")
    public String user() {
        return "hello user";
    }
    @GetMapping("/db/hello")
    public String dba() {
        return "hello dba";
    }
    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        return "hello";
    }
}

根据上文配置，“/admin/hello” 接口 root 和 admin 用户具有访问权限；“/user/hello” 接口 admin 和 tangsan 用户具有访问权限；“/db/hello” 只有 root 用户有访问权限。浏览器中的测试很容易，这里不再赘述。

登录表单详细配置

目前为止，登录表单一直使用 Spring Security 提供的页面，登录成功后也是默认的页面跳转，但是，前后端分离已经成为企业级应用开发的主流，在前后端分离的开发方式中，前后端的数据交互通过 JSON 进行，这时，登录成功后就不是页面跳转了，而是一段 JSON 提示。要实现这些功能，只需要继续完善上文的配置

@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
    http.authorizeRequests()
        .antMatchers("/admin/**")
        .hasRole("ADMIN")
        .antMatchers("/user/**")
        .access("hasAnyRole('ADMIN','USER')")
        .antMatchers("/db/**")
        .access("hasRole('ADMIN') and hasRole('DBA')")
        .anyRequest()
        .authenticated()
        .and()
        .formLogin()
        .loginPage("/login_page")
        .loginProcessingUrl("/login")
        .usernameParameter("name")
        .passwordParameter("passwd")
        .successHandler(new AuthenticationSuccessHandler() {
            @Override
            public void onAuthenticationSuccess(HttpServletRequest req,
                                                HttpServletResponse resp,
                                                Authentication auth)
                throws IOException {
                Object principal = auth.getPrincipal();
                resp.setContentType("application/json;charset=utf-8");
                PrintWriter out = resp.getWriter();
                resp.setStatus(200);
                Map<String, Object> map = new HashMap<>();
                map.put("status", 200);
                map.put("msg", principal);
                ObjectMapper om = new ObjectMapper();
                out.write(om.writeValueAsString(map));
                out.flush();
                out.close();
            }
        })
        .failureHandler(new AuthenticationFailureHandler() {
            @Override
            public void onAuthenticationFailure(HttpServletRequest req,
                                                HttpServletResponse resp,
                                                AuthenticationException e)
                throws IOException {
                resp.setContentType("application/json;charset=utf-8");
                PrintWriter out = resp.getWriter();
                resp.setStatus(401);
                Map<String, Object> map = new HashMap<>();
                map.put("status", 401);
                if (e instanceof LockedException) {
                    map.put("msg", "账户被锁定，登录失败!");
                } else if (e instanceof BadCredentialsException) {
                    map.put("msg", "账户名或密码输入错误，登录失败!");
                } else if (e instanceof DisabledException) {
                    map.put("msg", "账户被禁用，登录失败!");
                } else if (e instanceof AccountExpiredException) {
                    map.put("msg", "账户已过期，登录失败!");
                } else if (e instanceof CredentialsExpiredException) {
                    map.put("msg", "密码已过期，登录失败!");
                } else {
                    map.put("msg", "登录失败!");
                }
                ObjectMapper om = new ObjectMapper();
                out.write(om.writeValueAsString(map));
                out.flush();
                out.close();
            }
        })
        .permitAll()
        .and()
        .csrf()
        .disable();
}

代码解释：

  • loginPage(“/login_page”) 表示如果用户未获授权就访问一个需要授权才能访问的接口，就会自动跳转到 login_page 页面让用户登录，这个 login_page 就是开发者自定义的登录页面，而不再是 Spring Security 提供的默认登录页
  • loginProcessingUrl(“/login”) 表示登录请求处理接口，无论是自定义登录页面还是移动端登录，都需要使用该接口
  • usernameParameter(“name”)，passwordParameter(“passwd”) 定义了认证所需要的用户名和密码的参数，默认用户名参数是 username，密码参数是 password，可以在这里定义
  • successHandler() 方法定义了登录成功的处理逻辑。用户登录成功后可以跳转到某一个页面，也可以返回一段 JSON ，这个要看具体业务逻辑，此处假设是第二种，用户登录成功后，返回一段登录成功的 JSON 。onAuthenticationSuccess 方法的第三个参数一般用来获取当前登录用户的信息，在登录后，可以获取当前登录用户的信息一起返回给客户端
  • failureHandler 方法定义了登录失败的处理逻辑，和登录成功类似，不同的是，登录失败的回调方法里有一个 AuthenticationException 参数，通过这个异常参数可以获取登录失败的原因，进而给用户一个明确的提示

配置完成后，使用 Postman 进行测试

如果登录失败也会有相应的提示

注销登录配置

如果想要注销登录，也只需要提供简单的配置即可

@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
    http.authorizeRequests()
        .antMatchers("/admin/**")
        .hasRole("ADMIN")
        .antMatchers("/user/**")
        .access("hasAnyRole('ADMIN','USER')")
        .antMatchers("/db/**")
        .access("hasRole('ADMIN') and hasRole('DBA')")
        .anyRequest()
        .authenticated()
        .and()
        .formLogin()
        .loginPage("/login_page")
        .loginProcessingUrl("/login")
        .usernameParameter("name")
        .passwordParameter("passwd")
        .successHandler(new AuthenticationSuccessHandler() {
            @Override
            public void onAuthenticationSuccess(HttpServletRequest req,
                                                HttpServletResponse resp,
                                                Authentication auth)
                throws IOException {
                Object principal = auth.getPrincipal();
                resp.setContentType("application/json;charset=utf-8");
                PrintWriter out = resp.getWriter();
                resp.setStatus(200);
                Map<String, Object> map = new HashMap<>();
                map.put("status", 200);
                map.put("msg", principal);
                ObjectMapper om = new ObjectMapper();
                out.write(om.writeValueAsString(map));
                out.flush();
                out.close();
            }
        })
        .failureHandler(new AuthenticationFailureHandler() {
            @Override
            public void onAuthenticationFailure(HttpServletRequest req,
                                                HttpServletResponse resp,
                                                AuthenticationException e)
                throws IOException {
                resp.setContentType("application/json;charset=utf-8");
                PrintWriter out = resp.getWriter();
                resp.setStatus(401);
                Map<String, Object> map = new HashMap<>();
                map.put("status", 401);
                if (e instanceof LockedException) {
                    map.put("msg", "账户被锁定，登录失败!");
                } else if (e instanceof BadCredentialsException) {
                    map.put("msg", "账户名或密码输入错误，登录失败!");
                } else if (e instanceof DisabledException) {
                    map.put("msg", "账户被禁用，登录失败!");
                } else if (e instanceof AccountExpiredException) {
                    map.put("msg", "账户已过期，登录失败!");
                } else if (e instanceof CredentialsExpiredException) {
                    map.put("msg", "密码已过期，登录失败!");
                } else {
                    map.put("msg", "登录失败!");
                }
                ObjectMapper om = new ObjectMapper();
                out.write(om.writeValueAsString(map));
                out.flush();
                out.close();
            }
        })
        .permitAll()
        .and()
        .logout()
        .logoutUrl("/logout")
        .clearAuthentication(true)
        .invalidateHttpSession(true)
        .addLogoutHandler(new LogoutHandler() {
            @Override
            public void logout(HttpServletRequest req,
                               HttpServletResponse resp,
                               Authentication auth) {
            }
        })
        .logoutSuccessHandler(new LogoutSuccessHandler() {
            @Override
            public void onLogoutSuccess(HttpServletRequest req,
                                        HttpServletResponse resp,
                                        Authentication auth)
                throws IOException {
                resp.sendRedirect("/login_page");
            }
        })
        .and()
        .csrf()
        .disable();
}

代码解释：

  • logout() 表示开启注销登录的配置
  • logoutUrl(“/logout”) 表示注销登录请求 URL 为 /logout ，默认也是 /logout
  • clearAuthentication(true) 表示是否清楚身份认证信息，默认为 true
  • invalidateHttpSession(true) 表示是否使 Session 失效，默认为 true
  • addLogoutHandler 方法中完成一些数据清楚工作，例如 Cookie 的清楚
  • logoutSuccessHandler 方法用于处理注销成功后的业务逻辑，例如返回一段 JSON 提示或者跳转到登录页面等

多个 HttpSecurity

如果业务比较复杂，也可以配置多个 HttpSecurity ，实现对 WebSecurityConfigurerAdapter 的多次扩展

@Configuration
public class MultiHttpSecurityConfig {
    @Bean
    PasswordEncoder passwordEncoder() {
        return NoOpPasswordEncoder.getInstance();
    }
    @Autowired
    protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        auth.inMemoryAuthentication()
                .withUser("admin").password("123123").roles("ADMIN", "USER")
                .and()
                .withUser("tangsan").password("123123").roles("USER");
    }
    @Configuration
    @Order(1)
    public static class AdminSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter{
        @Override
        protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
            http.antMatcher("/admin/**").authorizeRequests()
                    .anyRequest().hasRole("ADMIN");
        }
    }
    @Configuration
    public static class OtherSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter{
        @Override
        protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
            http.authorizeRequests()
                    .anyRequest().authenticated()
                    .and()
                    .formLogin()
                    .loginProcessingUrl("/login")
                    .permitAll()
                    .and()
                    .csrf()
                    .disable();
        }
    }
}

代码解释：

  • 配置多个 HttpSecurity 时，MultiHttpSecurityConfig 不需要继承 WebSecurityConfigurerAdapter ，在 MultiHttpSecurityConfig 中创建静态内部类继承 WebSecurityConfigurerAdapter 即可，静态内部类上添加 @Configuration 注解和 @Order注解，数字越大优先级越高，未加 @Order 注解的配置优先级最低
  • AdminSecurityConfig 类表示该类主要用来处理 “/admin/**” 模式的 URL ，其它 URL 将在 OtherSecurityConfig 类中处理

密码加密

1. 为什么要加密

略

2. 加密方案

Spring Security 提供了多种密码加密方案，官方推荐使用 BCryptPasswordEncoder，BCryptPasswordEncoder 使用 BCrypt 强哈希函数，开发者在使用时可以选择提供 strength 和 SecureRandom 实例。strength 越大，密码的迭代次数越多，密钥迭代次数为 2^strength 。strength 取值在 4~31 之间，默认为 10 。

3. 实践

只需要修改上文配置的 PasswordEncoder 这个 Bean 的实现即可

 @Bean
PasswordEncoder passwordEncoder() {
    return new BCryptPasswordEncoder(10);
}

参数 10 就是 strength ，即密钥的迭代次数（也可以不配置，默认为 10）。

使用以下方式获取加密后的密码。

public static void main(String[] args) {
    BCryptPasswordEncoder bCryptPasswordEncoder = new BCryptPasswordEncoder(10);
    String encode = bCryptPasswordEncoder.encode("123123");
    System.out.println(encode);
}

修改配置的内存用户的密码

auth.inMemoryAuthentication()
    .withUser("admin")
    .password("$2a$10$.hZESNfpLSDUnuqnbnVaF..Xb2KsAqwvzN7hN65Gd9K0VADuUbUzy")
    .roles("ADMIN", "USER")
    .and()
    .withUser("tangsan")
    .password("$2a$10$4LJ/xgqxSnBqyuRjoB8QJeqxmUeL2ynD7Q.r8uWtzOGs8oFMyLZn2")
    .roles("USER");

虽然 admin 和 tangsan 加密后的密码不一样，但是明文都是 123123 配置完成后，使用 admin/123123，或 tangsan/123123 就可以实现登录，一般情况下，用户信息是存储在数据库中的，因此需要用户注册时对密码进行加密处理

@Service
public class RegService {
    public int reg(String username, String password) {
        BCryptPasswordEncoder encoder = new BCryptPasswordEncoder(10);
        String encodePasswod = encoder.encode(password);
        return saveToDb(username, encodePasswod);
    }
    private int saveToDb(String username, String encodePasswod) {
        // 业务处理
        return 0;
    }
}

用户将密码从前端传来之后，通过 BCryptPasswordEncoder 实例中的 encode 方法对密码进行加密处理，加密完成后将密文存入数据库。

方法安全

上文介绍的认证和授权都是基于 URL 的，开发者也可通过注解来灵活配置方法安全，使用相关注解，首先要通过 @EnableGlobalMethodSecurity 注解开启基于注解的安全配置

@Configuration
@EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled = true,securedEnabled = true)
public class MultiHttpSecurityConfig{
}

代码解释：

  • prePostEnabled = true 会解锁 @PreAuthorize 和 @PostAuthorize 两个注解， @PreAuthorize 注解会在方法执行前进行验证，而 @PostAuthorize 注解在方法执行后进行验证
  • securedEnabled = true 会解锁 @Secured 注解

开启注解安全后，创建一个 MethodService 进行测试

@Service
public class MethodService {
    @Secured("ROLE_ADMIN")
    public String admin() {
        return "hello admin";
    }
    @PreAuthorize("hasRole('ADMIN') and hasRole('DBA')")
    public String dba() {
        return "hello dba";
    }
    @PreAuthorize("hasAnyRole('ADMIN','DBA','USER')")
    public String user() {
        return "user";
    }
}

代码解释：

  • @Secured(“ROLE_ADMIN”) 注解表示访问该方法需要 ADMIN 角色，注意这里需要在角色前加一个前缀 ROLE_
  • @PreAuthorize(“hasRole(‘ADMIN’) and hasRole(‘DBA’)”) 注解表示访问该方法既需要 ADMIN 角色又需要 DBA 角色
  • @PreAuthorize(“hasAnyRole(‘ADMIN’,‘DBA’,‘USER’)”) 表示访问该方法需要 ADMIN 、DBA 或 USER 角色中至少一个
  • @PostAuthorize 和 @PreAuthorize 中都可以使用基于表达式的语法

最后在 Controller 中注入 Service 并调用 Service 中的方法进行测试

@RestController
public class HelloController {
    @Autowired
    MethodService methodService;
    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        String user = methodService.user();
        return user;
    }
    @GetMapping("/hello2")
    public String hello2() {
        String admin = methodService.admin();
        return admin;
    }
    @GetMapping("/hello3")
    public String hello3() {
        String dba = methodService.dba();
        return dba;
    }
}

admin 访问 hello

admin 访问 hello2

admin 访问 hello3

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