實戰！Spring Boot Security+JWT前後端分離架構登入認證！

愛撒謊的男孩發表於2021-12-04
Spring BootJWT後端架構

大家好，我是不才陳某~

認證、授權是實戰專案中必不可少的部分，而Spring Security則將作為首選安全元件，因此陳某新開了 《Spring Security 進階》 這個專欄，寫一寫從單體架構到OAuth2分散式架構的認證授權。

Spring security這裡就不再過多介紹了，相信大家都用過，也都恐懼過，相比Shiro而言，Spring Security更加重量級，之前的SSM專案更多企業都是用的Shiro，但是Spring Boot出來之後，整合Spring Security更加方便了，用的企業也就多了。

今天陳某就來介紹一下在前後端分離的專案中如何使用Spring Security進行登入認證。文章的目錄如下：

前後端分離認證的思路

前後端分離不同於傳統的web服務，無法使用session，因此我們採用JWT這種無狀態機制來生成token，大致的思路如下：

  1. 客戶端呼叫服務端登入介面，輸入使用者名稱、密碼登入，登入成功返回兩個token，如下：

    1. accessToken：客戶端攜帶這個token訪問服務端的資源
    2. refreshToken：重新整理令牌，一旦accessToken過期了，客戶端需要使用refreshToken重新獲取一個accessToken。因此refreshToken的過期時間一般大於accessToken。
  2. 客戶請求頭中攜帶accessToken訪問服務端的資源，服務端對accessToken進行鑑定（驗籤、是否失效....），如果這個accessToken沒有問題則放行。
  3. accessToken一旦過期需要客戶端攜帶refreshToken呼叫重新整理令牌的介面重新獲取一個新的accessToken。

專案搭建

陳某使用的是Spring Boot 框架，演示專案新建了兩個模組，分別是common-base、security-authentication-jwt。

1、common-base模組

這是一個抽象出來的公共模組，這個模組主要放一些公用的類，目錄如下：

2、security-authentication-jwt模組

一些需要定製的類，比如security的全域性配置類、Jwt登入過濾器的配置類，目錄如下：

3、五張表

許可權設計根據業務的需求往往有不同的設計，陳某用的RBAC規範，主要涉及到五張表，分別是使用者表、角色表、許可權表、使用者<->角色表、角色<->許可權表，如下圖：

上述幾張表的SQL會放在案例原始碼中（這幾張表欄位為了省事，設計的並不全，自己根據業務逐步擴充即可）

登入認證過濾器

登入介面的邏輯寫法有很多種，今天陳某介紹一種使用過濾器的定義的登入介面。

Spring Security預設的表單登入認證的過濾器是UsernamePasswordAuthenticationFilter，這個過濾器並不適用於前後端分離的架構，因此我們需要自定義一個過濾器。

邏輯很簡單，參照UsernamePasswordAuthenticationFilter這個過濾器改造一下，程式碼如下：

認證成功處理器AuthenticationSuccessHandler

上述的過濾器介面一旦認證成功，則會呼叫AuthenticationSuccessHandler進行處理，因此我們可以自定義一個認證成功處理器進行自己的業務處理，程式碼如下：

陳某僅僅返回了accessToken、refreshToken，其他的業務邏輯處理自己完善。

認證失敗處理器AuthenticationFailureHandler

同樣的，一旦登入失敗，比如使用者名稱或者密碼錯誤等等，則會呼叫AuthenticationFailureHandler進行處理，因此我們需要自定義一個認證失敗的處理器，其中根據異常資訊返回特定的JSON資料給客戶端，程式碼如下：

邏輯很簡單，AuthenticationException有不同的實現類，根據異常的型別返回特定的提示資訊即可。

AuthenticationEntryPoint配置

AuthenticationEntryPoint這個介面當使用者未通過認證訪問受保護的資源時，將會呼叫其中的commence()方法進行處理，比如客戶端攜帶的token被篡改，因此我們需要自定義一個AuthenticationEntryPoint返回特定的提示資訊，程式碼如下：

AccessDeniedHandler配置

AccessDeniedHandler這處理器當認證成功的使用者訪問受保護的資源，但是許可權不夠，則會進入這個處理器進行處理，我們可以實現這個處理器返回特定的提示資訊給客戶端，程式碼如下：

UserDetailsService配置

UserDetailsService這個類是用來載入使用者資訊，包括使用者名稱、密碼、許可權、角色集合....其中有一個方法如下：

UserDetails loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException;

在認證邏輯中Spring Security會呼叫這個方法根據客戶端傳入的username載入該使用者的詳細資訊，這個方法需要完成的邏輯如下：

  • 密碼匹配
  • 載入許可權、角色集合

我們需要實現這個介面，從資料庫載入使用者資訊，程式碼如下：

其中的LoginService是根據使用者名稱從資料庫中查詢出密碼、角色、許可權，程式碼如下：

UserDetails這個也是個介面，其中定義了幾種方法，都是圍繞著使用者名稱、密碼、許可權+角色集合這三個屬性，因此我們可以實現這個類擴充這些欄位，SecurityUser程式碼如下：

擴充：UserDetailsService這個類的實現一般涉及到5張表，分別是使用者表、角色表、許可權表、使用者<->角色對應關係表、角色<->許可權對應關係表，企業中的實現必須遵循RBAC設計規則。這個規則陳某後面會詳細介紹。

Token校驗過濾器

客戶端請求頭攜帶了token，服務端肯定是需要針對每次請求解析、校驗token，因此必須定義一個Token過濾器，這個過濾器的主要邏輯如下：

  • 從請求頭中獲取accessToken
  • 對accessToken解析、驗籤、校驗過期時間
  • 校驗成功，將authentication存入ThreadLocal中，這樣方便後續直接獲取使用者詳細資訊。

上面只是最基礎的一些邏輯，實際開發中還有特定的處理，比如將使用者的詳細資訊放入Request屬性中、Redis快取中，這樣能夠實現feign的令牌中繼效果。

校驗過濾器的程式碼如下：

重新整理令牌介面

accessToken一旦過期，客戶端必須攜帶著refreshToken重新獲取令牌，傳統web服務是放在cookie中，只需要服務端完成重新整理，完全做到無感知令牌續期，但是前後端分離架構中必須由客戶端拿著refreshToken調介面手動重新整理。

程式碼如下：

主要邏輯很簡單，如下：

  • 校驗refreshToken
  • 重新生成accessToken、refreshToken返回給客戶端。
注意：實際生產中refreshToken令牌的生成方式、加密演算法可以和accessToken不同。

登入認證過濾器介面配置

上述定義了一個認證過濾器JwtAuthenticationLoginFilter，這個是用來登入的過濾器，但是並沒有注入加入Spring Security的過濾器鏈中，需要定義配置，程式碼如下：

/**
 * @author 公號：碼猿技術專欄
 * 登入過濾器的配置類
 */
@Configuration
public class JwtAuthenticationSecurityConfig extends SecurityConfigurerAdapter<DefaultSecurityFilterChain, HttpSecurity> {

    /**
     * userDetailService
     */
    @Qualifier("jwtTokenUserDetailsService")
    @Autowired
    private UserDetailsService userDetailsService;

    /**
     * 登入成功處理器
     */
    @Autowired
    private LoginAuthenticationSuccessHandler loginAuthenticationSuccessHandler;

    /**
     * 登入失敗處理器
     */
    @Autowired
    private LoginAuthenticationFailureHandler loginAuthenticationFailureHandler;

    /**
     * 加密
     */
    @Autowired
    private PasswordEncoder passwordEncoder;

    /**
     * 將登入介面的過濾器配置到過濾器鏈中
     * 1. 配置登入成功、失敗處理器
     * 2. 配置自定義的userDetailService（從資料庫中獲取使用者資料）
     * 3. 將自定義的過濾器配置到spring security的過濾器鏈中，配置在UsernamePasswordAuthenticationFilter之前
     * @param http
     */
    @Override
    public void configure(HttpSecurity http) {
        JwtAuthenticationLoginFilter filter = new JwtAuthenticationLoginFilter();
        filter.setAuthenticationManager(http.getSharedObject(AuthenticationManager.class));
        //認證成功處理器
        filter.setAuthenticationSuccessHandler(loginAuthenticationSuccessHandler);
        //認證失敗處理器
        filter.setAuthenticationFailureHandler(loginAuthenticationFailureHandler);
        //直接使用DaoAuthenticationProvider
        DaoAuthenticationProvider provider = new DaoAuthenticationProvider();
        //設定userDetailService
        provider.setUserDetailsService(userDetailsService);
        //設定加密演算法
        provider.setPasswordEncoder(passwordEncoder);
        http.authenticationProvider(provider);
        //將這個過濾器新增到UsernamePasswordAuthenticationFilter之前執行
        http.addFilterBefore(filter, UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);
    }
}

所有的邏輯都在public void configure(HttpSecurity http)這個方法中，如下：

  • 設定認證成功處理器loginAuthenticationSuccessHandler
  • 設定認證失敗處理器loginAuthenticationFailureHandler
  • 設定userDetailService的實現類JwtTokenUserDetailsService
  • 設定加密演算法passwordEncoder
  • 將JwtAuthenticationLoginFilter這個過濾器加入到過濾器鏈中，直接加入到UsernamePasswordAuthenticationFilter這個過濾器之前。

Spring Security全域性配置

上述僅僅配置了登入過濾器，還需要在全域性配置類做一些配置，如下：

  • 應用登入過濾器的配置
  • 將登入介面、令牌重新整理介面放行，不需要攔截
  • 配置AuthenticationEntryPoint、AccessDeniedHandler
  • 禁用session，前後端分離+JWT方式不需要session
  • 將token校驗過濾器TokenAuthenticationFilter新增到過濾器鏈中，放在UsernamePasswordAuthenticationFilter之前。

完整配置如下：

/**
 * @author 公眾號：碼猿技術專欄
 * @EnableGlobalMethodSecurity 開啟許可權校驗的註解
 */
@Configuration
@EnableWebSecurity
@EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled = true,securedEnabled = true)
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    @Autowired
    private JwtAuthenticationSecurityConfig jwtAuthenticationSecurityConfig;
    @Autowired
    private EntryPointUnauthorizedHandler entryPointUnauthorizedHandler;
    @Autowired
    private RequestAccessDeniedHandler requestAccessDeniedHandler;

    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.formLogin()
                //禁用表單登入，前後端分離用不上
                .disable()
                //應用登入過濾器的配置，配置分離
                .apply(jwtAuthenticationSecurityConfig)

                .and()
                // 設定URL的授權
                .authorizeRequests()
                // 這裡需要將登入頁面放行,permitAll()表示不再攔截，/login 登入的url，/refreshToken重新整理token的url
                //TODO 此處正常專案中放行的url還有很多，比如swagger相關的url，druid的後臺url，一些靜態資源
                .antMatchers(   "/login","/refreshToken")
                .permitAll()
                //hasRole()表示需要指定的角色才能訪問資源
                .antMatchers("/hello").hasRole("ADMIN")
                // anyRequest() 所有請求   authenticated() 必須被認證
                .anyRequest()
                .authenticated()

                //處理異常情況：認證失敗和許可權不足
                .and()
                .exceptionHandling()
                //認證未通過，不允許訪問異常處理器
                .authenticationEntryPoint(entryPointUnauthorizedHandler)
                //認證通過，但是沒許可權處理器
                .accessDeniedHandler(requestAccessDeniedHandler)

                .and()
                //禁用session，JWT校驗不需要session
                .sessionManagement().sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS)

                .and()
                //將TOKEN校驗過濾器配置到過濾器鏈中，否則不生效，放到UsernamePasswordAuthenticationFilter之前
                .addFilterBefore(authenticationTokenFilterBean(), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class)
                // 關閉csrf
                .csrf().disable();
    }

    // 自定義的Jwt Token校驗過濾器
    @Bean
    public TokenAuthenticationFilter authenticationTokenFilterBean()  {
        return new TokenAuthenticationFilter();
    }

    /**
     * 加密演算法
     * @return
     */
    @Bean
    public PasswordEncoder getPasswordEncoder(){
        return new BCryptPasswordEncoder();
    }
}

註釋的很詳細了，有不理解的認真看一下。

案例原始碼已經上傳GitHub，關注公眾號：碼猿技術專欄，回覆關鍵詞：9529 獲取！

測試

1、首先測試登入介面，postman訪問http://localhost:2001/securit...，如下：

可以看到，成功返回了兩個token。

2、請求頭不攜帶token，直接請求http://localhost:2001/securit...，如下：

可以看到，直接進入了EntryPointUnauthorizedHandler這個處理器。

3、攜帶token訪問http://localhost:2001/securit...，如下：

成功訪問，token是有效的。

4、重新整理令牌介面測試，攜帶一個過期的令牌訪問如下：

5、重新整理令牌介面測試，攜帶未過期的令牌測試，如下：

可以看到，成功返回了兩個新的令牌。

原始碼追蹤

以上一系列的配置完全是參照UsernamePasswordAuthenticationFilter這個過濾器，這個是web服務表單登入的方式。

Spring Security的原理就是一系列的過濾器組成，登入流程也是一樣，起初在org.springframework.security.web.authentication.AbstractAuthenticationProcessingFilter#doFilter()方法，進行認證匹配，如下：

attemptAuthentication()這個方法主要作用就是獲取客戶端傳遞的username、password，封裝成UsernamePasswordAuthenticationToken交給ProviderManager的進行認證，原始碼如下：

ProviderManager主要流程是呼叫抽象類AbstractUserDetailsAuthenticationProvider#authenticate()方法，如下圖：

retrieveUser()方法就是呼叫userDetailService查詢使用者資訊。然後認證，一旦認證成功或者失敗，則會呼叫對應的失敗、成功處理器進行處理。

總結

Spring Security雖然比較重，但是真的好用，尤其是實現Oauth2.0規範，非常簡單方便。

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最後說一句（別白嫖，求關注）

陳某每一篇文章都是精心輸出，已經寫了3個專欄，整理成PDF，獲取方式如下：

  1. 《Spring Cloud 進階》PDF：關注公號：【碼猿技術專欄】回覆關鍵詞 Spring Cloud 進階 獲取！
  2. 《Spring Boot 進階》PDF：關注公號：【碼猿技術專欄】回覆關鍵詞 Spring Boot進階 獲取！
  3. 《Mybatis 進階》PDF：關注公號：【碼猿技術專欄】回覆關鍵詞 Mybatis 進階 獲取！

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