【业务功能篇58】Springboot + Spring Security 权限管理【下篇】

4.2.2.3 SpringSecurity工作流程分析

SpringSecurity的原理其实就是一个过滤器链，内部包含了提供各种功能的过滤器。这里我们可以看看入门案例中的过滤器。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-KjoRRost-1690534711077)(https://fynotefile.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/fynote/fyfile/16657/1643969014457696256/230246543a084d3ba7b4544744d675ba.png)]

图中只展示了核心过滤器，其它的非核心过滤器并没有在图中展示。

UsernamePasswordAuthenticationFilter: 负责处理我们在登陆页面填写了用户名密码后的登陆请求。入门案例的认证工作主要有它负责。
ExceptionTranslationFilter：处理过滤器链中抛出的任何AccessDeniedException和AuthenticationException 。
FilterSecurityInterceptor：负责权限校验的过滤器。

Debug分析

添加断点

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-uLJAGv3t-1690534711078)(https://fynotefile.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/fynote/fyfile/16657/1643969014457696256/048968b78791495e8f0c254b4c6fe239.png)]

获取容器中的Bean

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-t9ZsH3eS-1690534711078)(https://fynotefile.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/fynote/fyfile/16657/1643969014457696256/1fde6f48b31546258ed0c2be6732cc79.png)]

4.2.3 认证

4.2.3.1 什么是认证（Authentication）

通俗地讲就是验证当前用户的身份，证明“你是你自己”（比如：你每天上下班打卡，都需要通过指纹打卡，当你的指纹和系统里录入的指纹相匹配时，就打卡成功）
互联网中的认证
- 用户名密码登录
- 邮箱发送登录链接
- 手机号接收验证码
- 只要你能收到邮箱/验证码，就默认你是账号的主人

4.2.3.2 两种认证方式

1) 基于Session的认证方式

session 认证流程：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Dx7Dhq4K-1690534711078)(https://fynotefile.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/fynote/fyfile/16657/1643969014457696256/21df9b83630744fda76955d1be535e6c.png)]

用户第一次请求服务器的时候，服务器根据用户提交的相关信息，创建对应的 Session
请求返回时将此 Session 的唯一标识 SessionID 返回给浏览器
浏览器接收到服务器返回的 SessionID 后，会将此信息存入到 Cookie 中，同时 Cookie 记录此 SessionID 属于哪个域名
当用户第二次访问服务器的时候，请求会自动把此域名下的 Cookie 信息也发送给服务端，服务端会从 Cookie 中获取 SessionID，再根据 SessionID 查找对应的 Session 信息，如果没有找到说明用户没有登录或者登录失效，如果找到 Session 证明用户已经登录可执行后面操作。

根据以上流程可知，SessionID 是连接 Cookie 和 Session 的一道桥梁，大部分系统也是根据此原理来验证用户登录状态。

session 认证存在的问题

在分布式的环境下，基于session的认证会出现一个问题，每个应用服务都需要在session中存储用户身份信息，通过负载均衡将本地的请求分配到另一个应用服务需要将session信息带过去，否则会重新认证。我们可以使用Session共享、Session黏贴等方案。

2) 基于Token的认证方式

什么是Token? (令牌)

访问资源接口（API）时所需要的资源凭证
简单 token 的组成： uid(用户唯一的身份标识)、time(当前时间的时间戳)、sign（签名，token 的前几位以哈希算法压缩成的一定长度的十六进制字符串）

服务器对 Token 的存储方式：

存到数据库中，每次客户端请求的时候取出来验证（服务端有状态）
存到 redis 中，设置过期时间，每次客户端请求的时候取出来验证（服务端有状态）
不存，每次客户端请求的时候根据之前的生成方法再生成一次来验证（JWT，服务端无状态）

Token特点：

服务端无状态化、可扩展性好
支持移动端设备
安全
支持跨程序调用

token 的身份验证流程：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-5eFgrYtn-1690534711079)(https://fynotefile.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/fynote/fyfile/16657/1643969014457696256/0b87426c52674ce89d238c33fd81aaa6.png)]

客户端使用用户名跟密码请求登录
服务端收到请求，去验证用户名与密码
验证成功后，服务端会签发一个 token 并把这个 token 发送给客户端
客户端收到 token 以后，会把它存储起来，比如放在 cookie 里或者 localStorage 里
客户端每次向服务端请求资源的时候需要带着服务端签发的 token
服务端收到请求，然后去验证客户端请求里面带着的 token ，如果验证成功，就向客户端返回请求的数据

每一次请求都需要携带 token，需要把 token 放到 HTTP 的 Header 里

注意:

登录时 token 不宜保存在 localStorage，被 XSS 攻击时容易泄露。所以比较好的方式是把 token 写在 cookie 里。为了保证 xss 攻击时 cookie 不被获取，还要设置 cookie 的 http-only。这样，我们就能确保 js 读取不到 cookie 的信息了。再加上 https，能让我们的请求更安全一些。

token认证方式的优缺点

优点: 基于token的认证方式，服务端不用存储认证数据，易维护扩展性强，客户端可以把token 存在任意地方，并且可以实现web和app统一认证机制。
缺点: token由于自包含信息，因此一般数据量较大，而且每次请求都需要传递，因此比较占带宽。另外，token的签名验签操作也会给cpu带来额外的处理负担。

3) Token 和 Session 的区别

Session 是一种记录服务器和客户端会话状态的机制，使服务端有状态化，可以记录会话信息。而 Token 是令牌，访问资源接口（API）时所需要的资源凭证。Token 使服务端无状态化，不会存储会话信息。
Session 和 Token 并不矛盾，作为身份认证 Token 安全性比 Session 好，因为每一个请求都有签名还能防止监听以及重复攻击，而 Session 就必须依赖链路层来保障通讯安全了。如果你需要实现有状态的会话，仍然可以增加 Session 来在服务器端保存一些状态。

如果你的用户数据可能需要和第三方共享，或者允许第三方调用 API 接口，用 Token 。如果永远只是自己的网站，自己的 App，用什么就无所谓了。

4.2.3.3 JWT (JSON Web Token)

(1) JWT简介

什么是JWT

JWT是一种基于 Token 的****认证授权机制.
JWT （JSON Web Token）是目前最流行的跨域认证解决方案，是一种基于 Token 的认证授权机制。从 JWT 的全称可以看出，JWT 本身也是 Token，一种规范化之后的 JSON 结构的 Token。

JWT有什么用

JWT最常见的场景就是授权认证,用户登录之后,后续的每个请求都将包含JWT, 系统在每次处理用户请求之前,都要先进行JWT的安全校验,通过校验之后才能进行接下来的操作.

JWT认证方式

JWT通过数字签名的方式,以JSON对象为载体,在用户和服务器之间传递安全可靠的信息.

首先，前端通过Web表单将自己的用户名和密码发送到后端的接口。这一过程一般是一个HTTP POST请求。建议的方式是通过SSL加密的传输（https协议），从而避免敏感信息被嗅探。
后端核对用户名和密码成功后，将用户的id等其他信息作为JWT Payload（负载），将其与头部分别进行Base64编码拼接后签名，形成一个JWT(Token)。形成的JWT就是一个形同lll.zzz.xxx的字符串。 token head.payload.singurater
后端将JWT字符串作为登录成功的返回结果返回给前端。前端可以将返回的结果保存在localStorage或sessionStorage上，退出登录时前端删除保存的JWT即可。
前端在每次请求时将JWT放入HTTP Header中的Authorization位。(解决XSS和XSRF问题) HEADER
后端检查是否存在，如存在验证JWT的有效性。例如，检查签名是否正确；检查Token是否过期；检查Token的接收方是否是自己（可选）。
验证通过后后端使用JWT中包含的用户信息进行其他逻辑操作，返回相应结果。

(2) JWT的组成部分

头部（Header）

描述 JWT 的元数据，定义了生成签名的算法以及 Token 的类型。

 {"typ":"JWT","alg":"HS256"}
 
 //typ（Type）：令牌类型，也就是 JWT。
 //alg（Algorithm） ：签名算法，比如 HS256。

JWT签名算法中，一般有两个选择，一个采用HS256,另外一个就是采用RS256

进行BASE64编码https://base64.us/，编码后的字符串如下：eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9

载荷（payload）

载荷就是存放有效信息的地方。这个名字像是特指飞机上承载的货品，这些有效信息包含三个部分

 {"sub":"1234567890","name":"John Doe","admin":true}

将上面的JSON数据进行base64编码，得到Jwt第二部分: eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9

字段说明,下面的字段都是由 JWT的标准所定义的

 iss: jwt签发者
 sub: jwt所面向的用户
 aud: 接收jwt的一方
 exp: jwt的过期时间，这个过期时间必须要大于签发时间
 nbf: 定义在什么时间之前，该jwt都是不可用的.
 iat: jwt的签发时间
 jti: jwt的唯一身份标识，主要用来作为一次性token。

签名（signature）

服务器通过 Payload、Header 和一个密钥(Secret) 使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256）生成。

Signature 部分是对前两部分的签名，作用是防止 Token（主要是 payload）被篡改。

这个签名的生成需要用到：

Header + Payload。
存放在服务端的密钥(一定不要泄露出去)。
签名算法。

例如，如果要使用HMAC SHA256算法，则将通过以下方式创建签名：

 String encodeString = base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload);
 String secret = HMACSHA256(encodeString,secret);

签名用于验证消息在此过程中没有更改，并且对于使用私钥进行签名的令牌，它还可以验证JWT的发送者是它所说的真实身份。

注意：secret是保存在服务器端的，jwt的签发生成也是在服务器端的，secret就是用来进行jwt的签发和jwt的验证，所以，它就是你服务端的私钥，在任何场景都不应该流露出去。一旦客户端得知这个secret, 那就意味着客户端是可以自我签发jwt了。

(3) 签名的目的

最后一步签名的过程，实际上是对头部以及载荷内容进行签名。

一般而言，加密算法对于不同的输入产生的输出总是不一样的。对于两个不同的输入，产生同样的输出的概率极其地小（有可能比我成世界首富的概率还小）。所以，我们就把“不一样的输入产生不一样的输出”当做必然事件来看待吧。

所以，如果有人对头部以及载荷的内容解码之后进行修改，再进行编码的话，那么新的头部和载荷的签名和之前的签名就将是不一样的。而且，如果不知道服务器加密的时候用的密钥的话，得出来的签名也一定会是不一样的。

服务器应用在接受到JWT后，会首先对头部和载荷的内容用同一算法再次签名。那么服务器应用是怎么知道我们用的是哪一种算法呢？别忘了，我们在JWT的头部中已经用 alg字段指明了我们的加密算法了。

如果服务器应用对头部和载荷再次以同样方法签名之后发现，自己计算出来的签名和接受到的签名不一样，那么就说明这个Token的内容被别人动过的，我们应该拒绝这个Token，返回一个HTTP 401 Unauthorized响应。

(4) JWT与Token的区别

Token 和 JWT (JSON Web Token) 都是用来在客户端和服务器之间传递身份验证信息的一种方式。但是它们之间有一些区别。

Token 是一个通用术词，可以指代任何用来表示身份的字符串。它可以是任何形式的字符串，并不一定是 JWT。
JWT 是一种特殊的 Token，它是一个 JSON 对象，被编码成字符串并使用秘密密钥进行签名。JWT 可以用来在身份提供者和服务提供者之间安全地传递身份信息，因为它可以被加密，并且只有拥有秘密密钥的方能解密。

总的来说，JWT 是一种特殊的 Token，它具有更强的安全性和可靠性。

(5) JWT的优势

简洁(Compact): 可以通过URL，POST参数或者在HTTP header发送，因为数据量小，传输速度也很快
自包含(Self-contained)：负载中包含了所有用户所需要的信息，避免了多次查询数据库
因为Token是以JSON加密的形式保存在客户端的，所以JWT是跨语言的，原则上任何web形式都支持。
不需要在服务端保存会话信息，特别适用于分布式微服务。

4.2.3.4 JJWT签发与验证token

使用jjwt实现jwt的签发和解析获取payload中的数据.

JJWT是一个提供端到端的JWT创建和验证的Java库。永远免费和开源(Apache License，版本2.0)。

官方文档：https://github.com/jwtk/jjwt

(1) 引入依赖

 <!--jwt依赖-->
 <dependency>
     <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
     <artifactId>jjwt</artifactId>
     <version>0.9.1</version>
 </dependency>

(2) 创建 Token

 @SpringBootTest
 class SpringsecurityExampleApplicationTests {
 
     @Test
     void contextLoads() {
     }
 
     @Test
     public void testJJWT(){
 
         JwtBuilder builder = Jwts.builder()
                 .setId("9527")  //设置唯一ID
                 .setSubject("hejiayun_community")   //设置主体
                 .setIssuedAt(new Date())    //设置签约时间
                 .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, "mashibing");//设置签名 使用HS256算法,并设置SecretKey
 
         //压缩成String形式,签名的JWT称为JWS
         String jws = builder.compact();
         System.out.println(jws);
         
         /**
          * eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.
          * eyJqdGkiOiI5NTI3Iiwic3ViIjoiaGVqaWF5dW5fY29tbXVuaXR5IiwiaWF0IjoxNjgxMTM1ODY2fQ.
          * ybkDJLVj1Fsi8m3agyxtyd0wxv7lHDqCWNOLN-eOxC8
          */
     }
 
 }

运行打印结果：

 eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.
 eyJqdGkiOiI5NTI3Iiwic3ViIjoiaGVqaWF5dW5fY29tbXVuaXR5IiwiaWF0IjoxNjgxMTM1ODY2fQ.
 ybkDJLVj1Fsi8m3agyxtyd0wxv7lHDqCWNOLN-eOxC

(3) 解析Token

我们刚才已经创建了token ，在web应用中这个操作是由服务端进行然后发给客户端，客户端在下次向服务端发送请求时需要携带这个token（这就好像是拿着一张门票一样），那服务端接到这个token 应该解析出token中的信息（例如用户id）,根据这些信息查询数据库返回相应的结果。

解析JJWS的方法如下：

使用该 Jwts.parser()方法创建 JwtParserBuilder实例。
setSigningKey() 与builder中签名方法signWith()对应，parser中的此方法拥有与signWith()方法相同的三种参数形式，用于设置JWT的签名key，用户后面对JWT进行解析。
最后，parseClaimsJws(String)用您的jws调用该方法，生成原始的JWS。
如果解析或签名验证失败，则整个调用将包装在try / catch块中。

 @Test
 public void parserJWT(){
 
     String JWS = "eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9." +
         "eyJqdGkiOiI5NTI3Iiwic3ViIjoiaGVqaWF5dW5fY29tbXVuaXR5IiwiaWF0IjoxNjgxMTM1ODY2fQ." +
         "ybkDJLVj1Fsi8m3agyxtyd0wxv7lHDqCWNOLN-eOxC8";
 
     //claims = 载荷 (payload)
 
     try {
         Claims claims = Jwts.parser().setSigningKey("mashibing")
             .parseClaimsJws(JWS)
             .getBody();
         System.out.println(claims);
     } catch (Exception e) {
         System.out.println("Token验证失败! !");
         e.printStackTrace();
     }
 }

运行打印结果：

 {jti=9527, sub=hejiayun_community, iat=1681135866}
 iat: jwt的签发时间
 jti: jwt的唯一身份标识，主要用来作为一次性token。
 sub: jwt所面向的用户

(4) 设置过期时间

有很多时候，我们并不希望签发的token是永久生效的，所以我们可以为token添加一个过期时间。

创建token 并设置过期时间

     @Test
     public void testJJWT2(){
 
         long currentTimeMillis = System.currentTimeMillis();
         Date expTime = new Date(currentTimeMillis);
 
         JwtBuilder builder = Jwts.builder()
                 .setId("9527")  //设置唯一ID
                 .setSubject("hejiayun_community")   //设置主体
                 .setIssuedAt(new Date())    //设置签约时间
                 .setExpiration(expTime)     //设置过期时间
                 .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, "mashibing");//设置签名 使用HS256算法,并设置SecretKey
 
         //压缩成String形式,签名的JWT称为JWS
         String jws = builder.compact();
         System.out.println(jws);
 
         /**
          * eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.
          * eyJqdGkiOiI5NTI3Iiwic3ViIjoiaGVqaWF5dW5fY29tbXVuaXR5IiwiaWF0IjoxNjgxMTM3MjI0LCJleHAiOjE2ODExMzcyMjR9.
          * evc01MRxLjpbksbMLdVPM9sJGYGhpC3UYOfm4-0sMGE  
          */
     }

解析TOKEN

 打印效果： 异常信息: JWT签名与本地计算的签名不匹配。JWT有效性不能断言，也不应该被信任
 
 Token验证失败! !
 io.jsonwebtoken.MalformedJwtException: JWT strings must contain exactly 2 period characters. Found:

(5) 自定义claims

我们刚才的例子只是存储了id和subject两个信息，如果你想存储更多的信息（例如角色）可以定义自定义claims。

创建测试类，并设置测试方法：

     @Test
     public void testJJWT3(){
 
         long currentTimeMillis = System.currentTimeMillis()+100000000L;
         Date expTime = new Date(currentTimeMillis);
 
         JwtBuilder builder = Jwts.builder()
                 .setId("9527")  //设置唯一ID
                 .setSubject("hejiayun_community")   //设置主体
                 .setIssuedAt(new Date())    //设置签约时间
                 .setExpiration(expTime)     //设置过期时间
                 .claim("roles","admin")       //设置角色
                 .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, "mashibing");//设置签名 使用HS256算法,并设置SecretKey
 
         //压缩成String形式,签名的JWT称为JWS
         String jws = builder.compact();
         System.out.println(jws);
 
         /**
          * eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.
          * eyJqdGkiOiI5NTI3Iiwic3ViIjoiaGVqaWF5dW5fY29tbXVuaXR5IiwiaWF0IjoxNjgxMTM3MjI0LCJleHAiOjE2ODExMzcyMjR9.
          * evc01MRxLjpbksbMLdVPM9sJGYGhpC3UYOfm4-0sMGE
          */
     }

解析TOKEN,打印结果

 {jti=9527, sub=hejiayun_community, iat=1681137464, exp=1681237464, roles=admin}