第一章 初识 Spring Security

第一章 初识 Spring Security

1、权限管理

权限管理

• 基本上涉及到用户参与的系统都要进行权限管理，权限管理属于系统安全的范畴，权限管理实现了对用户访问系统的控制，按照安全规则或者安全策略控制用户可以访问而且只能访问自己被授权的资源。
• 权限管理包括用户身份认证和授权两部分，简称认证授权。对于访问控制的资源用户首先需要经过身份认证，认证通过后用户具有该资源的访问权限方可访问。

认证

身份认证，就是判断一个用户是否为合法用户的处理过程。最常用的简单身份认证方式是系统通过核对用户输入的用户名和口令，看其是否与系统中存储的该用户的用户名和口令一致，来判断用户身份是否正确。对于采用指纹等系统，则出示指纹；对于硬件Key等刷卡系统，则需要刷卡。

授权

授权，即访问控制，控制谁能访问哪些资源。用户进行身份认证后需要分配权限方可访问系统的资源，对于某些资源如果没有权限那么该用户是无法访问的。

行业解决方案

和其他领域不同，在 Java 企业级开发中，安全管理框架非常少，目前比较常见的就是：

1. Shiro

Shiro 本身是一个老牌的安全管理框架，有着众多的优点，例如轻量、简单、易于集成、可以在 JavaSE 环境中使用等。不过，在微服务时代，Shiro 就显得力不从心了，它在微服务面前和扩展方面，无法充分展示自己的优势。

1. 开发者自定义

也有很多公司选择自定义权限，即自己开发权限管理。但是一个系统的安全，不仅仅是登录和权限控制这么简单，我们还要考虑各种各样可能存在的网络政击以及防御策略，从这个角度来说，开发者自己实现安全管理也并非是一件容易的事情，只有大公司才有足够的人力物力去支持这件事情。

1. Spring Security

Spring Security，作为 Spring 家族的一员，在和 Spring 家族的其他成员如 Spring Boot、Spring Clond 等进行整合时，具有其他框架无可比拟的优势，同时对 OAuth2 有着良好的支持，再加上 Spring Cloud 对 Spring Security 的不断加持（如推出 Spring Cloud Security )，让 Spring Securiy 不知不觉中成为微服务项目的首选安全管理方案。

简介

官方定义

• https://spring.io/projects/spring-security

Spring Security 是一个功能强大、可高度定制的身份验证和访问控制的框架。它是保护基于 Spring 应用程序的事实标准。

Spring Security 是一个面向 Java 应用程序提供身份验证和安全性的框架。与所有 Spring 项目一样，Spring Security 的真正威力在于它可以轻松地扩展以满足定制需求。

历史

Spring Security 最早叫 Acegi Security， 这个名称并不是说它和 Spring 就没有关系，它依然是为 Spring 框架提供安全支持的。Acegi Security 基于 Spring，可以帮助我们为项目建立丰富的角色与权限管理系统。Acegi Security 虽然好用，但是最为让人诟病的则是它臃肿繁琐的配置这一问题最终也遗传给了 Spring Security。

Acegi Security 最终被并入 Spring Security 项目中，并于 2008 年4月发布了改名后的第一个版本 Spring Security 2.0.0，到目前为止，Spring Security 的最新版本己经到了 5.6.1。和 Shiro 相比，Spring Security 重量级并且配置繁琐，直至今天，依然有人以此为理由而拒绝了解 Spring Security。其实，自从 Spring Boot 推出后，就彻底颠覆了传统了 JavaEE 开发，自动化配置让许多事情变得非常容易，包括 Spring Security 的配置。在一个 Spring Boot 项目中，我们甚至只需要引入一个依赖，不需要任何额外配置，项目中的所有接口就会被自动保护起来了。在 Spring Cloud中，很多涉及安全管理的问题，也是一个 Spring Security 依赖两行配置就能搞定，在和 Spring 家族的产品一起使用时，Spring Security 的优势就非常明显了。

因此，在微服务时代，我们不需要纠结要不要学习 Spring Security，我们要考虑的是如何快速掌握 Spring Security， 并且能够使用 Spring Security 实现我们微服务的安全管理。

整体架构

在 Spring Security 的架构设计中，认证 和 授权 是分开的，无论使用什么样的认证方式。都不会影响授权，这是两个独立的存在，这种独立带来的好处之一，就是可以非常方便地整合一些外部的解决方案。

认证

1、AuthenticationManager

在 Spring Security 中认证是由 AuthenticationManager 接口来负责的，接口定义为：

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

• 返回 Authentication 表示认证成功
• 返回 AuthenticationException 异常，表示认证失败。

AuthenticationManager 主要实现类为 ProviderManager，在 ProviderManager 中管理了众多 AuthenticationProvider 实例。在一次完整的认证流程中，Spring Security 允许存在多个 AuthenticationProvider ，用来实现多种认证方式，这些 AuthenticationProvider 都是由 ProviderManager 进行统一管理的。

2、Authentication

认证以及认证成功的信息主要是由 Authentication 的实现类进行保存的，其接口定义为：

public interface Authentication extends Principal, Serializable {Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();Object getCredentials();Object getDetails();Object getPrincipal();boolean isAuthenticated();void setAuthenticated(boolean isAuthenticated) throws IllegalArgumentException;
}

• getAuthorities：获取用户权限信息
• getCredentials：获取用户凭证信息，一般指密码
• getDetails：获取用户详细信息
• getPrincipal：获取用户身份信息，用户名、用户对象等
• isAuthenticated：用户是否认证成功

3、SecurityContextHolder

SecurityContextHolder 用来获取登录之后的用户信息。Spring Security 会将登录用户数据保存在 Session 中。但是为了使用方便，Spring Security 在此基础上还做了一些改进，其中最主要的一个变化就是线程绑定。当用户登录成功之后，Spring Security 会将登录成功的用户信息保存到 SecurityContextHolder 中。

SecurityContextHolder 中的数据保存默认是通过 ThreadLocal 来实现的，使用 ThreadLocal 创建的变量只能被当前线程访问，不能被其他线程访问和修改，也就是将用户数据和请求线程绑定在一起。当登录请求处理完毕后，Spring Security 会将 SecurityContextHolder 中的数据拿出来保存到 Session 中，同时将 SecurityContexHolder 中的数据清空。以后每当有请求到来时，Spring Security 就会先从 Session 中取出用户登录数据，保存到 SecurityContextHolder 中，方便在该请求的后续处理过程中使用，同时在请求结束时将 SecurityContextHolder 中的数据拿出来保存到 Session 中，然后将 Security SecurityContextHolder 中的数据清空。这一策略非常方便用户在 Controller、Service 层以及任何代码中获取当前登录用户数据。

授权

当完成认证后，接下来就是授权了。在 Spring Security 的授权体系中，有两个关键接口：

1、AccessDecisionManager

AccessDecisionManager（访问决策管理器），用来决定此次访问是否被允许。

2、AccessDecisionVoter

AccessDecisionVoter（访问决定投票器），投票器会检查用户是否具备应有的角色，进而投出赞成、反对或者弃权票。

AccessDecisionVoter 和 AccessDecisionManager 都有众多的实现类，在 AccessDecisionManager 中会挨个遍历 AccessDecisionVoter，进而决定是否允许用户访问，因而 AccessDecisionVoter 和 AccessDecisionManager 两者的关系类似于 AuthenticationProvider 和 ProviderManager 的关系。

3、ConfigAttribute

ConfigAttribute，用来保存授权时的角色信息。

在 Spring Security 中，用户请求一个资源（通常是一个接口或者是一个 Java 方法）需要的角色会被封装成一个 ConfigAttribute 对象，在 ConfigAttribute 中只有一个 getAttribute 方法，该方法返回一个 String 字符串，就是角色的名称。一般来说，角色名称都带有一个 ROLE_ 前缀，投票器 AccessDecisionVoter 所做的事情，其实就是比较用户所具备的角色和请求某个资源所需要的 ConfigAttribute 之间的关系。

2、环境搭建

• Spring Boot
• Spring Security
  • 认证：判断用户是否是系统合法用户的过程
  • 授权：判断系统内的用户可以访问或具有访问哪些资源的权限的过程

整合 Spring Security

1、创建 Spring Boot 应用

2、引入 Spring Security 相关依赖

<!--引入spring security依赖-->
<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
</dependency>

3、创建 Controller

@RestController
public class HelloController {@RequestMapping("/hello")public String hello() {System.out.println("hello security");return "hello spring security";}}

4、启动项目

• 启动完成后在控制台会生成一个密码
• 访问 /hello 发现直接跳转到登录页面

5、登录系统

- 默认用户名为: user
- 默认密码为:  控制台打印的uuid

这就是 Spring Security 的强大之处，只需要引入一个依赖，所有的接口就会被自动保护起来！

思考🤔?

• 为什么引入 Spring Security 之后没有任何配置所有请求就要认证呢?
• 在项目中明明没有登录界面，登录界面怎么来的呢？
• 为什么使用 user 和 控制台密码 就能完成登陆，登录时验证数据源存在哪里呢？

实现原理

https://docs.spring.io/spring-security/site/docs/5.5.4/reference/html5/#servlet-architecture

虽然开发者只需要引入一个依赖，就可以让 Spring Security 对应用进行保护。那么 Spring Security 又是如何做到的呢？

在 Spring Security 中 认证、授权 等功能都是基于过滤器完成的。

需要注意的是，默认过滤器并不是直接放在 Web 项目的原生过滤器链中，而是通过一个 FlterChainProxy 来统一管理。Spring Security 中的过滤器链通过 FilterChainProxy 嵌入到 Web 项目的原生过滤器链中。FilterChainProxy 作为一个顶层的管理者，将统一管理 Security Filter。FilterChainProxy 本身是通过 Spring 框架提供的 DelegatingFilterProxy 整合到原生的过滤器链中。

Security Filters

那么在 Spring Security 中默认给我们提供了哪些过滤器呢 ? 哪些过滤器会被加载呢 ?

以下是 Spring Security Filter 排序的完整列表：

过滤器	过滤器作用	默认是否加载
ChannelProcessingFilter	过滤请求协议 HTTP 、HTTPS	NO
WebAsyncManagerIntegrationFilter	将 WebAsyncManger 与 SpringSecurity 上下文进行集成	YES
SecurityContextPersistenceFilter	在处理请求之前,将安全信息加载到 SecurityContextHolder 中	YES
HeaderWriterFilter	处理头信息加入到响应中	YES
CorsFilter	处理跨域问题	NO
CsrfFilter	处理 CSRF 攻击	YES
LogoutFilter	处理注销登录	YES
OAuth2AuthorizationRequestRedirectFilter	处理 OAuth2 认证重定向	NO
Saml2WebSsoAuthenticationRequestFilter	处理 SAML 认证	NO
X509AuthenticationFilter	处理 X509 认证	NO
AbstractPreAuthenticatedProcessingFilter	处理预认证问题	NO
CasAuthenticationFilter	处理 CAS 单点登录	NO
OAuth2LoginAuthenticationFilter	处理 OAuth2 认证	NO
Saml2WebSsoAuthenticationFilter	处理 SAML 认证	NO
UsernamePasswordAuthenticationFilter	处理表单登录	YES
OpenIDAuthenticationFilter	处理 OpenID 认证	NO
DefaultLoginPageGeneratingFilter	配置默认登录页面	YES
DefaultLogoutPageGeneratingFilter	配置默认注销页面	YES
ConcurrentSessionFilter	处理 Session 有效期	NO
DigestAuthenticationFilter	处理 HTTP 摘要认证	NO
BearerTokenAuthenticationFilter	处理 OAuth2 认证的 Access Token	NO
BasicAuthenticationFilter	处理 HttpBasic 登录	YES
RequestCacheAwareFilter	处理请求缓存	YES
SecurityContextHolder AwareRequestFilter	包装原始请求	YES
JaasApiIntegrationFilter	处理 JAAS 认证	NO
RememberMeAuthenticationFilter	处理 RememberMe 登录	NO
AnonymousAuthenticationFilter	配置匿名认证	YES
OAuth2AuthorizationCodeGrantFilter	处理OAuth2认证中授权码	NO
SessionManagementFilter	处理 session 并发问题	YES
ExceptionTranslationFilter	处理认证/授权中的异常	YES
FilterSecurityInterceptor	处理授权相关	YES
SwitchUserFilter	处理账户切换	NO

可以看出，Spring Security 提供了 30 多个过滤器。默认情况下 Spring Boot 在对 Spring Security 进入自动化配置时，会创建一个名为 SpringSecurityFilerChain 的过滤器，并注入到 Spring 容器中，这个过滤器将负责所有的安全管理，包括用户认证、授权、重定向到登录页面等。具体可以参考 WebSecurityConfiguration 的源码：

SpringBootWebSecurityConfiguration

这个类是 Spring Boot 的自动配置类，通过这个源码得知，默认情况下对所有请求进行权限控制：

@Configuration(proxyBeanMethods = false)
// 什么时候使用默认的Spring Security呢？点击这个类看看
@ConditionalOnDefaultWebSecurity
@ConditionalOnWebApplication(type = Type.SERVLET)
class SpringBootWebSecurityConfiguration {@Bean@Order(SecurityProperties.BASIC_AUTH_ORDER)// HttpSecurity：这里先当做Http请求SecurityFilterChain defaultSecurityFilterChain(HttpSecurity http) throws Exception {// 默认对所有的Http请求都需要认证之后才能进行访问http.authorizeRequests().anyRequest().authenticated().and().formLogin().and().httpBasic();return http.build();}}

这也就是为什么在引入 Spring Security 中没有任何配置得情况下，请求会被拦截的原因！

通过上面对自动配置的分析，我们也能看出默认生效的条件为：

• 条件一：ClassPath 中存在 SecurityFilterChain.class、HttpSecurity.class
• 条件二：在 Spring 容器中没有找到 WebSecurityConfigurerAdapter.class、SecurityFilterChain.class 对应的 Bean 对象
  • 修改配置，用 WebSecurityConfigurerAdapter
  • 扩展 Filter，用 SecurityFilterChain

默认情况下，这两个条件都是满足的。WebSecurityConfigurerAdapter 这个类极其重要，Spring Security 的核心配置都在这个类中：

如果要对 Spring Security 进行自定义配置，就要自定义这个类实例，通过覆盖类中的方法以达到修改默认配置的目的。

流程分析

1、请求 /hello 接口，在引入 Spring Security 之后会先经过一些过滤器。

2、在请求到达 FilterSecurityInterceptor时，发现请求并未认证。请求拦截下来，并抛出 AccessDeniedException 异常。

3、抛出 AccessDeniedException 的异常会被 ExceptionTranslationFilter 捕获，这个 Filter 中会调用 LoginUrlAuthenticationEntryPoint#commence 方法给客户端返回 302，要求客户端进行重定向到 /login 页面。

4、客户端发送 /login 请求。

5、/login 请求会再次被拦截器中的 DefaultLoginPageGeneratingFilter 拦截到，并在拦截器中返回生成的登录页面。

通过这种方式，Spring Security 默认过滤器中生成了登录页面，并返回！

默认用户生成

1、查看 SpringBootWebSecurityConfiguration#defaultSecurityFilterChain 方法进行表单登录

2、处理登录为 FormLoginConfigurer 类，在里面调用了 UsernamePasswordAuthenticationFilter 这个类实例

3、查看类中的 UsernamePasswordAuthenticationFilter#attempAuthentication 方法，得知实际调用的是 AuthenticationManager 类中的 authenticate 方法

4、调用 ProviderManager 类中的 authenticate 方法

5、调用了 ProviderManager 的实现类 AbstractUserDetailsAuthenticationProvider 类中的 authenticate 方法

6、最终调用实现类 DaoAuthenticationProvider 中的方法作比较

看到这里就能发现默认是基于 InMemoryUserDetailsManager 这个类实现的，也就是基于内存的实现！

UserDetailService

通过源码分析也能得知 UserDetailService 是顶层父接口，接口中的 loadUserByUserName 方法是用来在认证时进行用户名认证的，默认是基于内存实现的；如果想要修改成基于数据库实现我们只需要自定义 UserDetailService 实现类，最终返回 UserDetails 实例即可。

UserDetailsServiceAutoConfiguration

这个源码非常多，这里梳理了关键部分：

@Configuration(proxyBeanMethods = false)
@ConditionalOnClass(AuthenticationManager.class)
@ConditionalOnBean(ObjectPostProcessor.class)
@ConditionalOnMissingBean(value = { AuthenticationManager.class, AuthenticationProvider.class, UserDetailsService.class,AuthenticationManagerResolver.class },type = { "org.springframework.security.oauth2.jwt.JwtDecoder","org.springframework.security.oauth2.server.resource.introspection.OpaqueTokenIntrospector","org.springframework.security.oauth2.client.registration.ClientRegistrationRepository" })
public class UserDetailsServiceAutoConfiguration {//....@Bean@Lazypublic InMemoryUserDetailsManager inMemoryUserDetailsManager(SecurityProperties properties,ObjectProvider<PasswordEncoder> passwordEncoder) {SecurityProperties.User user = properties.getUser();List<String> roles = user.getRoles();return new InMemoryUserDetailsManager(User.withUsername(user.getName()).password(getOrDeducePassword(user, passwordEncoder.getIfAvailable())).roles(StringUtils.toStringArray(roles)).build());}//...
}

条件一：从自动配置源码中得知当 ClassPath 下存在 AuthenticationManager 类

条件二：当前项目中，系统没有提供 AuthenticationManager.class、 AuthenticationProvider.class、UserDetailsService.class、 AuthenticationManagerResolver.class 对应的 Bean 对象

这两个条件默认情况下都会满足，此时 Spring Security 会提供一个 InMemoryUserDetailManager 实例：

@ConfigurationProperties(prefix = "spring.security")
public class SecurityProperties {private final User user = new User();public User getUser() {return this.user;}//....public static class User {private String name = "user";private String password = UUID.randomUUID().toString();private List<String> roles = new ArrayList<>();private boolean passwordGenerated = true;//get set ...}}

这就是默认生成 user 以及 uuid 密码的过程！另外看明白源码之后，就知道只要在配置文件中加入以下配置就可以对内存中的用户名和密码进行覆盖。

总结

AuthenticationManager、ProviderManger、以及 AuthenticationProvider 的关系

WebSecurityConfigurerAdapter：扩展 Spring Security 的所有默认配置

UserDetailService：用来修改默认认证的数据源信息