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# Spring Security
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## Spring Security简介
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Spring Security作为一个安全框架，向使用者提供了用户认证、授权、常规攻击保护等功能。
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## Spring Security自动配置
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默认情况下，在引入Spring Security的启动器依赖之后，Spring Boot自动配置会做如下工作：
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- 启用Spring Security的默认配置，创建一个的bean对象，bean对象名称为“springSecurityFilterChain”，bean对象类型为SecurityFilterChain，实现了Filter。该bean对象为负责应用中所有与安全相关的操作（例如验证提交的username和password，保护应用的url等）
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- 创建一个UserDetailsService的bean对象，并且产生一个为”user“的username和一个随机产生的password，随机产生的password会输出在console日志中
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- 将名为springSecurityFilterChain的bean对象注册到servlet容器中，用来对每个servlet请求进行处理
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> Spring Security会通过Spring Security会通过BCtypt（Hash解密算法）来对密码的存储进行保护
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## Spring Security结构
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### DelegatingFilterProxy
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Spring提供了Filter的一个实现类DelegatingFilterProxy，其将Servlet容器的生命周期和Spring的ApplicationContext连接在一起。
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***DelegatingFilterProxy会通过标准的servlet容器机制被注册，但是将所有工作都委托给Spring容器中实现了Filter的bean对象***。
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> DelegatingFilterProxy会在ApplicationContext中查找实现了Filter的bean对象，并且调用该bean对象的doFilter方法
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> ```java
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> public void doFilter(ServletRequest request,
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> ServletResponse response, FilterChain chain) {
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> // Lazily get Filter that was registered as a Spring Bean
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> // For the example in DelegatingFilterProxy delegate is an instance of Bean Filter0
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> Filter delegate = getFilterBean(someBeanName);
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> // delegate work to the Spring Bean
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> delegate.doFilter(request, response);
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> }
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> ```
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### FilterChainProxy
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Spring Security支持FilterChainProxy，FilterChainProxy是一个由Spring Security提供的特殊Filter，FilterChainProxy通过SecurityFilterChain允许向多个Filters委托工作。
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***FilterChainProxy是一个bean对象，通过被包含在DelegatingFilterProxy中。***
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### SecurityFilterChain
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SecurityFilterChain通常被FilterChainProxy使用，用来决定在该次请求中调用那些Spring Security Filters。
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### SecurityFilters
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Security Filters通过SecurityFilterChain API被插入到FilterChainProxy中。
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### 处理Security异常
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ExceptionTranslationFilter将认证异常和权限异常翻译为http response。
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> ExceptionTranslationFilter被插入到FilterChainProxy中，作为SecurityFilterChain中的一个。
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> 如果应用程序没有抛出AccessDeniedException或AuthenticationException，那么ExceptionTranslationFilter并不会做任何事情。
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```java
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// ExceptionTranslationFilter的伪代码
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try {
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filterChain.doFilter(request, response);
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} catch (AccessDeniedException | AuthenticationException ex) {
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if (!authenticated || ex instanceof AuthenticationException) {
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startAuthentication();
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} else {
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accessDenied();
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}
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}
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```
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## Spring Security身份认证的结构
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### SecurityContextHolder
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Spring Security身份认证的核心模型，SecurityContextHolder包含有SecurityContext。
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> Spring Security将被认证用户的详细信息（details）存储在SecurityContextHolder中。Spring Security不在乎该SecurityContextHolder是如何被填充的，只要该SecurityContextHolder有值，那么其将会被用作当前已经被认证的用户。
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> ***将用户标识为已认证的最简单的方法是为该用户设置SecurityContextHolder。***
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```java
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// 设置SecurityContextHolder
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SecurityContext context = SecurityContextHolder.createEmptyContext();
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Authentication authentication =
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new TestingAuthenticationToken("username", "password", "ROLE_USER");
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context.setAuthentication(authentication);
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SecurityContextHolder.setContext(context);
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```
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默认情况下，SecurityContextHolder通过ThreadLocal来存储SecurityContext，故而SecurityContext对于位于同一线程之下的方法来说都可以访问。
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> 使用ThreadLocal来存储SecurityContext是相当安全的，如果想要在该已认证主体的请求被处理完成之后清除SecurityContext，Spring Security中的FilterChainProxy会保证该SecurityContext被清除。
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### SecurityContext
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SecurityContext从SecurityContextHolder中获得，SecurityContext中含有Authentication对象。
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### Authentication
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Authentication在Spring Security中具有两个目的：
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- 作为AuthenticationManager的输入，用于提供待认证用户的认证凭证。当用于该场景下时，isAuthenticated()方法返回值应该为false
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- 代表当前已经认证过的用户。当前的Authentication可以从SecurityContext中获取，而默认情况下SecurityContext是存储在ThreadLocal中的
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Authentication含有如下部分：
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- 主体（principal）：用于标识用户，当通过username/password进行认证时，其通常是UserDetails类的实例
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- 凭据（credentials）：通常是password，在许多场景下凭据会在用户认证成功之后被清空，为了保证凭据不会被泄露
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- 权限（authorities）：该GrantedAuthority集合是用户被授予的高层次许可。许可通常是用户角色或者作用域范围。
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### GrantedAuthority
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GrantedAuthority是用户被授予的高层次许可，譬如用户角色或者作用域范围。
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GrantedAuthority可以通过Authentication.getAuthorities()方法来获得，该方法会返回一个GrantedAuthentication的集合。每个GrantedAuthentication都是一项被授予该用户的权限。
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### AuthenticationManager
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AuthenticationManager的API定义了Security Filters如何来执行身份认证。对于身份认证返回的Authentication，会被调用AuthenticationManager的controller设置到SecurityContextHolder中。
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> AuthenticationManager的实现可以是任何类，但是最通用的实现仍然是ProviderManager
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### ProviderManager
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ProviderManager是AuthenticationManager的最通用实现。ProviderManager将工作委托给一系列AuthenticationProvider。
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> 对于每个ProviderManager，都可以决定将该认证标识为成功、失败，或者将认证工作委托给下游AuthenticationProvider。
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> 如果所有的AuthenticationProvider都没有将该认证标识为成功或者失败，那么整个认证流程失败，并且抛出ProviderNotFoundException异常。
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> ProviderNotFoundException是一个特殊的AuthenticationException，该异常代表对传入Authentication的类型并没有配置该类型的ProviderManager
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> 在实践中，每个AuthenticationProvider知道如何处理一种特定类型的Authentication
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默认情况下，ProviderManager在认证请求成功后会尝试清除返回的Authentication对象中任何敏感的凭据信息，这将会保证password等敏感信息保存时间尽可能地短，减少泄露的风险。
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### AuthenticationProvider
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复数个AuthenticationProvider可以被注入到ProviderManager中，每个AuthenticationProvider可以负责一种专门类型的认证，例如DaoAuthenticationProvider负责username/password认证，JwtAuthenticationProvider负责jwt token的认证。
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### AuthenticationEntryPoint
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AuthenticationEntryPoint用来发送一个Http Response，用来向客户端请求认证凭据。
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某些情况下，客户端在请求资源时会主动在请求中包含凭据，如username/password等。在这种情况下，服务端并不需要再专门发送Http Response来向客户端请求认证凭据。
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> AuthenticationEntryPoint用来向客户端请求认证凭据，AuthenticationEntryPoint的实现可能会执行一个从定向操作，将请求重定向到一个登录页面用于获取凭据，并且返回一个WWW-Authentication Header。
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### AbstractAuthenticationProcessingFilter
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该类作为base filter用来对用户的凭据进行认证。再凭据被认证之前，Spring Security通常会通过AuthenticationEntryPoint向客户端请求认证凭据。
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之后，AbstractAuthenticationProcessingFilter会对提交的任何认证请求进行认证。
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#### 认证流程
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1. 当用户提交认证凭据之后，AbstractAuthenticationProcesingFilter会根据HttpServletRequest对象创建一个Authentication对象用于认证，该Authentication的类型取决于AbstractAuthenticationProcessingFilter的子类类型。例如，UsernamePasswordAuthenticationFilter会通过提交request中的username和password创建UsernamePasswordAuthenticationToken。
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2. 然后将构建产生的Authentication对象传入到AuthenticationManager中，进行认证
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3. 如果认证失败，那么会失败，SecurityContextHolder会被清空，RememberMeService.logFail方法将会被调用，AuthenticationFailureHandler也会被调用
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4. 如果认证成功，那么SessionAuthenticationStrategy将会收到登录的通知
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5. 该Authentication对象再认证成功之后将会被设置到SecurityContextHolder中
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6. RemeberMeService.logSuccess将会被调用
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7. ApplicationEventPublisher发布InteractiveAuthenticationSuccessEvent.
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8. AuthenticationSuccessHandler被调用
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## 用户名/密码认证
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### Form Login
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Spring Security为以表单形式提供的用户名和密码认证提供支持。
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#### 用户被重定向到登录页面的过程
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1. 用户发送了一个没有经过身份认证的请求到指定资源，并且待请求的资源对该用户来说是未授权的
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2. Spring Security中FilterSecurityInterceptor抛出AccessDeniedException，代表该未授权的请求被拒绝
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3. 因为该用户没有经过认证，故而ExceptionTransactionFilter发起了开始认证的过程，并且使用配置好的AuthenticationEntryPoint向登录页面发起了重定向。在大多数情况下AuthenticationEntryPoint都是LoginUrlAuthenticationEntryPoint
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4. 浏览器接下来会请求重定向到的登陆页面
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当用户名和密码提交后，UsernamePasswordAuthenticationFilter会对username和password进行认证。UsernamePasswordAuthenticationFilter继承了AbstractAuthenticationProcessingFilter。
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#### 认证用户名和密码过程
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1. 当用户提交了其用户名和密码之后，UsernamePasswordAuthenticationFilter会创建一个UsernamePasswordAuthenticationToken
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2. 创建的UsernamePasswordAuthenticationToken会传入AuthenticationManager中进行认证
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3. 如果认证失败，那么SecurityContextHolder会被清除，RememberMeService.logFailure和AuthenticationFailureHandler会被调用
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4. 如果认证成功，那么SessionAuthenticationStrategy将会收到登录的通知，RemeberMeService.logSuccess和AuthenticationSuccessHandler会被调用，ApplicationEventPublisher发布InteractiveAuthenticationSuccessEvent
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Spring Security Form Login默认情况下是开启的，但是，一旦任何基于servlet的配置被提供，那么基于表单的login也必须要显式指定。
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```java
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// 显式指定form login的配置
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@Bean
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public SecurityFilterChain filterChain(HttpSecurity http) {
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http
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.formLogin(withDefaults());
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// ...
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}
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```
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如果想要自定义login form page，可以使用如下配置
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```java
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public SecurityFilterChain filterChain(HttpSecurity http) {
|
||
http
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.formLogin(form -> form
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.loginPage("/login")
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.permitAll()
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);
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// ...
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||
}
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```
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### 基本Authentication
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#### 基本Authentication的认证流程
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1. 用户向私有资源发送未认证请求，其中对私有资源的访问并没有被授权
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2. SpringSecurity的FilterSecurityInterceptor表明该未认证的请求被拒绝访问，抛出AccessDeniedException
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3. 由于该请求没有经过身份认证，故而ExceptionTranslationFilter启动身份认证，被配置好的AuthenticationEntryPoint是一个BasicAuthenticationEntryPoint类的实例，该实例会发送WWW-Authentication的header。RequestCache通常是一个NullRequestCache，不会保存任何的http request请求，因为客户端能够重新发送其原来发送过的请求。
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4. 当客户端获取到WWW-Authentication的header，客户端会知道其接下来会通过username和password重新尝试，重新发送http请求。
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默认情况下，basic authentication是被开启的。但是，如果有任何基于基于servlet的配置被提供，那么必须通过如下方式显式开启basic authentication。
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```java
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@Bean
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public SecurityFilterChain filterChain(HttpSecurity http) {
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||
http
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// ...
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.httpBasic(withDefaults());
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return http.build();
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}
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```
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### Digest Authentication(摘要认证，***不安全***)
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在目前，不应该在现代应用程序中使用Digest Authentication，因为使用摘要认证时必须将password通过纯文本、加密或MD5的格式存储（MD5已经被证实不安全）。相对的，应该使用单向的密码散列（如bCrypt, PBKDF2, SCrypt）来存储认证凭证，但是这些都不被Digest Authentication所支持。
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> 摘要认证主要用来解决Basic Authentication中存在的问题，摘要认证确保了认证凭证在网络上不会以明文的方式传输。
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> 如果想要使用非https的方式并且最大限度的加强认证过程，那么可以考虑使用Digest Authentication。
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#### 摘要认证中的随机数
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摘要认证中的核心是随机数，该随机数的值由服务端产生，Spring Security中随机数次啊用如下格式：
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```txt
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base64(expirationTime + ":" + md5Hex(expirationTime + ":" + key))
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expirationTime: The date and time when the nonce expires, expressed in milliseconds
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||
key: A private key to prevent modification of the nonce token
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```
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需要为存储不安全的密码文本配置使用NoOpPasswordEncoder。可以通过如下方式来配置Digest Authentication。
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```java
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@Autowired
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UserDetailsService userDetailsService;
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DigestAuthenticationEntryPoint entryPoint() {
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DigestAuthenticationEntryPoint result = new DigestAuthenticationEntryPoint();
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result.setRealmName("My App Relam");
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result.setKey("3028472b-da34-4501-bfd8-a355c42bdf92");
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}
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DigestAuthenticationFilter digestAuthenticationFilter() {
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||
DigestAuthenticationFilter result = new DigestAuthenticationFilter();
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result.setUserDetailsService(userDetailsService);
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result.setAuthenticationEntryPoint(entryPoint());
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||
}
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@Bean
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public SecurityFilterChain filterChain(HttpSecurity http) throws Exception {
|
||
http
|
||
// ...
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.exceptionHandling(e -> e.authenticationEntryPoint(authenticationEntryPoint()))
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||
.addFilterBefore(digestFilter());
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return http.build();
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||
}
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```
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## 密码存储方式
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### 内存中存储密码
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Spring Security中InMemoryUserDetailsManager实现了UserDetailsService，用于向基于存储在内存中的密码认证提供支持。
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InMemoryUserDetailsManager通过实现UserDetailsManager接口来提供对UserDetails的管理。基于UserDetails的认证主要用来接受基于用户名/密码的认证。
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InMemoryUserDetailsManager可以通过如下方式进行配置：
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```java
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@Bean
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public UserDetailsService users() {
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UserDetails user = User.builder()
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.username("user")
|
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.password("{bcrypt}$2a$10$GRLdNijSQMUvl/au9ofL.eDwmoohzzS7.rmNSJZ.0FxO/BTk76klW")
|
||
.roles("USER")
|
||
.build();
|
||
UserDetails admin = User.builder()
|
||
.username("admin")
|
||
.password("{bcrypt}$2a$10$GRLdNijSQMUvl/au9ofL.eDwmoohzzS7.rmNSJZ.0FxO/BTk76klW")
|
||
.roles("USER", "ADMIN")
|
||
.build();
|
||
return new InMemoryUserDetailsManager(user, admin);
|
||
}
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```
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#### 内存中存储密码时使用defaultPasswordEncoder
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***通过defaultPasswordEncoder来指定密码编码器时，无法防止通过反编译字节码来获取密码的攻击。***
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```java
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@Bean
|
||
public UserDetailsService users() {
|
||
// The builder will ensure the passwords are encoded before saving in memory
|
||
UserBuilder users = User.withDefaultPasswordEncoder();
|
||
UserDetails user = users
|
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.username("user")
|
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.password("password")
|
||
.roles("USER")
|
||
.build();
|
||
UserDetails admin = users
|
||
.username("admin")
|
||
.password("password")
|
||
.roles("USER", "ADMIN")
|
||
.build();
|
||
return new InMemoryUserDetailsManager(user, admin);
|
||
}
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||
```
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### JDBC Authentication
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Spring Security的JdbcDaoImpl实现了UserDetailsService来基于username/password的认证提供从jdbc获取密码的支持。JdbcUserDetailsManager继承了JdbcDaoImpl来通过DetailsManager的接口提供对UserDetails的管理。
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Spring Security为基于jdbc的认证提供了默认的查询语句。
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#### User Schema
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JdbcDaoImpl需要数据表来导入密码、账户状态和用户的一系列权限。JdbcDaoImpl默认需要的schema如下：
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```sql
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# 创建用户表和权限表，并且将用户表和权限表之间用外键关联
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||
# 用户表需要提供username、password、用户状态
|
||
# 权限表需要提供用户名和权限名称
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||
create table users(
|
||
username varchar_ignorecase(50) not null primary key,
|
||
password varchar_ignorecase(500) not null,
|
||
enabled boolean not null
|
||
);
|
||
|
||
create table authorities (
|
||
username varchar_ignorecase(50) not null,
|
||
authority varchar_ignorecase(50) not null,
|
||
constraint fk_authorities_users foreign key(username) references users(username)
|
||
);
|
||
create unique index ix_auth_username on authorities (username,authority);
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```
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#### Group Schema
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如果你的程序中使用了Group，那么还额外需要一张group的表，默认如下：
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```sql
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# 如果要为group配置权限，需要引入三张表，group表，权限表和group_member表
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||
create table groups (
|
||
id bigint auto_increment primary key,
|
||
group_name varchar_ignorecase(50) not null
|
||
);
|
||
|
||
create table group_authorities (
|
||
group_id bigint not null,
|
||
authority varchar(50) not null,
|
||
constraint fk_group_authorities_group foreign key(group_id) references groups(id)
|
||
);
|
||
|
||
create table group_members (
|
||
id bigint auto_increment primary key,
|
||
username varchar(50) not null,
|
||
group_id bigint not null,
|
||
constraint fk_group_members_group foreign key(group_id) references groups(id)
|
||
);
|
||
```
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||
#### 配置Datasource
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||
```java
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||
// 生产环境时，应该通过对外部数据库的连接来建立数据源
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||
@Bean
|
||
DataSource dataSource() {
|
||
return new EmbeddedDatabaseBuilder()
|
||
.setType(H2)
|
||
.addScript(JdbcDaoImpl.DEFAULT_USER_SCHEMA_DDL_LOCATION)
|
||
.build();
|
||
}
|
||
```
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||
#### 创建JdbcUserDetailsManager Bean对象
|
||
```java
|
||
@Bean
|
||
UserDetailsManager users(DataSource dataSource) {
|
||
UserDetails user = User.builder()
|
||
.username("user")
|
||
.password("{bcrypt}$2a$10$GRLdNijSQMUvl/au9ofL.eDwmoohzzS7.rmNSJZ.0FxO/BTk76klW")
|
||
.roles("USER")
|
||
.build();
|
||
UserDetails admin = User.builder()
|
||
.username("admin")
|
||
.password("{bcrypt}$2a$10$GRLdNijSQMUvl/au9ofL.eDwmoohzzS7.rmNSJZ.0FxO/BTk76klW")
|
||
.roles("USER", "ADMIN")
|
||
.build();
|
||
JdbcUserDetailsManager users = new JdbcUserDetailsManager(dataSource);
|
||
users.createUser(user);
|
||
users.createUser(admin);
|
||
return users;
|
||
}
|
||
```
|
||
|