Spring Boot 2.X(十八)：集成 Spring Security-登錄認證和權限控制

Posted on 2020-01-092020-01-09 by admin

前言

在企業項目開發中，對系統的安全和權限控制往往是必需的，常見的安全框架有 Spring Security、Apache Shiro 等。本文主要簡單介紹一下 Spring Security，再通過 Spring Boot 集成開一個簡單的示例。

Spring Security

什麼是 Spring Security？

Spring Security 是一種基於 Spring AOP 和 Servlet 過濾器 Filter 的安全框架，它提供了全面的安全解決方案，提供在 Web 請求和方法調用級別的用戶鑒權和權限控制。

Web 應用的安全性通常包括兩方面：用戶認證（Authentication）和用戶授權（Authorization）。

用戶認證指的是驗證某個用戶是否為系統合法用戶，也就是說用戶能否訪問該系統。用戶認證一般要求用戶提供用戶名和密碼，系統通過校驗用戶名和密碼來完成認證。

用戶授權指的是驗證某個用戶是否有權限執行某個操作。

2.原理

Spring Security 功能的實現主要是靠一系列的過濾器鏈相互配合來完成的。以下是項目啟動時打印的默認安全過濾器鏈（集成5.2.0）：

[
    org.springframework.security.web.context.request.async.WebAsyncManagerIntegrationFilter@5054e546,
    org.springframework.security.web.context.SecurityContextPersistenceFilter@7b0c69a6,
    org.springframework.security.web.header.HeaderWriterFilter@4fefa770,
    org.springframework.security.web.csrf.CsrfFilter@6346aba8,
    org.springframework.security.web.authentication.logout.LogoutFilter@677ac054,
    org.springframework.security.web.authentication.UsernamePasswordAuthenticationFilter@51430781,
    org.springframework.security.web.savedrequest.RequestCacheAwareFilter@4203d678,
    org.springframework.security.web.servletapi.SecurityContextHolderAwareRequestFilter@625e20e6,
    org.springframework.security.web.authentication.AnonymousAuthenticationFilter@19628fc2,
    org.springframework.security.web.session.SessionManagementFilter@471f8a70,
    org.springframework.security.web.access.ExceptionTranslationFilter@3e1eb569,
    org.springframework.security.web.access.intercept.FilterSecurityInterceptor@3089ab62
]

WebAsyncManagerIntegrationFilter
SecurityContextPersistenceFilter
HeaderWriterFilter
CsrfFilter
LogoutFilter
UsernamePasswordAuthenticationFilter
RequestCacheAwareFilter
SecurityContextHolderAwareRequestFilter
AnonymousAuthenticationFilter
SessionManagementFilter
ExceptionTranslationFilter
FilterSecurityInterceptor

詳細解讀可以參考：https://blog.csdn.net/dushiwodecuo/article/details/78913113

3.核心組件

SecurityContextHolder

用於存儲應用程序安全上下文（Spring Context）的詳細信息，如當前操作的用戶對象信息、認證狀態、角色權限信息等。默認情況下，SecurityContextHolder 會使用 ThreadLocal 來存儲這些信息，意味着安全上下文始終可用於同一執行線程中的方法。

獲取有關當前用戶的信息

因為身份信息與線程是綁定的，所以可以在程序的任何地方使用靜態方法獲取用戶信息。例如獲取當前經過身份驗證的用戶的名稱，代碼如下：

Object principal = SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication().getPrincipal();
if (principal instanceof UserDetails) {
    String username = ((UserDetails)principal).getUsername();
} else {
    String username = principal.toString();
}

其中，getAuthentication() 返回認證信息，getPrincipal() 返回身份信息，UserDetails 是對用戶信息的封裝類。

Authentication

認證信息接口，集成了 Principal 類。該接口中方法如下：

接口方法	功能說明
getAuthorities()	獲取權限信息列表，默認是 `GrantedAuthority` 接口的一些實現類，通常是代表權限信息的一系列字符串
getCredentials()	獲取用戶提交的密碼憑證，用戶輸入的密碼字符竄，在認證過後通常會被移除，用於保障安全
getDetails()	獲取用戶詳細信息，用於記錄 ip、sessionid、證書序列號等值
getPrincipal()	獲取用戶身份信息，大部分情況下返回的是 `UserDetails` 接口的實現類，是框架中最常用的接口之一

AuthenticationManager

認證管理器，負責驗證。認證成功后，AuthenticationManager 返回一個填充了用戶認證信息（包括權限信息、身份信息、詳細信息等，但密碼通常會被移除）的 Authentication 實例。然後再將 Authentication 設置到 SecurityContextHolder 容器中。

AuthenticationManager 接口是認證相關的核心接口，也是發起認證的入口。但它一般不直接認證，其常用實現類 ProviderManager 內部會維護一個 List<AuthenticationProvider> 列表，存放里多種認證方式，默認情況下，只需要通過一個 AuthenticationProvider 的認證，就可被認為是登錄成功。

UserDetailsService

負責從特定的地方加載用戶信息，通常是通過JdbcDaoImpl從數據庫加載實現，也可以通過內存映射InMemoryDaoImpl實現。

UserDetails

該接口代表了最詳細的用戶信息。該接口中方法如下：

接口方法	功能說明
getAuthorities()	獲取授予用戶的權限
getPassword()	獲取用戶正確的密碼，這個密碼在驗證時會和 `Authentication` 中的 `getCredentials()` 做比對
getUsername()	獲取用於驗證的用戶名
isAccountNonExpired()	指示用戶的帳戶是否已過期，無法驗證過期的用戶
isAccountNonLocked()	指示用戶的賬號是否被鎖定，無法驗證被鎖定的用戶
isCredentialsNonExpired()	指示用戶的憑據（密碼）是否已過期，無法驗證憑證過期的用戶
isEnabled()	指示用戶是否被啟用，無法驗證被禁用的用戶

Spring Security 實戰

1.系統設計

本文主要使用 Spring Security 來實現系統頁面的權限控制和安全認證，本示例不做詳細的數據增刪改查，sql 可以在完整代碼里下載，主要是基於數據庫對頁面和 ajax 請求做權限控制。

1.1 技術棧

編程語言：Java
編程框架：Spring、Spring MVC、Spring Boot
ORM 框架：MyBatis
視圖模板引擎：Thymeleaf
安全框架：Spring Security（5.2.0）
數據庫：MySQL
前端：Layui、JQuery

1.2 功能設計

實現登錄、退出
實現菜單 url 跳轉的權限控制
實現按鈕 ajax 請求的權限控制
防止跨站請求偽造（CSRF）攻擊

1.3 數據庫層設計

t_user 用戶表

字段	類型	長度	是否為空	說明
id	int	8	否	主鍵，自增長
username	varchar	20	否	用戶名
password	varchar	255	否	密碼

t_role 角色表

字段	類型	長度	是否為空	說明
id	int	8	否	主鍵，自增長
role_name	varchar	20	否	角色名稱

t_menu 菜單表

字段	類型	長度	是否為空	說明
id	int	8	否	主鍵，自增長
menu_name	varchar	20	否	菜單名稱
menu_url	varchar	50	是	菜單url（Controller 請求路徑）

t_user_roles 用戶權限表

字段	類型	長度	是否為空	說明
id	int	8	否	主鍵，自增長
user_id	int	8	否	用戶表id
role_id	int	8	否	角色表id

t_role_menus 權限菜單表

字段	類型	長度	是否為空	說明
id	int	8	否	主鍵，自增長
role_id	int	8	否	角色表id
menu_id	int	8	否	菜單表id

實體類這裏不詳細列了。

2.代碼實現

2.0 相關依賴

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

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
            <exclusions>
                <exclusion>
                    <groupId>org.junit.vintage</groupId>
                    <artifactId>junit-vintage-engine</artifactId>
                </exclusion>
            </exclusions>
        </dependency>
        
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-jdbc</artifactId>
        </dependency>

        <!-- 熱部署模塊 -->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-devtools</artifactId>
            <optional>true</optional> <!-- 這個需要為 true 熱部署才有效 -->
        </dependency>
        
            <!-- mysql 數據庫驅動. -->
        <dependency>
            <groupId>mysql</groupId>
            <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
            <scope>runtime</scope>
        </dependency>

        <!-- mybaits -->
        <dependency>
            <groupId>org.mybatis.spring.boot</groupId>
            <artifactId>mybatis-spring-boot-starter</artifactId>
            <version>2.1.0</version>
        </dependency>
        
        <!-- thymeleaf -->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-thymeleaf</artifactId>
        </dependency>
        
        <!-- alibaba fastjson -->
        <dependency>
            <groupId>com.alibaba</groupId>
            <artifactId>fastjson</artifactId>
            <version>1.2.47</version>
        </dependency>
        <!-- spring security -->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
        </dependency>
    </dependencies>

2.1 繼承 WebSecurityConfigurerAdapter 自定義 Spring Security 配置

/**
prePostEnabled :決定Spring Security的前註解是否可用 [@PreAuthorize,@PostAuthorize,..]
secureEnabled : 決定是否Spring Security的保障註解 [@Secured] 是否可用
jsr250Enabled ：決定 JSR-250 annotations 註解[@RolesAllowed..] 是否可用.
 */
@Configurable
@EnableWebSecurity
//開啟 Spring Security 方法級安全註解 @EnableGlobalMethodSecurity
@EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled = true,securedEnabled = true,jsr250Enabled = true)
public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter{

    @Autowired
    private CustomAccessDeniedHandler customAccessDeniedHandler;
    @Autowired
    private UserDetailsService userDetailsService;
    
    /**
     * 靜態資源設置
     */
    @Override
    public void configure(WebSecurity webSecurity) {
        //不攔截靜態資源,所有用戶均可訪問的資源
        webSecurity.ignoring().antMatchers(
                "/",
                "/css/**",
                "/js/**",
                "/images/**",
                "/layui/**"
                );
    }
    /**
     * http請求設置
     */
    @Override
    public void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        //http.csrf().disable(); //註釋就是使用 csrf 功能       
        http.headers().frameOptions().disable();//解決 in a frame because it set 'X-Frame-Options' to 'DENY' 問題           
        //http.anonymous().disable();
        http.authorizeRequests()
            .antMatchers("/login/**","/initUserData","/main")//不攔截登錄相關方法        
            .permitAll()        
            //.antMatchers("/user").hasRole("ADMIN")  // user接口只有ADMIN角色的可以訪問
//          .anyRequest()
//          .authenticated()// 任何尚未匹配的URL只需要驗證用戶即可訪問
            .anyRequest()
            .access("@rbacPermission.hasPermission(request, authentication)")//根據賬號權限訪問         
            .and()
            .formLogin()
            .loginPage("/")
            .loginPage("/login")   //登錄請求頁
            .loginProcessingUrl("/login")  //登錄POST請求路徑
            .usernameParameter("username") //登錄用戶名參數
            .passwordParameter("password") //登錄密碼參數
            .defaultSuccessUrl("/main")   //默認登錄成功頁面
            .and()
            .exceptionHandling()
            .accessDeniedHandler(customAccessDeniedHandler) //無權限處理器
            .and()
            .logout()
            .logoutSuccessUrl("/login?logout");  //退出登錄成功URL
            
    }
    /**
     * 自定義獲取用戶信息接口
     */
    @Override
    public void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        auth.userDetailsService(userDetailsService).passwordEncoder(passwordEncoder());
    }
    
    /**
     * 密碼加密算法
     * @return
     */
    @Bean
    public BCryptPasswordEncoder passwordEncoder() {
        return new BCryptPasswordEncoder();
 
    }
}

2.2 自定義實現 UserDetails 接口，擴展屬性

public class UserEntity implements UserDetails {

    /**
     * 
     */
    private static final long serialVersionUID = -9005214545793249372L;

    private Long id;// 用戶id
    private String username;// 用戶名
    private String password;// 密碼
    private List<Role> userRoles;// 用戶權限集合
    private List<Menu> roleMenus;// 角色菜單集合

    private Collection<? extends GrantedAuthority> authorities;
    public UserEntity() {
        
    }
    
    public UserEntity(String username, String password, Collection<? extends GrantedAuthority> authorities,
            List<Menu> roleMenus) {
        this.username = username;
        this.password = password;
        this.authorities = authorities;
        this.roleMenus = roleMenus;
    }

    public Long getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Long id) {
        this.id = id;
    }

    public String getUsername() {
        return username;
    }

    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }

    public String getPassword() {
        return password;
    }

    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }

    public List<Role> getUserRoles() {
        return userRoles;
    }

    public void setUserRoles(List<Role> userRoles) {
        this.userRoles = userRoles;
    }

    public List<Menu> getRoleMenus() {
        return roleMenus;
    }

    public void setRoleMenus(List<Menu> roleMenus) {
        this.roleMenus = roleMenus;
    }

    @Override
    public Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities() {
        return this.authorities;
    }

    @Override
    public boolean isAccountNonExpired() {
        return true;
    }

    @Override
    public boolean isAccountNonLocked() {
        return true;
    }

    @Override
    public boolean isCredentialsNonExpired() {
        return true;
    }

    @Override
    public boolean isEnabled() {
        return true;
    }

}

2.3 自定義實現 UserDetailsService 接口

/**
 * 獲取用戶相關信息
 * @author charlie
 *
 */
@Service
public class UserDetailServiceImpl implements UserDetailsService {
    private Logger log = LoggerFactory.getLogger(UserDetailServiceImpl.class);

    @Autowired
    private UserDao userDao;

    @Autowired
    private RoleDao roleDao;
    @Autowired
    private MenuDao menuDao;

    @Override
    public UserEntity loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException {
        // 根據用戶名查找用戶
        UserEntity user = userDao.getUserByUsername(username);
        System.out.println(user);
        if (user != null) {
            System.out.println("UserDetailsService");
            //根據用戶id獲取用戶角色
            List<Role> roles = roleDao.getUserRoleByUserId(user.getId());
            // 填充權限
            Collection<SimpleGrantedAuthority> authorities = new HashSet<SimpleGrantedAuthority>();
            for (Role role : roles) {
                authorities.add(new SimpleGrantedAuthority(role.getRoleName()));
            }
            //填充權限菜單
            List<Menu> menus=menuDao.getRoleMenuByRoles(roles);
            return new UserEntity(username,user.getPassword(),authorities,menus);
        } else {
            System.out.println(username +" not found");
            throw new UsernameNotFoundException(username +" not found");
        }       
    }

}

2.4 自定義實現 URL 權限控制

/**
 * RBAC數據模型控制權限
 * @author charlie
 *
 */
@Component("rbacPermission")
public class RbacPermission{

    private AntPathMatcher antPathMatcher = new AntPathMatcher();

    public boolean hasPermission(HttpServletRequest request, Authentication authentication) {
        Object principal = authentication.getPrincipal();
        boolean hasPermission = false;
        // 讀取用戶所擁有的權限菜單
        List<Menu> menus = ((UserEntity) principal).getRoleMenus();
        System.out.println(menus.size());
        for (Menu menu : menus) {
            if (antPathMatcher.match(menu.getMenuUrl(), request.getRequestURI())) {
                hasPermission = true;
                break;
            }
        }
        return hasPermission;
    }
}

2.5 實現 AccessDeniedHandler

自定義處理無權請求

/**
 * 處理無權請求
 * @author charlie
 *
 */
@Component
public class CustomAccessDeniedHandler implements AccessDeniedHandler {

    private Logger log = LoggerFactory.getLogger(CustomAccessDeniedHandler.class);

    @Override
    public void handle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response,
            AccessDeniedException accessDeniedException) throws IOException, ServletException {
        boolean isAjax = ControllerTools.isAjaxRequest(request);
        System.out.println("CustomAccessDeniedHandler handle");
        if (!response.isCommitted()) {
            if (isAjax) {
                String msg = accessDeniedException.getMessage();
                log.info("accessDeniedException.message:" + msg);
                String accessDenyMsg = "{\"code\":\"403\",\"msg\":\"沒有權限\"}";
                ControllerTools.print(response, accessDenyMsg);
            } else {
                request.setAttribute(WebAttributes.ACCESS_DENIED_403, accessDeniedException);
                response.setStatus(HttpStatus.FORBIDDEN.value());
                RequestDispatcher dispatcher = request.getRequestDispatcher("/403");
                dispatcher.forward(request, response);
            }
        }

    }

    public static class ControllerTools {
        public static boolean isAjaxRequest(HttpServletRequest request) {
            return "XMLHttpRequest".equals(request.getHeader("X-Requested-With"));
        }

        public static void print(HttpServletResponse response, String msg) throws IOException {
            response.setCharacterEncoding("UTF-8");
            response.setContentType("application/json; charset=utf-8");
            PrintWriter writer = response.getWriter();
            writer.write(msg);
            writer.flush();
            writer.close();
        }
    }

}

2.6 相關 Controller

登錄/退出跳轉

/**
 * 登錄/退出跳轉
 * @author charlie
 *
 */
@Controller
public class LoginController {
    @GetMapping("/login")
    public ModelAndView login(@RequestParam(value = "error", required = false) String error,
            @RequestParam(value = "logout", required = false) String logout) {
        ModelAndView mav = new ModelAndView();
        if (error != null) {
            mav.addObject("error", "用戶名或者密碼不正確");
        }
        if (logout != null) {
            mav.addObject("msg", "退出成功");
        }
        mav.setViewName("login");
        return mav;
    }
}

登錄成功跳轉

@Controller
public class MainController {

    @GetMapping("/main")
    public ModelAndView toMainPage() {
        //獲取登錄的用戶名
        Object principal= SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication().getPrincipal();
        String username=null;
        if(principal instanceof UserDetails) {
            username=((UserDetails)principal).getUsername();
        }else {
            username=principal.toString();
        }
        ModelAndView mav = new ModelAndView();
        mav.setViewName("main");
        mav.addObject("username", username);
        return mav;
    }
    
}

用於不同權限頁面訪問測試

/**
 * 用於不同權限頁面訪問測試
 * @author charlie
 *
 */
@Controller
public class ResourceController {

    @GetMapping("/publicResource")
    public String toPublicResource() {
        return "resource/public";
    }
    
    @GetMapping("/vipResource")
    public String toVipResource() {
        return "resource/vip";
    }
}

用於不同權限ajax請求測試

/**
 * 用於不同權限ajax請求測試
 * @author charlie
 *
 */
@RestController
@RequestMapping("/test")
public class HttptestController {

    @PostMapping("/public")
    public JSONObject doPublicHandler(Long id) {
        JSONObject json = new JSONObject();
        json.put("code", 200);
        json.put("msg", "請求成功" + id);
        return json;
    }

    @PostMapping("/vip")
    public JSONObject doVipHandler(Long id) {
        JSONObject json = new JSONObject();
        json.put("code", 200);
        json.put("msg", "請求成功" + id);
        return json;
    }
}

2.7 相關 html 頁面

登錄頁面

<form class="layui-form" action="/login" method="post">
            <div class="layui-input-inline">
                <input type="hidden" th:name="${_csrf.parameterName}" th:value="${_csrf.token}"/>
                <input type="text" name="username" required
                    placeholder="用戶名" autocomplete="off" class="layui-input">
            </div>
            <div class="layui-input-inline">
                <input type="password" name="password" required  placeholder="密碼" autocomplete="off"
                    class="layui-input">
            </div>
            <div class="layui-input-inline login-btn">
                <button id="btnLogin" lay-submit lay-filter="*" class="layui-btn">登錄</button>
            </div>
            <div class="form-message">
                <label th:text="${error}"></label>
                <label th:text="${msg}"></label>
            </div>
        </form>

防止跨站請求偽造（CSRF）攻擊

退出系統

<form id="logoutForm" action="/logout" method="post"
                                style="display: none;">
                                <input type="hidden" th:name="${_csrf.parameterName}"
                                    th:value="${_csrf.token}">
                            </form>
                            <a
                                href="javascript:document.getElementById('logoutForm').submit();">退出系統</a>

ajax 請求頁面

<input type="hidden" th:name="${_csrf.parameterName}" th:value="${_csrf.token}" id="hidCSRF">
<button class="layui-btn" id="btnPublic">公共權限請求按鈕</button>
<br>
<br>
<button class="layui-btn" id="btnVip">VIP權限請求按鈕</button>
<script type="text/javascript" th:src="@{/js/jquery-1.8.3.min.js}"></script>
<script type="text/javascript" th:src="@{/layui/layui.js}"></script>
<script type="text/javascript">
        layui.use('form', function() {
            var form = layui.form;
            $("#btnPublic").click(function(){
                $.ajax({
                    url:"/test/public",
                    type:"POST",
                    data:{id:1},
                    beforeSend:function(xhr){
                        xhr.setRequestHeader('X-CSRF-TOKEN',$("#hidCSRF").val());   
                    },
                    success:function(res){
                        alert(res.code+":"+res.msg);
                
                    }   
                });
            });
            $("#btnVip").click(function(){
                $.ajax({
                    url:"/test/vip",
                    type:"POST",
                    data:{id:2},
                    beforeSend:function(xhr){
                        xhr.setRequestHeader('X-CSRF-TOKEN',$("#hidCSRF").val());   
                    },
                    success:function(res){
                        alert(res.code+":"+res.msg);
                        
                    }
                });
            });
        });
    </script>

2.8 測試

測試提供兩個賬號：user 和 admin （密碼與賬號一樣）

由於 admin 作為管理員權限，設置了全部的訪問權限，這裏只展示 user 的測試結果。

完整代碼

非特殊說明，本文版權歸所有，轉載請註明出處.

原文標題：Spring Boot 2.X(十八)：集成 Spring Security-登錄認證和權限控制

原文地址：

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