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Spring Boot 2.X(十八)：整合 Spring Security-登入認證和許可權控制

阿新 • • 發佈：2019-11-26

前言

在企業專案開發中，對系統的安全和許可權控制往往是必需的，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 整合開一個簡單的示例。

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 請求和方法呼叫級別的使用者鑑權和許可權控制。

Web 應用的安全性通常包括兩方面：使用者認證（Authentication）和使用者授權（Authorization）。

使用者認證指的是驗證某個使用者是否為系統合法使用者，也就是說使用者能否訪問該系統。使用者認證一般要求使用者提供使用者名稱和密碼，系統通過校驗使用者名稱和密碼來完成認證。

使用者授權指的是驗證某個使用者是否有許可權執行某個操作。

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。以下是專案啟動時列印的預設安全過濾器鏈（整合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.核心元件

SecurityContextHolder

用於儲存應用程式安全上下文（Spring Context）的詳細資訊，如當前操作的使用者物件資訊、認證狀態、角色許可權資訊等。預設情況下，SecurityContextHolder 會使用 ThreadLocal 來儲存這些資訊，意味著安全上下文始終可用於同一執行執行緒中的方法。

獲取有關當前使用者的資訊

因為身份資訊與執行緒是繫結的，所以可以在程式的任何地方使用靜態方法獲取使用者資訊。例如獲取當前經過身份驗證的使用者的名稱，程式碼如下：

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

其中，getAuthentication() 返回認證資訊，getPrincipal() 返回身份資訊，UserDetails 是對使用者資訊的封裝類。

Authentication

認證資訊介面，集成了 Principal 類。該介面中方法如下：

介面方法 功能說明
getAuthorities() 獲取許可權資訊列表，預設是 GrantedAuthority 介面的一些實現類，通常是代表權限資訊的一系列字串
getCredentials() 獲取使用者提交的密碼憑證，使用者輸入的密碼字元竄，在認證過後通常會被移除，用於保障安全
getDetails() 獲取使用者詳細資訊，用於記錄 ip、sessionid、證書序列號等值
getPrincipal() 獲取使用者身份資訊，大部分情況下返回的是 UserDetails 介面的實現類，是框架中最常用的介面之一

AuthenticationManager

認證管理器，負責驗證。認證成功後，AuthenticationManager 返回一個填充了使用者認證資訊（包括許可權資訊、身份資訊、詳細資訊等，但密碼通常會被移除）的 Authentication 例項。然後再將 Authentication 設定到 SecurityContextHolder 容器中。

AuthenticationManager 介面是認證相關的核心介面，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，存放裡多種認證方式，預設情況下，只需要通過一個 AuthenticationProvider 的認證，就可被認為是登入成功。

UserDetailsService

負責從特定的地方載入使用者資訊，通常是通過JdbcDaoImpl從資料庫載入實現，也可以通過記憶體對映InMemoryDaoImpl實現。

UserDetails

該介面代表了最詳細的使用者資訊。該介面中方法如下：

介面方法 功能說明
getAuthorities() 獲取授予使用者的許可權
getPassword() 獲取使用者正確的密碼，這個密碼在驗證時會和 Authentication 中的 getCredentials() 做比對
getUsername() 獲取用於驗證的使用者名稱
isAccountNonExpired() 指示使用者的帳戶是否已過期，無法驗證過期的使用者
isAccountNonLocked() 指示使用者的賬號是否被鎖定，無法驗證被鎖定的使用者
isCredentialsNonExpired() 指示使用者的憑據（密碼）是否已過期，無法驗證憑證過期的使用者
isEnabled() 指示使用者是否被啟用，無法驗證被禁用的使用者

Spring Security 實戰

1.系統設計

本文主要使用 Spring Security 來實現系統頁面的許可權控制和安全認證，本示例不做詳細的資料增刪改查，sql 可以在完整程式碼裡下載，主要是基於資料庫對頁面 和 ajax 請求做許可權控制。

1.1 技術棧

  • 程式語言：Java
  • 程式設計框架：Spring、Spring MVC、Spring Boot
  • ORM 框架：MyBatis
  • 檢視模板引擎：Thymeleaf
  • 安全框架：Spring Security（5.2.0）
  • 資料庫：MySQL
  • 前端：Layui、JQuery

1.2 功能設計

  1. 實現登入、退出
  2. 實現選單 url 跳轉的許可權控制
  3. 實現按鈕 ajax 請求的許可權控制
  4. 防止跨站請求偽造（CSRF）攻擊

1.3 資料庫層設計

t_user 使用者表

欄位 型別 長度 是否為空 說明
id int 8 否 主鍵，自增長
username varchar 20 否 使用者名稱
password varchar 255 否 密碼

t_role 角色表

欄位 型別 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 選單表

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

t_user_roles 使用者許可權表

欄位 型別 長度 是否為空 說明
id int 8 否 主鍵，自增長
user_id int 8 否 使用者表id
role_id int 8 否 角色表id

t_role_menus 許可權選單表

欄位 型別 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 選單表id

實體類這裡不詳細列了。

2.程式碼實現

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>

        <!-- 熱部署模組 -->
        <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 資料庫驅動. -->
        <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;
    
    /**
     * 靜態資源設定
     */
    @Override
    public void configure(WebSecurity webSecurity) {
        //不攔截靜態資源,所有使用者均可訪問的資源
        webSecurity.ignoring().antMatchers(
                "/",
                "/css/**",
                "/js/**",
                "/images/**",
                "/layui/**"
                );
    }
    /**
     * http請求設定
     */
    @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")//不攔截登入相關方法        
            .permitAll()        
            //.antMatchers("/user").hasRole("ADMIN")  // user介面只有ADMIN角色的可以訪問
//          .anyRequest()
//          .authenticated()// 任何尚未匹配的URL只需要驗證使用者即可訪問
            .anyRequest()
            .access("@rbacPermission.hasPermission(request, authentication)")//根據賬號許可權訪問         
            .and()
            .formLogin()
            .loginPage("/")
            .loginPage("/login")   //登入請求頁
            .loginProcessingUrl("/login")  //登入POST請求路徑
            .usernameParameter("username") //登入使用者名稱引數
            .passwordParameter("password") //登入密碼引數
            .defaultSuccessUrl("/main")   //預設登入成功頁面
            .and()
            .exceptionHandling()
            .accessDeniedHandler(customAccessDeniedHandler) //無許可權處理器
            .and()
            .logout()
            .logoutSuccessUrl("/login?logout");  //退出登入成功URL
            
    }
    /**
     * 自定義獲取使用者資訊介面
     */
    @Override
    public void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        auth.userDetailsService(userDetailsService).passwordEncoder(passwordEncoder());
    }
    
    /**
     * 密碼加密演算法
     * @return
     */
    @Bean
    public BCryptPasswordEncoder passwordEncoder() {
        return new BCryptPasswordEncoder();
 
    }
}

2.2 自定義實現 UserDetails 介面，擴充套件屬性

public class UserEntity implements UserDetails {

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

    private Long id;// 使用者id
    private String username;// 使用者名稱
    private String password;// 密碼
    private List<Role> userRoles;// 使用者許可權集合
    private List<Menu> roleMenus;// 角色選單集合

    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 介面

/**
 * 獲取使用者相關資訊
 * @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 {
        // 根據使用者名稱查詢使用者
        UserEntity user = userDao.getUserByUsername(username);
        System.out.println(user);
        if (user != null) {
            System.out.println("UserDetailsService");
            //根據使用者id獲取使用者角色
            List<Role> roles = roleDao.getUserRoleByUserId(user.getId());
            // 填充許可權
            Collection<SimpleGrantedAuthority> authorities = new HashSet<SimpleGrantedAuthority>();
            for (Role role : roles) {
                authorities.add(new SimpleGrantedAuthority(role.getRoleName()));
            }
            //填充許可權選單
            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 許可權控制

/**
 * RBAC資料模型控制權限
 * @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;
        // 讀取使用者所擁有的許可權選單
        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\":\"沒有許可權\"}";
                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

登入/退出跳轉

/**
 * 登入/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", "使用者名稱或者密碼不正確");
        }
        if (logout != null) {
            mav.addObject("msg", "退出成功");
        }
        mav.setViewName("login");
        return mav;
    }
}

登入成功跳轉

@Controller
public class MainController {

    @GetMapping("/main")
    public ModelAndView toMainPage() {
        //獲取登入的使用者名稱
        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;
    }
    
}

用於不同許可權頁面訪問測試

/**
 * 用於不同許可權頁面訪問測試
 * @author charlie
 *
 */
@Controller
public class ResourceController {

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

用於不同許可權ajax請求測試

/**
 * 用於不同許可權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

登入頁面

<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="使用者名稱" 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">登入</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">公共許可權請求按鈕</button>
<br>
<br>
<button class="layui-btn" id="btnVip">VIP許可權請求按鈕</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 作為管理員許可權，設定了全部的訪問許可權，這裡只展示 user 的測試結果。



完整程式碼

github

碼雲

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原文標題：Spring Boot 2.X(十八)：整合 Spring Security-登入認證和許可權控制

原文地址：https://www.zwqh.top/article/info/27

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