详解最简单易懂的Spring Security 身份认证流程讲解

最简单易懂的spring security 身份认证流程讲解

导言

相信大伙对spring security这个框架又爱又恨，爱它的强大，恨它的繁琐，其实这是一个误区，spring security确实非常繁琐，繁琐到让人生厌。讨厌也木有办法呀，作为javaee的工程师们还是要面对的，在开始之前，先打一下比方（比方好可怜）：

spring security 就像一个行政服务中心，如果我们去里面办事，可以办啥事呢？可以小到咨询简单问题、查询社保信息，也可以户籍登记、补办身份证，同样也可以大到企业事项、各种复杂的资质办理。但是我们并不需要跑一次行政服务中心，就挨个把业务全部办理一遍，现实中没有这样的人吧。

啥意思呢，就是说选择您需要的服务（功能），无视那些不需要的，等有需要的时候再了解不迟。这也是给众多工程师们的一个建议，特别是体系异常庞大的java系，别动不动就精通，撸遍源码之类的，真没啥意义，我大脑的存储比较小，人生苦短，没必要。

回到正题！本文会以一种比较轻松的方式展开，不会是堆代码。

关于身份认证

web 身份认证是一个后端工程师永远无法避开的领域，身份认证authentication，和授权authorization是不同的，authentication指的是用户身份的认证，并不介入这个用户能够做什么，不能够做什么，仅仅是确认存在这个用户而已。而authorization授权是建立的认证的基础上的，存在这个用户了，再来约定这个用户能补能够做一件事，这点大家要区分开。本文讲的是authentication的故事，并不会关注权限。

热热身，让我们来温习一下身份认证的方式演变：

先是最著名的入门留言板程序，相信很多做后端的工程师都做过留言板，那是一个基本没有框架的阶段，回想一下是怎么认证的。表单输入用户名密码submit，然后后端取到数据数据库查询，查不到的话无情地抛出一个异常，哦，密码错了；查到了，愉快的将用户id和相关信息加密写入到session标识中存起来，响应写入cookie，后续的请求都解密后验证就行了，对吧。是的，身认证真可以简单到仅仅是匹配session标识而已。令人沮丧的是现代互联网的发展早已经过了 web2.0 的时代，客户端的出现让身份认证更加复杂。我们继续

随着移动端的崛起，android和ios占据主导，同样是用户登录认证，取到用户信息，正准备按图索骥写入session回写cookie的时候，等等！啥？android不支持cookie？这听起来不科学是吧，有点反人类是吧，有点手足无措是吧。

嘿嘿，聪明的人儿也许想到了办法，嗯，android客户端不是有本地存储吗？把回传的数据存起来不就行了吗？又要抱歉了，android本地存储并没有浏览器cookie那么人性化，不会自动过期。没事，再注明过期时间，每次读取的时候判断就行啦，貌似可以了。

等等。客户端的api接口要求轻量级，某一天一个队友想实现个性化的事情，竟然往cookie了回传了一串字符串，貌似很方便，嗯。于是其他队友也效仿，然后cookie变得更加复杂。此时android队友一声吼，你们够了！stop！我只要一个认证标识而已，够简单你们知道吗？还有cookie过期了就要重新登陆，用户体验极差，产品经理都找我谈了几十次了，用户都快跑光了，你们还在往cookie里加一些奇怪的东西。

oauth 2.0来了

有问题总要想办法解决是吧。客户端不是浏览器，有自己特有的交互约定，cookie还是放弃掉了。这里就要解决五个问题：

• [ ] 只需要简单的一个字符串标识，不需要遵守cookie的规则
•  [ ] 服务器端需要能够轻松认证这个标识，最好是做成标准化
• [ ] 不要让用户反复输入密码登录，能够自动刷新
• [ ] 这段秘钥要安全，从网络传输链路层到客户端本地层都要是安全的，就算被中途捕获，也可以让其失效
• [ ] 多个子系统的客户端需要独立的认证标识，让他们能够独立存在（例如淘宝的认证状态不会影响到阿里旺旺的登录认证状态）

需求一旦确定，方案呼之欲出，让我们来简单构思一下。

• [x] 首先是标识，这个最简单了，将用户标识数据进行可逆加密，ok，这个搞定。
• [x] 然后是标识认证的标准化，最好轻量级，并且让她不干扰请求的表现方式，例如get和post数据，聪明的你想到了吧，没错，就是header，我们暂且就统一成 userkey 为header名，值就是那个加密过的标识，够简洁粗暴吧，后端对每一个请求都拦截处理，如果能够解密成功并且表示有效，就告诉后边排队的小伙伴，这个家伙是自己人，叫xxx，兜里有100块钱。这个也搞定了。
• [x] 自动刷新，因为加密标识每次请求都要传输，不能放在一起了，而且他们的作用也不一样，那就颁发加密标识的时候顺便再颁发一个刷新的秘钥吧，相当于入职的时候给你一张门禁卡，这个卡需要随身携带，开门签到少不了它，此外还有一张身份证明，这证明就不需要随身携带了，放家里都行，门禁卡掉了，没关系，拿着证明到保安大哥那里再领一张门禁卡，证明一次有效，领的时候保安大哥贴心的再给你一张证明。
• [x] 安全问题，加密可以加强一部分安全性。传输链路还用说吗？上https传输加密哟。至于客户端本地的安全是一个哲学问题，嗯嗯嗯。哈哈。我们暂时认为本地私有空间存储是安全的的，俗话说得好，计算机都被人破解了，还谈个鸡毛安全呀（所以大家没事还是不要去root手机了，root之后私有存储可以被访问侬造吗）
• [x] 子系统独立问题，这个好办了。身份认证过程再加入一个因子，暂且叫 client 吧。这样标识就互不影响了。
  

打完收工，要开始实现这套系统了。先别急呀，难道没觉得似曾相识吗？没错就是 oauth 2.0 的 password grant 模式！

spring security 是怎么认证的

先来一段大家很熟悉的代码：

http.formlogin()
          .loginpage("/auth/login")
          .permitall()
          .failurehandler(loginfailurehandler)
          .successhandler(loginsuccesshandler);

spring security 就像一个害羞的大姑娘，就这么一段鬼知道他是怎么认证的，封装的有点过哈。不着急先看一张图：

这里做了一个简化，

根据javaee的流程，本质就是filter过滤请求，转发到不同处理模块处理，最后经过业务逻辑处理，返回response的过程。

当请求匹配了我们定义的security filter的时候，就会导向security 模块进行处理，例如usernamepasswordauthenticationfilter，源码献上:

public class usernamepasswordauthenticationfilter extends abstractauthenticationprocessingfilter {
  public static final string spring_security_form_username_key = "username";
  public static final string spring_security_form_password_key = "password";
  private string usernameparameter = "username";
  private string passwordparameter = "password";
  private boolean postonly = true;

  public usernamepasswordauthenticationfilter() {
    super(new antpathrequestmatcher("/login", "post"));
  }

  public authentication attemptauthentication(httpservletrequest request, httpservletresponse response) throws authenticationexception {
    if (this.postonly && !request.getmethod().equals("post")) {
      throw new authenticationserviceexception("authentication method not supported: " + request.getmethod());
    } else {
      string username = this.obtainusername(request);
      string password = this.obtainpassword(request);
      if (username == null) {
        username = "";
      }

      if (password == null) {
        password = "";
      }

      username = username.trim();
      usernamepasswordauthenticationtoken authrequest = new usernamepasswordauthenticationtoken(username, password);
      this.setdetails(request, authrequest);
      return this.getauthenticationmanager().authenticate(authrequest);
    }
  }

  protected string obtainpassword(httpservletrequest request) {
    return request.getparameter(this.passwordparameter);
  }

  protected string obtainusername(httpservletrequest request) {
    return request.getparameter(this.usernameparameter);
  }

  protected void setdetails(httpservletrequest request, usernamepasswordauthenticationtoken authrequest) {
    authrequest.setdetails(this.authenticationdetailssource.builddetails(request));
  }

  public void setusernameparameter(string usernameparameter) {
    assert.hastext(usernameparameter, "username parameter must not be empty or null");
    this.usernameparameter = usernameparameter;
  }

  public void setpasswordparameter(string passwordparameter) {
    assert.hastext(passwordparameter, "password parameter must not be empty or null");
    this.passwordparameter = passwordparameter;
  }

  public void setpostonly(boolean postonly) {
    this.postonly = postonly;
  }

  public final string getusernameparameter() {
    return this.usernameparameter;
  }

  public final string getpasswordparameter() {
    return this.passwordparameter;
  }
}

有点复杂是吧，不用担心，我来做一些伪代码，让他看起来更友善，更好理解。注意我写的单行注释

public class usernamepasswordauthenticationfilter extends abstractauthenticationprocessingfilter {
  public static final string spring_security_form_username_key = "username";
  public static final string spring_security_form_password_key = "password";
  private string usernameparameter = "username";
  private string passwordparameter = "password";
  private boolean postonly = true;

  public usernamepasswordauthenticationfilter() {
    //1.匹配url和method
    super(new antpathrequestmatcher("/login", "post"));
  }

  public authentication attemptauthentication(httpservletrequest request, httpservletresponse response) throws authenticationexception {
    if (this.postonly && !request.getmethod().equals("post")) {
      //啥？你没有用post方法，给你一个异常，自己反思去
      throw new authenticationserviceexception("authentication method not supported: " + request.getmethod());
    } else {
      //从请求中获取参数
      string username = this.obtainusername(request);
      string password = this.obtainpassword(request);
      //我不知道用户名密码是不是对的，所以构造一个未认证的token先
      usernamepasswordauthenticationtoken token = new usernamepasswordauthenticationtoken(username, password);
      //顺便把请求和token存起来
      this.setdetails(request, token);
      //token给谁处理呢？当然是给当前的authenticationmanager喽
      return this.getauthenticationmanager().authenticate(token);
    }
  }
}

是不是很清晰，问题又来了，token是什么鬼？为啥还有已认证和未认证的区别？别着急，咱们顺藤摸瓜，来看看token长啥样。上usernamepasswordauthenticationtoken:

public class usernamepasswordauthenticationtoken extends abstractauthenticationtoken {
  private static final long serialversionuid = 510l;
  private final object principal;
  private object credentials;

  public usernamepasswordauthenticationtoken(object principal, object credentials) {
    super((collection)null);
    this.principal = principal;
    this.credentials = credentials;
    this.setauthenticated(false);
  }

  public usernamepasswordauthenticationtoken(object principal, object credentials, collection<? extends grantedauthority> authorities) {
    super(authorities);
    this.principal = principal;
    this.credentials = credentials;
    super.setauthenticated(true);
  }

  public object getcredentials() {
    return this.credentials;
  }

  public object getprincipal() {
    return this.principal;
  }

  public void setauthenticated(boolean isauthenticated) throws illegalargumentexception {
    if (isauthenticated) {
      throw new illegalargumentexception("cannot set this token to trusted - use constructor which takes a grantedauthority list instead");
    } else {
      super.setauthenticated(false);
    }
  }

  public void erasecredentials() {
    super.erasecredentials();
    this.credentials = null;
  }
}

一坨坨的真闹心，我再备注一下：

public class usernamepasswordauthenticationtoken extends abstractauthenticationtoken {
  private static final long serialversionuid = 510l;
  //随便怎么理解吧，暂且理解为认证标识吧，没看到是一个object么
  private final object principal;
  //同上
  private object credentials;

  //这个构造方法用来初始化一个没有认证的token实例
  public usernamepasswordauthenticationtoken(object principal, object credentials) {
    super((collection)null);
    this.principal = principal;
    this.credentials = credentials;
    this.setauthenticated(false);
  }
  //这个构造方法用来初始化一个已经认证的token实例，为啥要多此一举，不能直接set状态么，不着急，往后看
  public usernamepasswordauthenticationtoken(object principal, object credentials, collection<? extends grantedauthority> authorities) {
    super(authorities);
    this.principal = principal;
    this.credentials = credentials;
    super.setauthenticated(true);
  }
  //便于理解无视他
  public object getcredentials() {
    return this.credentials;
  }
  //便于理解无视他
  public object getprincipal() {
    return this.principal;
  }

  public void setauthenticated(boolean isauthenticated) throws illegalargumentexception {
    if (isauthenticated) {
      //如果是set认证状态，就无情的给一个异常，意思是：
      //不要在这里设置已认证，不要在这里设置已认证，不要在这里设置已认证
      //应该从构造方法里创建，别忘了要带上用户信息和权限列表哦
      //原来如此，是避免犯错吧
      throw new illegalargumentexception("cannot set this token to trusted - use constructor which takes a grantedauthority list instead");
    } else {
      super.setauthenticated(false);
    }
  }

  public void erasecredentials() {
    super.erasecredentials();
    this.credentials = null;
  }
}

搞清楚了token是什么鬼，其实只是一个载体而已啦。接下来进入核心环节，authenticationmanager是怎么处理的。这里我简单的过渡一下，但是会让你明白。

authenticationmanager会注册多种authenticationprovider，例如usernamepassword对应的daoauthenticationprovider，既然有多种选择，那怎么确定使用哪个provider呢？我截取了一段源码，大家一看便知：

public interface authenticationprovider {
  authentication authenticate(authentication var1) throws authenticationexception;

  boolean supports(class<?> var1);
}

这是一个接口，我喜欢接口，简洁明了。里面有一个supports方法，返回时一个boolean值，参数是一个class，没错，这里就是根据token的类来确定用什么provider来处理，大家还记得前面的那段代码吗？

//token给谁处理呢？当然是给当前的authenticationmanager喽
 return this.getauthenticationmanager().authenticate(token);

因此我们进入下一步，daoauthenticationprovider，继承了abstractuserdetailsauthenticationprovider，恭喜您再坚持一会就到曙光啦。这个比较复杂，为了不让你跑掉，我将两个复杂的类合并，摘取直接触达接口核心的逻辑，直接上代码，会有所删减，让你看得更清楚，注意看注释：

public class daoauthenticationprovider extends abstractuserdetailsauthenticationprovider {
  //熟悉的supports，需要usernamepasswordauthenticationtoken
  public boolean supports(class<?> authentication) {
      return usernamepasswordauthenticationtoken.class.isassignablefrom(authentication);
    }

  public authentication authenticate(authentication authentication) throws authenticationexception {
      //取出token里保存的值
      string username = authentication.getprincipal() == null ? "none_provided" : authentication.getname();
      boolean cachewasused = true;
      //从缓存取
      userdetails user = this.usercache.getuserfromcache(username);
      if (user == null) {
        cachewasused = false;

        //啥，没缓存？使用retrieveuser方法获取呀
        user = this.retrieveuser(username, (usernamepasswordauthenticationtoken)authentication);
      }
      //...删减了一大部分，这样更简洁
      object principaltoreturn = user;
      if (this.forceprincipalasstring) {
        principaltoreturn = user.getusername();
      }

      return this.createsuccessauthentication(principaltoreturn, authentication, user);
    }
     protected final userdetails retrieveuser(string username, usernamepasswordauthenticationtoken authentication) throws authenticationexception {
    try {
      //熟悉的loaduserbyusername
      userdetails loadeduser = this.getuserdetailsservice().loaduserbyusername(username);
      if (loadeduser == null) {
        throw new internalauthenticationserviceexception("userdetailsservice returned null, which is an interface contract violation");
      } else {
        return loadeduser;
      }
    } catch (usernamenotfoundexception var4) {
      this.mitigateagainsttimingattack(authentication);
      throw var4;
    } catch (internalauthenticationserviceexception var5) {
      throw var5;
    } catch (exception var6) {
      throw new internalauthenticationserviceexception(var6.getmessage(), var6);
    }
  }
  //检验密码
  protected void additionalauthenticationchecks(userdetails userdetails, usernamepasswordauthenticationtoken authentication) throws authenticationexception {
    if (authentication.getcredentials() == null) {
      this.logger.debug("authentication failed: no credentials provided");
      throw new badcredentialsexception(this.messages.getmessage("abstractuserdetailsauthenticationprovider.badcredentials", "bad credentials"));
    } else {
      string presentedpassword = authentication.getcredentials().tostring();
      if (!this.passwordencoder.matches(presentedpassword, userdetails.getpassword())) {
        this.logger.debug("authentication failed: password does not match stored value");
        throw new badcredentialsexception(this.messages.getmessage("abstractuserdetailsauthenticationprovider.badcredentials", "bad credentials"));
      }
    }
  }
}

到此为止，就完成了用户名密码的认证校验逻辑，根据认证用户的信息，系统做相应的session持久化和cookie回写操作。

spring security的基本认证流程先写到这里，其实复杂的背后是一些预定，熟悉了之后就不难了。

filter->构造token->authenticationmanager->转给provider处理->认证处理成功后续操作或者不通过抛异常

有了这些基础，后面我们再来扩展短信验证码登录，以及基于oauth 2.0 的短信验证码登录。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。