Spring Security认证流程

程序员文章站 2022-05-05 15:08:49

...

前言

Spring Seuciry相关的内容看了实在是太多了，但总觉得还是理解地不够巩固，还是需要靠知识输出做巩固。

过滤器链和认证过程

Spring Security认证流程

一个认证过程，其实就是过滤器链上的一个绿色矩形Filter所要执行的过程。

基本的认证过程有三步骤：

Filter拦截请求，生成一个未认证的Authentication，交由AuthenticationManager进行认证；
AuthenticationManager的默认实现ProviderManager会通过AuthenticationProvider对Authentication进行认证，其本身不做认证处理；
如果认证通过，则创建一个认证通过的Authentication返回；否则抛出异常，以表示认证不通过。

要理解这个过程，可以从类UsernamePasswordAuthenticationFilter，ProviderManager，DaoAuthenticationProvider和InMemoryUserDetailsManager（UserDetailsService实现类，由UserDetailsServiceAutoConfiguration默认配置提供）进行了解。只要创建一个含有spring-boot-starter-security的springboot项目，在适当地打上断点接口看到这个流程。

用认证部门进行讲解

Spring Security认证流程 )

请求到前台之后，负责该请求的前台会将请求的内容封装为一个Authentication对象交给认证管理部门，认证管理部门仅管理认证部门，不做具体的认证操作，具体的操作由与该前台相关的认证部门进行处理。当然，每个认证部门需要判断Authentication是否为该部门负责，是则由该部门负责处理，否则交给下一个部门处理。认证部门认证成功之后会创建一个认证通过的Authentication返回。否则要么抛出异常表示认证不通过，要么交给下一个部门处理。

如果需要新增认证类型，只要增加相应的前台(Filter)和与该前台(Filter)想对应的认证部门(AuthenticationProvider)就即可，当然也可以增加一个与已有前台对应的认证部门。认证部门会通过前台生成的Authentication来判断该认证是否由该部门负责，因而也许提供一个两者相互认同的Authentication.

认证部门需要人员资料时，则可以从人员资料部门获取。不同的系统有不同的人员资料部门，需要我们提供该人员资料部门，否则将拿到空白档案。当然，人员资料部门不一定是唯一的，认证部门可以有自己的专属资料部门。

上图还可以有如下的画法：

Spring Security认证流程

这个画法可能会和FilterChain更加符合。每一个前台其实就是FilterChain中的一个，客户拿着请求逐个前台请求认证，找到正确的前台之后进行认证判断。

前台（Filter）

这里的前台Filter仅仅指实现认证的Filter，Spring Security Filter Chain中处理这些Filter还有其他的Filter，比如CsrfFilter。如果非要给角色给他们，那么就当他们是保安人员吧。

Spring Security为我们提供了3个已经实现的Filter。UsernamePasswordAuthenticationFilter，BasicAuthenticationFilter和 RememberMeAuthenticationFilter。如果不做任何个性化的配置，UsernamePasswordAuthenticationFilter和BasicAuthenticationFilter会在默认的过滤器链中。这两种认证方式也就是默认的认证方式。

UsernamePasswordAuthenticationFilter仅仅会对/login路径生效，也就是说UsernamePasswordAuthenticationFilter负责发布认证，发布认证的接口为/login。

public class UsernamePasswordAuthenticationFilter extends
		AbstractAuthenticationProcessingFilter {
	...
	public UsernamePasswordAuthenticationFilter() {
		super(new AntPathRequestMatcher("/login", "POST"));
	}
	...
}

UsernamePasswordAuthenticationFilter为抽象类AbstractAuthenticationProcessingFilter的一个实现，而BasicAuthenticationFilter为抽象类BasicAuthenticationFilter的一个实现。这四个类的源码提供了不错的前台(Filter)实现思路。

AbstractAuthenticationProcessingFilter

AbstractAuthenticationProcessingFilter 提供了认证前后需要做的事情，其子类只需要提供实现完成认证的抽象方法attemptAuthentication(HttpServletRequest, HttpServletResponse)即可。使用AbstractAuthenticationProcessingFilter时，需要提供一个拦截路径（使用AntPathMatcher进行匹配）来拦截对应的特定的路径。

UsernamePasswordAuthenticationFilter

UsernamePasswordAuthenticationFilter作为实际的前台，会将客户端提交的username和password封装成一个UsernamePasswordAuthenticationToken交给认证管理部门(AuthenticationManager)进行认证。如此，她的任务就完成了。

BasicAuthenticationFilter
该前台(Filter)只会处理含有Authorization的Header，且小写化后的值以basic开头的请求，否则该前台(Filter)不负责处理。该Filter会从header中获取Base64编码之后的username和password，创建UsernamePasswordAuthenticationToken提供给认证管理部门(AuthenticationMananager)进行认证。

认证资料（Authentication）

前台接到请求之后，会从请求中获取所需的信息，创建自家认证部门(AuthenticationProvider)所认识的认证资料(Authentication)，认证部门(AuthenticationProvider)则主要是通过认证资料(Authentication)的类型判断是否由该部门处理。

public interface Authentication extends Principal, Serializable {
	
	// 该principal具有的权限。AuthorityUtils工具类提供了一些方便的方法。
	Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();
	// 证明Principal的身份的证书，比如密码。
	Object getCredentials();
	// authentication request的附加信息，比如ip。
	Object getDetails();
	// 当事人。在username+password模式中为username，在有userDetails之后可以为userDetails。
	Object getPrincipal();
	// 是否已经通过认证。
	boolean isAuthenticated();
	// 设置通过认证。
	void setAuthenticated(boolean isAuthenticated) throws IllegalArgumentException;
}

在Authentication被认证之后，会保存到一个thread-local的SecurityContext中。

// 设置
SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(anAuthentication);
// 获取
Authentication existingAuth = SecurityContextHolder.getContext()
				.getAuthentication();

在写前台Filter的时候，可以先检查SecurityContextHolder.getContext()中是否已经存在通过认证的Authentication了，如果存在，则可以直接跳过该Filter。已经通过验证的Authentication建议设置为一个不可修改的实例。

目前从Authentication的类图中看到的实现类，均为Authentication的抽象子类AbstractAuthenticationToken的实现类。实现类有好几个，与前面的讲到的Filter相关的有UsernamePasswordAuthenticationToken和RememberMeAuthenticationToken。

AbstractAuthenticationToken为CredentialsContainer和Authentication的子类。实现了一些简单的方法，但主要的方法还需要实现。该类的getName()方法的实现可以看到常用的principal类为UserDetails、AuthenticationPrincipal和Princial。如果有需要将对象设置为principal，可以考虑继承这三个类中的一个。

public String getName() {
	if (this.getPrincipal() instanceof UserDetails) {
		return ((UserDetails) this.getPrincipal()).getUsername();
	}
	if (this.getPrincipal() instanceof AuthenticatedPrincipal) {
		return ((AuthenticatedPrincipal) this.getPrincipal()).getName();
	}
	if (this.getPrincipal() instanceof Principal) {
		return ((Principal) this.getPrincipal()).getName();
	}

	return (this.getPrincipal() == null) ? "" : this.getPrincipal().toString();
}

认证管理部门(AuthenticationManager)

AuthenticationManager是一个接口，认证Authentication，如果认证通过之后，返回的Authentication应该带上该principal所具有的GrantedAuthority。

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

该接口的注释中说明，必须按照如下的异常顺序进行检查和抛出：

DisabledException：账号不可用
LockedException：账号被锁
BadCredentialsException：证书不正确

Spring Security提供一个默认的实现ProviderManager。认证管理部门(ProviderManager)仅执行管理职能，具体的认证职能由认证部门(AuthenticationProvider)执行。

public class ProviderManager implements AuthenticationManager, MessageSourceAware,
		InitializingBean {
	...

	public ProviderManager(List<AuthenticationProvider> providers) {
		this(providers, null);
	}

	public ProviderManager(List<AuthenticationProvider> providers,
			AuthenticationManager parent) {
		Assert.notNull(providers, "providers list cannot be null");
		this.providers = providers;
		this.parent = parent;
		checkState();
	}

	public Authentication authenticate(Authentication authentication)
			throws AuthenticationException {
		Class<? extends Authentication> toTest = authentication.getClass();
		AuthenticationException lastException = null;
		AuthenticationException parentException = null;
		Authentication result = null;
		Authentication parentResult = null;
		boolean debug = logger.isDebugEnabled();

		for (AuthenticationProvider provider : getProviders()) {
			// #1, 检查是否由该认证部门进行认证`AuthenticationProvider`
			if (!provider.supports(toTest)) {
				continue;
			}

			if (debug) {
				logger.debug("Authentication attempt using "
						+ provider.getClass().getName());
			}

			try {
				// #2, 认证部门进行认证
				result = provider.authenticate(authentication);

				if (result != null) {
					copyDetails(authentication, result);
					// #3，认证通过则不再进行下一个认证部门的认证，否则抛出的异常被捕获，执行下一个认证部门(AuthenticationProvider)
					break;
				}
			}
			catch (AccountStatusException e) {
				prepareException(e, authentication);
				// SEC-546: Avoid polling additional providers if auth failure is due to
				// invalid account status
				throw e;
			}
			catch (InternalAuthenticationServiceException e) {
				prepareException(e, authentication);
				throw e;
			}
			catch (AuthenticationException e) {
				lastException = e;
			}
		}

		if (result == null && parent != null) {
			// Allow the parent to try.
			try {
				result = parentResult = parent.authenticate(authentication);
			}
			catch (ProviderNotFoundException e) {
				// ignore as we will throw below if no other exception occurred prior to
				// calling parent and the parent
				// may throw ProviderNotFound even though a provider in the child already
				// handled the request
			}
			catch (AuthenticationException e) {
				lastException = parentException = e;
			}
		}
		// #4, 如果认证通过，执行认证通过之后的操作
		if (result != null) {
			if (eraseCredentialsAfterAuthentication
					&& (result instanceof CredentialsContainer)) {
				// Authentication is complete. Remove credentials and other secret data
				// from authentication
				((CredentialsContainer) result).eraseCredentials();
			}

			// If the parent AuthenticationManager was attempted and successful than it will publish an AuthenticationSuccessEvent
			// This check prevents a duplicate AuthenticationSuccessEvent if the parent AuthenticationManager already published it
			if (parentResult == null) {
				eventPublisher.publishAuthenticationSuccess(result);
			}
			return result;
		}

		// Parent was null, or didn't authenticate (or throw an exception).
		// #5，如果认证不通过，必然有抛出异常，否则表示没有配置相应的认证部门(AuthenticationProvider)
		if (lastException == null) {
			lastException = new ProviderNotFoundException(messages.getMessage(
					"ProviderManager.providerNotFound",
					new Object[] { toTest.getName() },
					"No AuthenticationProvider found for {0}"));
		}

		// If the parent AuthenticationManager was attempted and failed than it will publish an AbstractAuthenticationFailureEvent
		// This check prevents a duplicate AbstractAuthenticationFailureEvent if the parent AuthenticationManager already published it
		if (parentException == null) {
			prepareException(lastException, authentication);
		}

		throw lastException;
	}
	...
}

遍历所有的认证部门(AuthenticationProvider)，找到支持的认证部门进行认证
认证部门进行认证
认证通过则不再进行下一个认证部门的认证，否则抛出的异常被捕获，执行下一个认证部门(AuthenticationProvider)
如果认证通过，执行认证通过之后的操作
如果认证不通过，必然有抛出异常，否则表示没有配置相应的认证部门(AuthenticationProvider)

当使用到Spring Security OAuth2的时候，会看到另一个实现OAuth2AuthenticationManager。

认证部门(AuthenticationProvider)

认证部门(AuthenticationProvider)负责实际的认证工作，与认证管理部门(ProvderManager)协同工作。也许其他的认证管理部门(AuthenticationManager)并不需要认证部门(AuthenticationProvider)的协作。

public interface AuthenticationProvider {
	// 进行认证
	Authentication authenticate(Authentication authentication)
			throws AuthenticationException;
	// 是否由该AuthenticationProvider进行认证
	boolean supports(Class<?> authentication);
}

该接口有很多的实现类，其中包含了RememberMeAuthenticationProvider（直接AuthenticationProvider）和DaoAuthenticationProvider（通过AbastractUserDetailsAuthenticationProvider简介继承）。这里重点讲讲AbastractUserDetailsAuthenticationProvider和DaoAuthenticationProvider。

AbastractUserDetailsAuthenticationProvider

顾名思义，AbastractUserDetailsAuthenticationProvider是对UserDetails支持的Provider，其他的Provider，如RememberMeAuthenticationProvider就不需要用到UserDetails。该抽象类有两个抽象方法需要实现类完成：

// 获取 UserDetails
protected abstract UserDetails retrieveUser(String username,
		UsernamePasswordAuthenticationToken authentication)
		throws AuthenticationException;

protected abstract void additionalAuthenticationChecks(UserDetails userDetails,
		UsernamePasswordAuthenticationToken authentication)
		throws AuthenticationException;

retrieveUser()方法为校验提供UserDetails。先看下UserDetails：

public interface UserDetails extends Serializable {
	
	Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();

	String getPassword();
	
	String getUsername();
	// 账号是否过期
	boolean isAccountNonExpired();
	// 账号是否被锁
	boolean isAccountNonLocked();
	// 证书(password)是否过期
	boolean isCredentialsNonExpired();
	// 账号是否可用
	boolean isEnabled();
}

AbastractUserDetailsAuthenticationProvider#authentication(Authentication)分为三步验证：

preAuthenticationChecks.check(user);
additionalAuthenticationChecks(user,
(UsernamePasswordAuthenticationToken) authentication);
postAuthenticationChecks.check(user);

preAuthenticationChecks的默认实现为DefaultPreAuthenticationChecks，负责完成校验：

UserDetails#isAccountNonLocked()
UserDetails#isEnabled()
UserDetails#isAccountNonExpired()

postAuthenticationChecks的默认实现为DefaultPostAuthenticationChecks，负责完成校验：

UserDetails#user.isCredentialsNonExpired()

additionalAuthenticationChecks需要由实现类完成。

校验成功之后，AbstractUserDetailsAuthenticationProvider会创建并返回一个通过认证的Authentication。

protected Authentication createSuccessAuthentication(Object principal,
		Authentication authentication, UserDetails user) {
	// Ensure we return the original credentials the user supplied,
	// so subsequent attempts are successful even with encoded passwords.
	// Also ensure we return the original getDetails(), so that future
	// authentication events after cache expiry contain the details
	UsernamePasswordAuthenticationToken result = new UsernamePasswordAuthenticationToken(
			principal, authentication.getCredentials(),
			authoritiesMapper.mapAuthorities(user.getAuthorities()));
	result.setDetails(authentication.getDetails());

	return result;
}

DaoAuthenticationProvider

如下为DaoAuthenticationProvider对AbstractUserDetailsAuthenticationProvider抽象方法的实现。

// 检查密码是否正确
protected void additionalAuthenticationChecks(UserDetails userDetails,
		UsernamePasswordAuthenticationToken authentication)
		throws AuthenticationException {
	if (authentication.getCredentials() == null) {
		logger.debug("Authentication failed: no credentials provided");

		throw new BadCredentialsException(messages.getMessage(
				"AbstractUserDetailsAuthenticationProvider.badCredentials",
				"Bad credentials"));
	}

	String presentedPassword = authentication.getCredentials().toString();

	if (!passwordEncoder.matches(presentedPassword, userDetails.getPassword())) {
		logger.debug("Authentication failed: password does not match stored value");

		throw new BadCredentialsException(messages.getMessage(
				"AbstractUserDetailsAuthenticationProvider.badCredentials",
				"Bad credentials"));
	}
}
// 通过资料室(UserDetailsService)获取UserDetails对象
protected final UserDetails retrieveUser(String username,
		UsernamePasswordAuthenticationToken authentication)
		throws AuthenticationException {
	prepareTimingAttackProtection();
	try {
		UserDetails loadedUser = this.getUserDetailsService().loadUserByUsername(username);
		if (loadedUser == null) {
			throw new InternalAuthenticationServiceException(
					"UserDetailsService returned null, which is an interface contract violation");
		}
		return loadedUser;
	}
	...
}

在以上的代码中，需要提供UserDetailsService和PasswordEncoder实例。只要实例化这两个类，并放入到Spring容器中即可。

资料部门(UserDetailsService)

UserDetailsService接口提供认证过程所需的UserDetails的类，如DaoAuthenticationProvider需要一个UserDetailsService实例。

public interface UserDetailsService {
	UserDetails loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException;
}

Spring Security提供了两个UserDetailsService的实现：InMemoryUserDetailsManager和JdbcUserDetailsManager。InMemoryUserDetailsManager为默认配置，从UserDetailsServiceAutoConfiguration的配置中可以看出。当然也不容易理解，基于数据库的实现需要增加数据库的配置，不适合做默认实现。这两个类均为UserDetailsManager的实现类，UserDetailsManager定义了UserDetails的CRUD操作。InMemoryUserDetailsManager使用Map<String, MutableUserDetails>做存储。

public interface UserDetailsManager extends UserDetailsService {
	void createUser(UserDetails user);

	void updateUser(UserDetails user);

	void deleteUser(String username);

	void changePassword(String oldPassword, String newPassword);

	boolean userExists(String username);
}

如果我们需要增加一个UserDetailsService，可以考虑实现UserDetailsService或者UserDetailsManager。

增加一个认证流程

到这里，我们已经知道Spring Security的流程了。从上面的内容可以知道，如要增加一个新的认证方式，只要增加一个[前台(Filter) + 认证部门(AuthenticationProvider) + 资料室(UserDetailsService)]组合即可。事实上，资料室(UserDetailsService)不是必须的，可根据认证部门(AuthenticationProvider)需要实现。

Spring Security认证流程

我会在另一篇文章中以手机号码+验证码登录为例进行讲解。

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Spring Security认证流程

前言

过滤器链和认证过程

用认证部门进行讲解

前台（Filter）

认证资料（Authentication）

认证管理部门(AuthenticationManager)

认证部门(AuthenticationProvider)

AbastractUserDetailsAuthenticationProvider

DaoAuthenticationProvider

资料部门(UserDetailsService)

增加一个认证流程

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