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）：

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。

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。