SpringSecurity--工作原理详解

结构总览

Spring Security所解决的问题就是安全访问控制，而安全访问控制功能其实就是对所有进入系统的请求进行拦截，校验每个请求是否能够访问它所期望的资源。根据前边知识的学习，可以通过Filter或AOP等技术来实现，Spring Security对Web资源的保护是靠Filter实现的，所以从这个Filter来入手，逐步深入Spring Security原理。

当初始化Spring Security时，会创建一个名为 SpringSecurityFilterChain 的Servlet过滤器，类型为 org.springframework.security.web.FilterChainProxy，它实现了javax.servlet.Filter，因此外部的请求会经过此类，下图是Spring Security过虑器链结构图:
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FilterChainProxy是一个代理，真正起作用的是FilterChainProxy中SecurityFilterChain所包含的各个Filter，同时这些Filter作为Bean被Spring管理，它们是Spring Security核心，各有各的职责，但他们并不直接处理用户的认证，也不直接处理用户的授权，而是把它们交给了认证管理器(AuthenticationManager)和决策管理器 (AccessDecisionManager)进行处理，下图是FilterChainProxy相关类的UML图示。

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spring Security功能的实现主要是由一系列过滤器链相互配合完成。
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下面介绍过滤器链中主要的几个过滤器及其作用:

SecurityContextPersistenceFilter 这个Filter是整个拦截过程的入口和出口(也就是第一个和最后一个拦截器)，会在请求开始时从配置好的 SecurityContextRepository 中获取 SecurityContext，然后把它设置给 SecurityContextHolder在请求完成后将 SecurityContextHolder 持有的 SecurityContext 再保存到配置好的 SecurityContextRepository，同时清除 securityContextHolder 所持有的 SecurityContext;
UsernamePasswordAuthenticationFilter 用于处理来自表单提交的认证。该表单必须提供对应的用户名和密码，其内部还有登录成功或失败后进行处理的 AuthenticationSuccessHandler 和 AuthenticationFailureHandler，这些都可以根据需求做相关改变;
FilterSecurityInterceptor 是用于保护web资源的，使用AccessDecisionManager对当前用户进行授权访问，前面已经详细介绍过了;
ExceptionTranslationFilter 能够捕获来自 FilterChain 所有的异常，并进行处理。但是它只会处理两类异常: AuthenticationException 和 AccessDeniedException，其它的异常它会继续抛出。

认证流程

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用户提交用户名、密码被SecurityFilterChain中的 UsernamePasswordAuthenticationFilter 过滤器获取到，封装为请求Authentication，通常情况下是UsernamePasswordAuthenticationToken这个实现类。
然后过滤器将Authentication提交至认证管理器(AuthenticationManager)进行认证
认证成功后， AuthenticationManager 身份管理器返回一个被填充满了信息的(包括上面提到的权限信息，身份信息，细节信息，但密码通常会被移除) Authentication 实例。
SecurityContextHolder 安全上下文容器将第3步填充了信息的 Authentication ，通过SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(...)方法，设置到其中。可以看出AuthenticationManager接口(认证管理器)是认证相关的核心接口，也是发起认证的出发点，它的实现类为ProviderManager。而Spring Security支持多种认证方式，因此ProviderManager维护着一个
List<AuthenticationProvider> 列表，存放多种认证方式，最终实际的认证工作是由 AuthenticationProvider完成的。咱们知道web表单的对应的AuthenticationProvider实现类为 DaoAuthenticationProvider，它的内部又维护着一个UserDetailsService负责UserDetails的获取。最终 AuthenticationProvider将UserDetails填充至Authentication。

认证核心组件的大体关系如下:
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AuthenticationProvider

通过前面的Spring Security认证流程我们得知，认证管理器(AuthenticationManager)委托AuthenticationProvider完成认证工作。

AuthenticationProvider是一个接口，定义如下:

   public interface AuthenticationProvider {
       Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException;
       boolean supports(Class<?> var1);
}

authenticate()方法定义了认证的实现过程，它的参数是一个Authentication，里面包含了登录用户所提交的用户、密码等。而返回值也是一个Authentication，这个Authentication则是在认证成功后，将用户的权限及其他信息重新组装后生成。

Spring Security中维护着一个List<AuthenticationProvider> 列表，存放多种认证方式，不同的认证方式使用不同的AuthenticationProvider。如使用用户名密码登录时，使用AuthenticationProvider1，短信登录时使用 AuthenticationProvider2等等这样的例子很多。

每个AuthenticationProvider需要实现supports()方法来表明自己支持的认证方式，如我们使用表单方式认证，在提交请求时Spring Security会生成UsernamePasswordAuthenticationToken，它是一个Authentication，里面封装着用户提交的用户名、密码信息。而对应的，哪个AuthenticationProvider来处理它?

我们在DaoAuthenticationProvider的基类AbstractUserDetailsAuthenticationProvider发现以下代码:

public boolean supports(Class<?> authentication) {
	return UsernamePasswordAuthenticationToken.class.isAssignableFrom(authentication);
}

也就是说当web表单提交用户名密码时，Spring Security由DaoAuthenticationProvider处理。

最后，我们来看一下Authentication(认证信息)的结构，它是一个接口，我们之前提到的 UsernamePasswordAuthenticationToken就是它的实现之一:

public interface Authentication extends Principal, Serializable { (1) 
	 Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities(); (2)
	 Object getCredentials(); (3) 
	 Object getDetails(); (4) 
	 Object getPrincipal(); (5) 
	 boolean isAuthenticated();
	       void setAuthenticated(boolean var1) throws IllegalArgumentException;
}

Authentication是spring security包中的接口，直接继承自Principal类，而Principal是位于 java.security 包中的。它是表示着一个抽象主体身份，任何主体都有一个名称，因此包含一个getName()方法。
getAuthorities()，权限信息列表，默认是GrantedAuthority接口的一些实现类，通常是代表权限信息的一系列字符串。
getCredentials()，凭证信息，用户输入的密码字符串，在认证过后通常会被移除，用于保障安全。
getDetails()，细节信息，web应用中的实现接口通常为 WebAuthenticationDetails，它记录了访问者的ip地址和sessionId的值。 (5)getPrincipal()，身份信息，大部分情况下返回的是UserDetails接口的实现类，UserDetails代表用户的详细信息，那从Authentication中取出来的UserDetails就是当前登录用户信息，它也是框架中的常用接口之一。

UserDetailsService

DaoAuthenticationProvider处理了web表单的认证逻辑，认证成功后既得到一个Authentication(UsernamePasswordAuthenticationToken实现)，里面包含了身份信息(Principal)。这个身份信息就是一个 Object ，大多数情况下它可以被强转为UserDetails对象。

DaoAuthenticationProvider中包含了一个UserDetailsService实例，它负责根据用户名提取用户信息UserDetails(包含密码)，而后DaoAuthenticationProvider会去对比UserDetailsService提取的用户密码与户提交的密码是否匹配作为认证成功的关键依据，因此可以通过将自定义的 UserDetailsService 公开spring bean来定义自定义身份验证。

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

很多人把DaoAuthenticationProvider和UserDetailsService的职责搞混淆，其实UserDetailsService只负责特定的地方(通常是数据库)加载用户信息，仅此而已。而DaoAuthenticationProvider的职责更大，它完成完整的认证流程，同时会把UserDetails填充至Authentication。

上面一直提到UserDetails是用户信息，咱们看一下它的真面目:

   public interface UserDetails extends Serializable {
      Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();
      String getPassword();
      String getUsername();
      boolean isAccountNonExpired();
      boolean isAccountNonLocked();
      boolean isCredentialsNonExpired();
      boolean isEnabled();
   }

它和Authentication接口很类似，比如它们都拥有username，authorities。AuthenticationgetCredentials()与UserDetails中的getPassword()需要被区分对待，前者是用户提交的密码凭证，后者是用户实际存储的密码，认证其实就是对这两者的比对。Authentication中的getAuthorities()实际是由UserDetails的getAuthorities()传递而形成的。还记得Authentication接口中的getDetails()方法吗?其中的UserDetails用户详细信息便是经过了 AuthenticationProvider认证之后被填充的。

通过实现UserDetailsService和UserDetails，我们可以完成对用户信息获取方式以及用户信息字段的扩展。 Spring Security提供的InMemoryUserDetailsManager(内存认证)，JdbcUserDetailsManager(jdbc认证)就是UserDetailsService的实现类，主要区别无非就是从内存还是从数据库加载用户。

PasswordEncoder

DaoAuthenticationProvider认证处理器通过UserDetailsService获取到UserDetails后，它是如何与请求Authentication中的密码做对比呢?

在这里Spring Security为了适应多种多样的加密类型，又做了抽象，DaoAuthenticationProvider通过PasswordEncoder接口的matches方法进行密码的对比，而具体的密码对比细节取决于实现:

public interface PasswordEncoder {
       String encode(CharSequence var1);
       boolean matches(CharSequence var1, String var2);
       default boolean upgradeEncoding(String encodedPassword) {
           return false;
       } 
}

而Spring Security提供很多内置的PasswordEncoder，能够开箱即用，使用某种PasswordEncoder只需要进行如下声明即可，如下:

@Bean
public PasswordEncoder passwordEncoder() {
	return NoOpPasswordEncoder.getInstance(); 
}

实际项目中推荐使用BCryptPasswordEncoder, Pbkdf2PasswordEncoder, SCryptPasswordEncoder等。

授权流程

Spring Security可以通过 http.authorizeRequests() 对web请求进行授权保护。Spring Security使用标准Filter建立了对web请求的拦截，最终实现对资源的授权访问。

Spring Security的授权流程如下:
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拦截请求，已认证用户访问受保护的web资源将被SecurityFilterChain中的 FilterSecurityInterceptor 的子类拦截。
获取资源访问策略，FilterSecurityInterceptor会从 SecurityMetadataSource 的子类DefaultFilterInvocationSecurityMetadataSource获取要访问当前资源所需要的权限Collection<ConfigAttribute> 。

SecurityMetadataSource其实就是读取访问策略的抽象，而读取的内容，其实就是我们配置的访问规则，读取访问策略如:

http .authorizeRequests()
		.antMatchers("/r/r1").hasAuthority("p1") 
		.antMatchers("/r/r2").hasAuthority("p2") 
		...

最后，FilterSecurityInterceptor会调用 AccessDecisionManager 进行授权决策，若决策通过，则允许访问资源，否则将禁止访问。

AccessDecisionManager(访问决策管理器)的核心接口如下:

public interface AccessDecisionManager {
       /**
		* 通过传递的参数来决定用户是否有访问对应受保护资源的权限
		*/
		void decide(Authentication authentication , Object object,Collection<ConfigAttribute> configAttributes ) throws AccessDeniedException, InsufficientAuthenticationException; //略..
}

这里着重说明一下decide的参数:

authentication:要访问资源的访问者的身份
object:要访问的受保护资源，web请求对应FilterInvocation
configAttributes:是受保护资源的访问策略，通过SecurityMetadataSource获取。 decide接口就是用来鉴定当前用户是否有访问对应受保护资源的权限。

授权决策

AccessDecisionManager采用投票的方式来确定是否能够访问受保护资源。
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通过上图可以看出，AccessDecisionManager中包含的一系列AccessDecisionVoter将会被用来对Authentication 是否有权访问受保护对象进行投票，AccessDecisionManager根据投票结果，做出最终决策。

AccessDecisionVoter是一个接口，其中定义有三个方法，具体结构如下所示。

public interface AccessDecisionVoter<S> { 
	int ACCESS_GRANTED = 1;
	int ACCESS_ABSTAIN = 0;
	int ACCESS_DENIED = ‐1;
	
    boolean supports(ConfigAttribute var1);
    
    boolean supports(Class<?> var1);
    
    int vote(Authentication var1, S var2, Collection<ConfigAttribute> var3);
}

vote()方法的返回结果会是AccessDecisionVoter中定义的三个常量之一。

ACCESS_GRANTED表示同意
ACCESS_DENIED表示拒绝
ACCESS_ABSTAIN表示弃权。

如果一个AccessDecisionVoter不能判定当前 Authentication是否拥有访问对应受保护对象的权限，则其vote()方法的返回值应当为弃权ACCESS_ABSTAIN。

Spring Security内置了三个基于投票的AccessDecisionManager实现类如下，它们分别是AffirmativeBased、ConsensusBased和UnanimousBased。

AffirmativeBased（基于肯定）的逻辑是:

只要有AccessDecisionVoter的投票为ACCESS_GRANTED则同意用户进行访问;
如果全部弃权也表示通过;
如果没有一个人投赞成票，但是有人投反对票，则将抛出AccessDeniedException。

Spring security默认使用的是AffirmativeBased。

ConsensusBased（基于共识）的逻辑是:

如果赞成票多于反对票则表示通过。
反过来，如果反对票多于赞成票则将抛出AccessDeniedException。
如果赞成票与反对票相同且不等于0，并且属性allowIfEqualGrantedDeniedDecisions的值为true，则表示通过，否则将抛出异常AccessDeniedException。参数allowIfEqualGrantedDeniedDecisions的值默认为true。
如果所有的AccessDecisionVoter都弃权了，则将视参数allowIfAllAbstainDecisions的值而定，如果该值为true则表示通过，否则将抛出异常AccessDeniedException。参数allowIfAllAbstainDecisions的值默认为false。

UnanimousBased（基于一致） 的逻辑与另外两种实现有点不一样，另外两种会一次性把受保护对象的配置属性全部传递给AccessDecisionVoter进行投票，而UnanimousBased会一次只传递一个ConfigAttribute给 AccessDecisionVoter进行投票。这也就意味着如果我们的AccessDecisionVoter的逻辑是只要传递进来的 ConfigAttribute中有一个能够匹配则投赞成票，但是放到UnanimousBased中其投票结果就不一定是赞成了。

UnanimousBased的逻辑具体来说是这样的:

如果受保护对象配置的某一个ConfigAttribute被任意的AccessDecisionVoter反对了，则将抛出AccessDeniedException。
如果没有反对票，但是有赞成票，则表示通过。
如果全部弃权了，则将视参数allowIfAllAbstainDecisions的值而定，true则通过，false则抛出AccessDeniedException。

Spring Security也内置一些投票者实现类如RoleVoter、AuthenticatedVoter和WebExpressionVoter等，可以
自行查阅资料进行学习。

吴声子夜歌

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