Spring Security 用户名密码认证实例

1. 前言

上一节，我们介绍了 Spring Security 的基本认证组件，本节我们介绍最常见的认证方式「密码认证」的实现方法。

用户名、密码认证被广泛应用于 PC 端的 Web 应用和客户端应用，比如登陆网站，又比如 QQ 桌面客户端。

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图 1 慕课登录页面 Spring Security 提供了成熟的用户名密码认证解决方案。针对用户名、密码认证，从认证请求方式的角度，可以将认证过程分为三类：

表单登录；
基本认证；
数字认证。

从认证数据源角度分类，也可以将认证分为：

使用内存存储；
使用关系型数据库存储；
自定义存储；
LDAP 存储。

本小节实例开发环境：

本小节所使用的实例代码是基于 Spring 官网中提供的最小化 HelloWorld 模板创建，请点此下载完整的 HelloWorld 模板压缩包。

编译环境：JDK 1.8，点此下载；
构建工具：Maven 3.5.3，点此下载；
开发工具：VS Code，点此下载、控制台；
其他依赖性：无

2. 实例讲解

2.1 创建 Spring Security 项目

修改 Hello World 模板工程的目录名称为 UsernamePasswordSample；
修改 pom.xml 文件，将基础信息部分改为如下形式：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
	xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
略...
	<groupId>imooc.springsecurity</groupId>
	<artifactId>UsernamePasswordSample</artifactId>
	<version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
略...
</project>

修改启动类，修改其包名为 imooc.springsecurity.usernamepassword，修改类名为 UsernamePasswordSample；
创建测试页面，返回登录用户信息

新建 src/main/java/imooc/springsecurity/usernamepassword/controller/UserController.java。

package imooc.springsecurity.usernamepassword.controller;

import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

import java.security.Principal;

@RestController
@RequestMapping("user")
public class UserController {
    @RequestMapping("me")
    private String showMe(Principal principal) {
        return String.format("当前登录用户为：「%s」", principal.getName());
    }
}

在项目根目录控制台输入命令 mvn spring-boot:run，如看到以下输出代表配置正确。

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2.2 表单认证

2.2.1 表单认证的过程说明

Spring Security 支持从 HTML 的 Form 表单形式提交登录用户信息。

表单认证可分为以下步骤：

用户请求受保护资源；
Spring Security 的 FilterSecurityInterceptor 对象，检测到当前用户认证未通过，应予以拒绝，并抛出 AccessDeniedException；
当 AccessDeniedException 被 ExceptionTranslationFilter 接收后，其认定需要发起认证流程，此时用户被要求登录，认证服务器将登录地址（默认由 LoginUrlAuthenticationEntryPoint）返回给客户端；
客户端浏览重定向到登录页面；
登录页面有服务端渲染生成。

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图 2 表单登录流程

当用户提交登录信息，认证服务器端的 UsernamePasswordAuthenticationFilter 就会被执行。

此过程的具体执行过程如下：

UsernamePasswordAuthenticationFilter 产生 UsernamePasswordAuthenticationToken，并存入从请求中获取的用户名、密码等信息；
创建出的 Token 被传递给 AuthenticationManager 用于认证；
认证成功或失败的后续流程同上一小节中关于 AbstractAuthenticationProcessingFilter 的执行过程一致。

2.2.2 表单认证的开启

默认情况下，Spring Security 开启了表单认证功能。如果我们需要显式配置，可用如下方式实现。

创建 Security 配置文件: src/main/java/imooc/springsecurity/usernamepassword/config/WebSecurityConfig.java，并在其中添加 http.formLogin(withDefaults()) 的配置，完整代码如下：

package imooc.springsecurity.usernamepassword.config;

import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.security.config.Customizer;
import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.HttpSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.WebSecurityConfigurerAdapter;

@Configuration
public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.formLogin(Customizer.withDefaults());
    }

}

访问 http://localhost:8080/user/me ，网页会自动跳转到登录页面。

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登录页面输入默认生成的用户名「user」, 默认生成密码可在控制台日志中找到。如下图：

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提交登录后，通过认证，我们将在浏览器看到当前登录的用户名。

当前登录用户为：「user」

2.2.3 表单认证的配置

默认情况下，表单登录的跳转地址是 /login，登录参数中用户名变量名为 username，密码变量名为 password。如果我们需要修改这些配置信息，可以通过如下方式实现：

在 configure(HttpSecurity http) 方法中，为 http 的 formLogin 项修改配置。

    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.authorizeRequests()
                .antMatchers("/login").permitAll() // 表单认证页面不需要权限
                .anyRequest().authenticated(); // 其他页面需要登录用户才能访问

        http.formLogin()
                .loginPage("/login") // 自定义表单认证页面地址
                .usernameParameter("user")
                .passwordParameter("pass");

        http.csrf().disable(); // 关闭 csrf 以通过认证，注意，这不是最好的做法，后续章节会有介绍。
    }

当然这一步中配置 /login 页面需要我们自己去实现。这里有几个需要注意的地方：

自定义表单提交地址为 /login ，提交方法仅支持 POST；
表单需要支持 CSRF 票据，即附带 _csrf 参数；
用户名字段需要命名为 user；
密码字段需要命名为 pass；
当认证失败时，表单页面会收到 error 参数；
当用户退出成功时，表单页面会收到 logout 参数。

为了测试上述配置，我们创建一个测试登录页：

新建 src/main/java/imooc/springsecurity/usernamepassword/controller/LoginController.java。

package imooc.springsecurity.usernamepassword.controller;

import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;

@Controller
public class LoginController {
    @RequestMapping("/login")
    public String viewLogin2() {
        return "/login.html";
    }
}

新建 src/main/resources/templates/login.html

<form method="post" action="/login">
    <input type="text" name="user">
    <input type="password" name="pass">
    <input type="submit" value="登录">
</form>

访问测试：http://localhost:8080/user/me ，此时跳转到我们新建的登录页面。

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登录页面输入用户名密码后可看到用户信息。

2.3 基本认证

2.3.1 基本认证的流程

基本认证也是常用的认证方式。基本认证分两种场景：

如果直接在浏览器里访问页面，浏览器会弹出登录窗口，如下图：
如果发送未经认证的 http 请求，服务端会返回 401 错误。

实现基本认证有两种方式：

在请求头中添加 Authorization: "Basic Base64(用户名+密码)"；
在请求参数中增加用户名和密码。

在 Spring Security 中，具体的认证过程如下：

用户请求受保护资源；（与表单认证相同）
Spring Security 的 FilterSecurityInterceptor 对象，检测到当前用户认证未通过，应予以拒绝，并抛出 AccessDeniedException；（与表单认证相同）
当 AccessDeniedException 被 ExceptionTranslationFilter 接收后，其认定需要发起认证流程，此时用户被要求登录，认证服务器将认证头 WWW-Authenticate （默认由 BasicAuthenticationEntryPoint 提供）返回给客户端。

当客户端收到 WWW-Authenticate 头后，客户端提供用户名和密码参数用于认证。

2.3.2 基本认证的配置

默认情况下，Spring Security 开启了基本认证功能。如果我们需要显式配置，可用如下方式实现。

protected void configure(HttpSecurity http) {
    http
        // ...
        .httpBasic(withDefaults());
}

2.4 数字认证

数字认证在新型应用中已不建议使用，因为这种方式下，用户的敏感信息，比如密码等都需要以明文形式存在，因此数字认证方式并不安全。

数字认证对应的认证过滤器为：DigestAuthenticationFilter。

2.5 在内存中配置用户名密码

内存认证是将用户名密码信息存储在内存之中，通过 InMemoryUserDetailsManager 方式完成认证。

内存认证添加用户的方式如下，在 WebSecurityConfig.java 类（非必须）中添加以下 Bean 定义。

@Bean
public UserDetailsService users() {
  	// 用户1 user 用户
    UserDetails user = User.builder()
        .username("user")
        .password("{bcrypt}$2a$10$GRLdNijSQMUvl/au9ofL.eDwmoohzzS7.rmNSJZ.0FxO/BTk76klW")
        .roles("USER")
        .build();

    // 用户2 admin 用户
    UserDetails admin = User.builder()
        .username("admin")
        .password("{bcrypt}$2a$10$GRLdNijSQMUvl/au9ofL.eDwmoohzzS7.rmNSJZ.0FxO/BTk76klW")
        .roles("USER", "ADMIN")
        .build();

    return new InMemoryUserDetailsManager(user, admin);
}

注意，其中的密码字段需要符合系统加密规则。比较简单的生成方式是通过 Spring Boot CLI 工具，在控制台将密码转换为密文。

然后我们可以在登录表单中，用这里配置的用户信息完成认证。

2.6 使用数据库管理用户名密码

Spring Security 支持使用数据库作为认证数据源，并且提供了默认数据模型。

2.6.1 默认的数据模型

使用 JDBC 数据源最简单直接的方法就是使用 Spring Security 提供的默认数据模型「users.ddl」构建认证数据库。

users.ddl 的定义如下：

create table users(
    username varchar_ignorecase(50) not null primary key,
    password varchar_ignorecase(50) not null,
    enabled boolean not null
);

create table authorities (
    username varchar_ignorecase(50) not null,
    authority varchar_ignorecase(50) not null,
    constraint fk_authorities_users foreign key(username) references users(username)
);
create unique index ix_auth_username on authorities (username,authority);

使用此数据库描述文本，在我们的数据库中创建「用户表」和「权限表」，并在 Spring Security 项目中配置 JDBC 数据源。

2.6.2 配置 JDBC 数据源

    @Autowired
    private DataSource dataSource;
    @Autowired
    public void configAuthentication(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        auth.jdbcAuthentication().dataSource(dataSource);
    }

如此，我们便可以用数据库中存储的用户名和密码进行登录校验了。

3. 小结

本节我们介绍了用户名密码认证的实现方式，主要知识点如下：

Spring Security 用户名密码认证有多种实现方式，从认证方式角度看，可以分为表单认证、基本认证和数字证书认证，其中数字证书认证已经不适用现代的互联网技术。从认证数据源角度，也可以分为内存认证、JDBC 数据库认证和 LDAP 认证。

用户名密码认证是 Spring Security 框架中最基本的认证形式。下节开始我们将讨论一种在移动应用被广泛应用的认证方式：OAuth2.0 认证。