深入解析Spring Security框架：核心概念、核心功能实现原理与灵活运用

前文中参照最佳实践谈了几种Spring Security的用法。下面来分析下Spring Security框架核心概念有哪些，有哪些组件，要实现哪些安全功能，原理及关键代码的设计分析及对其灵活运用：

Spring Security功能及特性有哪些？

1. 身份认证（Authentication）：

   • 支持多种身份认证方式，如基于用户名密码、Token、OAuth 等。
   • 定义认证接口和相关实现类，处理用户认证请求并返回认证结果。
   • 提供认证过程中的钩子（hooks），允许开发人员自定义额外的认证逻辑。

2. 访问控制（Authorization）：

   • 支持不同的访问控制策略，如基于角色、权限等。
   • 定义授权接口和相关实现类，根据认证结果决定用户是否有权访问资源。
   • 提供授权过程中的钩子，允许开发人员自定义额外的授权逻辑。

3. 安全过滤器链（Security Filter Chain）：

   • 将安全过滤器按特定顺序链接在一起，以处理请求。
   • 每个安全过滤器负责特定任务，如 CSRF 防护、跨域支持、请求日志记录等。
   • 允许开发人员根据需要添加、移除、替换过滤器，以满足定制化需求。

4. 上下文管理（Context Management）：

   • 提供安全上下文，存储当前用户的认证信息和授权信息。
   • 在请求处理过程中，使得安全上下文可被访问和更新。
   • 允许开发人员根据需求进行自定义的上下文管理。

5. 异常处理（Exception Handling）：

   • 定义不同类型的安全相关异常，如认证失败、访问被拒绝等。
   • 提供异常处理机制，使得异常能够被捕获、处理和返回适当的响应信息。
   • 允许开发人员根据业务需求自定义异常类型和异常处理器。

6. 集成与扩展性：

   • 能够方便地集成到现有的应用程序中，提供相应的配置和接口。
   • 允许用户通过配置文件或代码方式进行灵活的框架定制。
   • 提供插件机制，允许开发人员扩展和添加自定义的安全功能。

当然，还包括一些涉及其他方面的细节，如密码加密、会话管理、日志记录等。这些知识点和流程可以作为起点，根据具体需求和技术栈进行进一步的设计和实现。

Spring Security中的几个核心概念及相关类

基于RBAC访问控制模型的概念与类：

1. UserDetailsService： UserDetailsService接口用于加载用户的详细信息，包括用户名、密码和角色等。您可以根据自己的需求实现这个接口，并提供相应的用户信息。

2. UserDetails： UserDetails接口代表了加载的用户详细信息，包括用户名、密码、角色和权限等。它定义了一些方法用于获取用户信息，如getUsername()、getPassword()、getAuthorities()等。

3. UserDetailsServiceImpl： 这是一个示例实现UserDetailsService接口的类。它通常从数据库或其他数据源加载用户信息，并将其封装为UserDetails对象返回。

4. GrantedAuthority： GrantedAuthority接口表示用户的授权信息，它通常代表用户的角色或权限。它定义了一个方法getAuthority()用于获取授权的字符串表示形式。

5. AuthenticationProvider： AuthenticationProvider接口是认证过程的核心，它负责验证用户的身份，并构建和返回一个完全填充的Authentication对象，其中包含用户的角色和权限信息。

6. DaoAuthenticationProvider： DaoAuthenticationProvider是AuthenticationProvider接口的一个具体实现类，它使用UserDetailsService来验证用户的身份并加载用户信息。

7. AccessDecisionManager： AccessDecisionManager接口用于决策用户是否具有对资源的访问权限。它根据用户的角色和权限信息，以及资源的相关属性进行决策。

8. FilterSecurityInterceptor： FilterSecurityInterceptor是Spring Security中的一个拦截器，负责执行最终的访问控制决策。它在请求到达受保护的资源之前进行拦截，并根据AccessDecisionManager的决策结果来判断是否允许访问。

9. 身份认证（Authentication）：

   • Authentication 接口：表示认证对象，包含用户凭证和权限信息。
   • AuthenticationProvider 接口：用于处理身份认证请求，验证用户凭证并返回认证结果。
   • DaoAuthenticationProvider 类：实现了 AuthenticationProvider 接口，基于用户名密码进行身份认证。
   • AuthenticationManager 接口：管理身份认证过程，委托给配置中的 AuthenticationProvider 进行实际认证。

10. 访问控制（Authorization）：

    • AccessDecisionManager 接口：用于决定用户是否有权限访问资源。
    • AffirmativeBased 类：实现了 AccessDecisionManager 接口，采用"积极授权策略"来判断是否有权限。
    • RoleHierarchyImpl 类：实现了角色层级关系，允许通过角色继承关系授权。

11. 安全过滤器链（Security Filter Chain）：

    • AbstractSecurityInterceptor 抽象类：定义了安全拦截器的通用逻辑。
    • FilterChainProxy 类：负责管理安全过滤器链，将请求传递给链中的各个过滤器进行处理。
    • 各种安全过滤器：如 UsernamePasswordAuthenticationFilter（处理用户名密码认证）、CsrfFilter（处理 CSRF 防护）等，每个过滤器负责特定任务。

12. 上下文管理（Context Management）：

    • SecurityContextHolder 类：提供访问和管理安全上下文的静态方法。
    • SecurityContext 接口：表示安全上下文对象，包含当前用户的认证信息和授权信息。
    • SecurityContextPersistenceFilter 类：负责在请求处理期间加载和保存安全上下文。

13. 异常处理（Exception Handling）：

    • 安全相关异常类：如 AuthenticationException（身份认证异常）、AccessDeniedException（访问拒绝异常）等。
    • AuthenticationEntryPoint 接口：用于处理未经身份认证的请求并返回适当的响应。
    • AccessDeniedHandler 接口：处理访问被拒绝的情况，并返回适当的响应。

14. FilterChainProxy doFilter() 方法：

    • FilterChainProxy 是Spring Security中的核心过滤器，负责协调和调用其他安全过滤器链。
    • doFilter() 方法用于执行安全过滤器链中的每个过滤器，处理传入的HTTP请求，并将其传递给下一个过滤器。

15. HttpSecurity：

    • HttpSecurity 是一个配置类，用于定义Web安全的规则。
    • 通过 HttpSecurity，我们可以配置一系列的安全规则，如访问控制、登录认证、跨站请求伪造（CSRF）保护等。

16. SecurityFilterChain：

    • SecurityFilterChain 定义了一组安全过滤器链，用于处理特定URL或URL模式的安全性需求。
    • 每个 SecurityFilterChain 都有一个匹配的 RequestMatcher，当请求与该匹配器相匹配时，将会应用对应的安全过滤器链。

17. WebSecurityConfigurerAdapter：

    • WebSecurityConfigurerAdapter 是一个方便的基类，用于创建和配置 WebSecurity 的实例。
    • 通过继承 WebSecurityConfigurerAdapter，我们可以重写其中的方法来自定义安全配置。
    • 例如，我们可以重写 configure(HttpSecurity http) 方法来配置请求的访问控制规则、异常处理、身份验证方式等。

除了上述核心组件和类外，Spring Security 还提供了一系列辅助类和配置选项，用于实现集成、扩展和定制化。它们包括密码编码器（PasswordEncoder）、会话管理（SessionManagementConfigurer）、用户详细信息服务（UserDetailsService）等。

Spring Security的核心功能分析

时序图，流程图，类图，设计模式 认证流程

时序图：

1. Client：客户端，负责发送认证请求并接收响应。
2. UsernamePasswordAuthenticationToken：封装了用户提交的用户名和密码等信息的认证令牌。
3. FilterChainProxy：安全过滤器链管理器，负责协调和执行一系列过滤器的工作。
4. 过滤器链：一系列过滤器按照顺序处理请求，在认证流程中包括UsernamePasswordAuthenticationFilter。
5. AuthenticationManager：认证管理器，调用多个AuthenticationProvider进行身份验证。
6. AuthenticationProvider：具体的认证提供者，根据不同的方式（如DaoAuthenticationProvider、LdapAuthenticationProvider等）完成具体的认证逻辑。
7. UserDetailsService：用户详细信息服务，用于获取用户的详细信息。
8. 返回具体用户信息的Authentication对象：认证成功后，认证提供者返回包含用户详细信息的Authentication对象。
9. Authentication对象存储到SecurityContext：认证成功后，将认证结果存储到SecurityContext中。
10. SecurityContextHolder：安全上下文持有者，用于获取和管理认证信息。
11. 用户获取认证信息：用户可以通过SecurityContextHolder获取SecurityContext，从中获取认证信息。

类图：

• AuthenticationManager：负责进行身份验证的管理类。它包含多种AuthenticationProvider，并通过调用这些Provider来完成实际的认证工作。
• AuthenticationProvider：抽象类，定义了认证提供者的基本结构。其具体实现类（例如DaoAuthenticationProvider、LdapAuthenticationProvider等）负责具体的用户认证逻辑。
• Authentication：代表一次认证请求的结果，包括认证是否成功、认证的用户信息等。
• UserDetails：代表认证成功的用户信息，包括用户名、密码、角色等。
• UserDetailsServiceImpl：实现了UserDetailsService接口，用于从数据库或其他存储中获取用户详细信息。
• UsernamePasswordAuthenticationToken：用于封装用户提交的用户名和密码。
• SecurityContext：表示当前的安全上下文，存储了当前用户的认证信息。

设计模式分析： 在Spring Security的认证流程中，主要使用了以下设计模式：

• 策略模式（Strategy Pattern）：AuthenticationManager通过聚合一组AuthenticationProvider对象，采用不同的策略来完成认证工作。每个Provider都有自己的认证逻辑，通过这种方式实现了认证过程的灵活性和可扩展性。
• 装饰器模式（Decorator Pattern）：Spring Security提供了多个装饰类（例如RememberMeAuthenticationProvider、OpenIDAuthenticationProvider等），用于对AuthenticationProvider进行功能增强或特定需求的处理。

使用这种设计模式的优势在于提供定制化服务，可以根据具体需求灵活地扩展和定制Spring Security的认证流程，以满足应用程序的安全要求。

授权流程

1. Client：客户端，负责发送访问受限资源的请求。
2. FilterChainProxy：安全过滤器链管理器，负责协调和执行一系列过滤器的工作。
3. 过滤器链：一系列过滤器按照顺序处理请求，在授权流程中包括RequestAuthenticationFilter。
4. RequestAuthenticationFilter：过滤器用于检查用户是否已通过认证，如果没有则触发认证过程。
5. AuthenticationManager：认证管理器，调用多个AuthenticationProvider进行身份验证。
6. AuthenticationProvider：具体的认证提供者，根据不同的方式（如DaoAuthenticationProvider、LdapAuthenticationProvider等）完成具体的认证逻辑。
7. UserDetailsService：用户详细信息服务，用于获取用户的详细信息。
8. 返回具体用户信息的Authentication对象：认证成功后，认证提供者返回包含用户详细信息的Authentication对象。
9. Authentication对象存储到SecurityContext：认证成功后，将认证结果存储到SecurityContextHolder中。
10. 应用程序通过AccessDecisionManager进行授权决策。AccessDecisionManager会考虑用户的认证信息、资源需要的权限和用户实际具备的权限，来判断用户是否有权访问该资源。
11. AccessDecisionManager可以根据具体需求调用其他组件，如AccessDecisionVoter来进行投票，以确定最终的授权决策。根据授权决策的结果，确定是否允许用户访问受限资源。
12. 继续执行剩余的FilterChainProxy，以处理后续的请求过程。
13. 最终，用户可以访问受限资源或被拒绝访问，取决于授权决策结果。

设计模式分析：在Spring Security的授权流程中，主要使用了以下设计模式：

• 策略模式（Strategy Pattern）：通过将不同的投票逻辑封装成不同的Voter实现，实现了投票策略的灵活性。可以根据具体需求选择不同的投票策略，而无需修改核心授权流程的代码。
• 装饰器模式（Decorator Pattern）：在授权流程中，AccessDecisionVoterImpl实现了Voter接口，并对投票结果进行补充计数和判定的额外处理。通过装饰器模式，可以在不修改原有投票逻辑的情况下，对投票结果进行增强。
• 责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）：在授权流程中，多个Voter组成一条投票责任链，每个Voter按照一定的顺序进行投票。如果一个Voter无法给出明确的授权结果，则传递给下一个Voter进行投票。通过责任链模式，可以实现多个Voter的协同工作，并以灵活的方式处理授权决策。

Spring Security的可定制化功能

在Spring Security的应用中，它有许多的安全防护能力，也能通过自定义来实现定制化的功能，通过上面的流程，设计模式分析，可以了解到的定制化功能有如下这些：

1. 自定义认证提供者（AuthenticationProvider）：可以实现自定义的认证提供者来支持不同的认证方式，例如基于第三方身份验证服务（如OAuth、OpenID）或其他自定义的认证逻辑。可以通过继承AbstractUserDetailsAuthenticationProvider类或实现AuthenticationProvider接口来实现自定义认证提供者。

javaCopy Code
public class CustomAuthenticationProvider implements AuthenticationProvider {

    @Override
    public Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException {
        // 自定义认证逻辑，例如基于第三方身份验证服务的认证方式
        // 返回一个经过认证的 Authentication 对象
    }

    @Override
    public boolean supports(Class<?> authenticationType) {
        // 指定该认证提供者支持的认证类型
    }

}

3. 自定义用户详细信息服务（UserDetailsService）：可以实现自定义的用户详细信息服务，用于从不同的存储介质（如数据库、LDAP、自定义服务等）获取用户详细信息。可以通过实现UserDetailsService接口来实现自定义用户详细信息服务，并在认证提供者中使用它。

javaCopy Code
public class CustomUserDetailsService implements UserDetailsService {

    @Override
    public UserDetails loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException {
        // 从数据库或其他存储介质中获取用户详细信息
        // 返回一个实现了 UserDetails 接口的对象
    }

}

5. 自定义认证成功处理器（AuthenticationSuccessHandler）和认证失败处理器（AuthenticationFailureHandler）：可以实现自定义的处理器来处理认证成功和失败的情况，例如重定向到特定页面、返回自定义的错误信息等。可以通过实现AuthenticationSuccessHandler和AuthenticationFailureHandler接口来实现自定义处理器，并在配置中进行相应的配置。

javaCopy Code
public class CustomAuthenticationSuccessHandler implements AuthenticationSuccessHandler {

    @Override
    public void onAuthenticationSuccess(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Authentication authentication) throws IOException, ServletException {
        // 认证成功后的处理逻辑，例如重定向到特定页面或返回自定义的成功信息
    }

}

public class CustomAuthenticationFailureHandler implements AuthenticationFailureHandler {

    @Override
    public void onAuthenticationFailure(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, AuthenticationException exception) throws IOException, ServletException {
        // 认证失败后的处理逻辑，例如返回自定义的失败信息或重定向到特定页面
    }

}

7. 自定义访问决策管理器（AccessDecisionManager）：可以实现自定义的访问决策管理器来灵活控制资源的访问权限判断逻辑。可以通过实现AccessDecisionManager接口来实现自定义访问决策管理器，并在配置中进行相应的配置。

javaCopy Code
public class CustomAccessDecisionManager implements AccessDecisionManager {

    @Override
    public void decide(Authentication authentication, Object object, Collection<ConfigAttribute> configAttributes) throws AccessDeniedException, InsufficientAuthenticationException {
        // 自定义访问决策逻辑，根据认证信息和资源的权限要求判断是否允许访问
    }

    @Override
    public boolean supports(ConfigAttribute attribute) {
        // 指定该访问决策管理器支持的配置属性类型
    }

    @Override
    public boolean supports(Class<?> clazz) {
        // 指定该访问决策管理器支持的受保护对象类型
    }

}

9. 自定义访问拒绝处理器（AccessDeniedHandler）：可以实现自定义的访问拒绝处理器来处理访问被拒绝的情况，例如返回自定义的错误信息或重定向到特定页面。可以通过实现AccessDeniedHandler接口来实现自定义访问拒绝处理器，并在配置中进行相应的配置。

javaCopy Code
public class CustomAccessDeniedHandler implements AccessDeniedHandler {

    @Override
    public void handle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, AccessDeniedException accessDeniedException) throws IOException, ServletException {
        // 访问被拒绝时的处理逻辑，例如返回自定义的错误信息或重定向到特定页面
    }

}

1. 自定义异常处理器（AuthenticationEntryPoint）：可以实现自定义的异常处理器来处理认证异常，例如未登录或无权限访问的情况。

javaCopy Code
public class CustomAuthenticationEntryPoint implements AuthenticationEntryPoint {

    @Override
    public void commence(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, AuthenticationException authException) throws IOException, ServletException {
        // 处理认证异常，例如用户未登录或无权限访问的情况
    }

}

最后自定义后需要将其配置到Spring Security中才能生效：

javaCopy Code
@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    @Autowired
    private CustomAuthenticationProvider customAuthenticationProvider;

    @Autowired
    private CustomUserDetailsService customUserDetailsService;

    @Autowired
    private CustomAuthenticationSuccessHandler customAuthenticationSuccessHandler;

    @Autowired
    private CustomAuthenticationFailureHandler customAuthenticationFailureHandler;

    @Autowired
    private CustomAccessDecisionManager customAccessDecisionManager;

    @Autowired
    private CustomAccessDeniedHandler customAccessDeniedHandler;

    @Autowired
    private CustomAuthenticationEntryPoint customAuthenticationEntryPoint;

    @Override
    protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        // 配置自定义的认证提供者
        auth.authenticationProvider(customAuthenticationProvider);
    }

    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
            .authorizeRequests()
                // 配置访问决策管理器
                .accessDecisionManager(customAccessDecisionManager)
                .anyRequest().authenticated()
                .and()
            .formLogin()
                // 配置认证成功和失败处理器
                .successHandler(customAuthenticationSuccessHandler)
                .failureHandler(customAuthenticationFailureHandler)
                .and()
            .exceptionHandling()
                // 配置访问拒绝处理器和异常处理器
                .accessDeniedHandler(customAccessDeniedHandler)
                .authenticationEntryPoint(customAuthenticationEntryPoint);
    }

    @Override
    protected void configure(UserDetailsService userDetailsService) throws Exception {
        // 配置自定义的用户详细信息服务
        userDetailsService(customUserDetailsService);
    }
}

PS: RBAC模型通常包含以下几个关键名词：

• 用户（User）：系统中的实际用户，需要访问特定资源。
• 角色（Role）：定义了一组权限和访问权限，可以分配给用户。
• 权限（Permission）：定义了对资源的特定操作或功能。
• 资源（Resource）：用户需要访问的对象或数据。
• 分配（Assignment）：将角色分配给用户的过程。

RBAC模型的基本原则是分离权限的定义和权限的赋予。管理员可以根据用户的职责和要求，将合适的角色分配给用户，角色又与一组权限相关联。这样，当用户的职责发生变化时，只需要更改其角色分配，而不需要逐个修改其权限。 参考资料：

docs.spring.io/spring-secu...