认证与授权：构建超级安全的 Spring Boot 应用，绝对不能缺少！

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环境说明：Windows 10 + IntelliJ IDEA 2021.3.2 + Jdk 1.8

前言

  你是否曾经想过，你的应用程序在开发过程中被用户访问的每一刻，背后隐藏着什么样的风险呢？是的，作为开发者，你的责任就是要为用户提供一个安全且稳定的使用环境，确保他们的数据不会被恶意篡改或者泄露。为了做到这一点，**认证（Authentication）和授权（Authorization）**是不可忽视的两个核心概念。

  你可能会想，认证和授权到底是什么？这两者有什么区别？别担心，在今天的文章里，我们将详细探讨如何通过 Spring Boot 和 Spring Security 来处理应用中的认证和授权。我们不仅会讲解基础的认证方式，还会深入到一些更高级的授权管理机制，确保你能够在实际项目中完美应对各种安全需求。

  好了，废话不多说，让我们一步步进入这个充满挑战和刺激的认证与授权世界吧！🎮

📚 目录

1. 🔑 用户身份验证：基本认证、表单认证、OAuth2认证
2. 🔒 授权管理与角色权限控制
3. 🛠️ 使用 @PreAuthorize 与 @Secured 进行方法级安全
4. 🪙 JWT（JSON Web Token）与 Spring Security 的集成

🔑 用户身份验证：基本认证、表单认证、OAuth2认证

  我们先从 认证 开始，这是一种验证用户身份的过程，只有通过认证，系统才会知道你是谁。一般来说，认证有几种方式：基本认证、表单认证和 OAuth2认证。每种方式有各自的特点，可以根据实际需要选择不同的方式来实施。

1. 基本认证（Basic Authentication）

  所谓基本认证，就是通过 HTTP 请求头中的 Authorization 字段来传递用户名和密码的方式。简单、直接，但也有缺点：每次请求都需要发送用户名和密码，存在一定的安全隐患。虽然它在开发环境下还可以用，但在生产环境下，我们一般都会考虑用更加安全的方式。

如何配置基本认证？

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
            .authorizeRequests()
            .anyRequest().authenticated()
            .and()
            .httpBasic();  // 启用基本认证
    }
}

  这段代码非常简单，启用了基本认证，意味着任何请求都需要经过身份验证。简单吧？不过，正如前面所说，这种方式不太适合在生产环境中使用，尤其是当我们处理敏感数据时。

2. 表单认证（Form-based Authentication）

  表单认证通常是 Web 应用中最常见的认证方式。用户通过填写用户名和密码的表单来登录，提交后由后端验证。这个方式相比基本认证更加安全，因为用户名和密码不会直接出现在 HTTP 请求的头部，而是通过 POST 请求提交。

如何配置表单认证？

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
            .authorizeRequests()
            .antMatchers("/login", "/register").permitAll()  // 允许访问登录和注册页面
            .anyRequest().authenticated()  // 其他请求需要身份验证
            .and()
            .formLogin()  // 启用表单认证
            .loginPage("/login")  // 自定义登录页面
            .permitAll();  // 允许所有用户访问登录页面
    }
}

  通过这种方式，你不仅可以自定义登录页面，还能指定哪些路径允许匿名访问（比如登录和注册页面）。可以说，这种方式在大多数 Web 应用中都能派上用场。

3. OAuth2 认证：第三方登录的利器！

  OAuth2 是一个非常强大的认证协议，特别适合用于第三方登录。例如，用户可以通过 Google、Facebook 或 GitHub 等平台的账号登录你的应用，而不需要为你的应用创建一个新的用户名和密码。

如何配置 OAuth2 认证？

在 pom.xml 中添加 OAuth2 依赖：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-oauth2-client</artifactId>
</dependency>

然后在 application.yml 配置文件中添加 OAuth2 相关信息：

spring:
  security:
    oauth2:
      client:
        registration:
          google:
            client-id: YOUR_GOOGLE_CLIENT_ID
            client-secret: YOUR_GOOGLE_CLIENT_SECRET
            scope: profile, email
            redirect-uri: "{baseUrl}/login/oauth2/code/{registrationId}"
            authorization-grant-type: authorization_code
            client-name: Google

  这样一来，用户就可以通过 Google 账号登录你的应用。OAuth2 的最大优点是它不需要用户提供用户名和密码，降低了安全风险。用户只需授权一次，以后每次登录都会自动验证。

🔒 授权管理与角色权限控制

  授权 是在用户认证通过后，决定该用户能够访问哪些资源的过程。简单来说，就是授权决定了用户能做什么，而 认证 则确认了用户是谁。

1. 基于角色的权限控制

  在 Spring Security 中，通常是通过用户的角色来进行授权控制的。你可以通过配置 @PreAuthorize 或 @Secured 注解，来控制哪些角色的用户可以访问哪些路径。

基于角色的权限控制配置：

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
            .authorizeRequests()
            .antMatchers("/admin/**").hasRole("ADMIN")  // 只有 ADMIN 角色的用户可以访问 /admin 目录
            .antMatchers("/user/**").hasAnyRole("USER", "ADMIN")  // 用户和管理员都可以访问 /user 目录
            .anyRequest().authenticated();
    }
}

  上面的代码展示了如何通过角色来控制权限：只有 ADMIN 角色的用户能访问 /admin 路径，而 USER 和 ADMIN 都可以访问 /user 路径。

2. 方法级安全控制：@PreAuthorize 和 @Secured

  在 Spring Security 中，我们还可以通过 @PreAuthorize 和 @Secured 注解在方法级别进行更精细的权限控制。

示例：使用 @PreAuthorize

@PreAuthorize("hasRole('ADMIN')")
public void deleteUser(Long userId) {
    // 删除用户的操作
}

  这个方法会限制只有 ADMIN 角色的用户才能调用。非常适合需要细粒度控制的场景。

示例：使用 @Secured

@Secured("ROLE_USER")
public void viewProfile(Long userId) {
    // 查看用户资料的操作
}

  @Secured 注解比较简单，只能控制基于角色的权限，而 @PreAuthorize 允许你使用更复杂的表达式，比如根据用户的 ID 来控制访问权限。

🛠️ 使用 @PreAuthorize 与 @Secured 进行方法级安全

  在某些情况下，我们不仅需要基于 URL 的权限控制，还需要对具体的方法进行权限控制。这时候，@PreAuthorize 和 @Secured 就派上了用场。

1. @PreAuthorize：支持复杂表达式

  @PreAuthorize 可以在方法执行之前，通过 SpEL（Spring Expression Language）进行权限判断。它比 @Secured 更加灵活，支持更复杂的逻辑。

示例：

@PreAuthorize("hasRole('ADMIN') or hasRole('MODERATOR')")
public void editPost(Long postId) {
    // 编辑帖子操作
}

  上面的方法可以被 ADMIN 或 MODERATOR 角色的用户调用。如果你有多个角色可以执行某个操作，@PreAuthorize 是一个非常好的选择。

2. @Secured：简单且易用

  相比 @PreAuthorize，@Secured 更加简单，但它只支持基于角色的权限控制，不能使用复杂的表达式。

示例：

@Secured("ROLE_ADMIN")
public void deletePost(Long postId) {
    // 删除帖子操作
}

  这个方法只能被 ROLE_ADMIN 角色的用户访问。@Secured 是一种简洁的权限控制方式，适合一些简单的权限管理场景。

🪙 JWT（JSON Web Token）与 Spring Security 的集成

  在现代的 Web 应用中，使用 JWT（JSON Web Token） 来进行认证和授权已经成为一种趋势。与传统的基于 Session 的认证方式不同，JWT 采用无状态认证，这意味着每次请求都携带着认证信息，不需要服务器保存 Session。

1. JWT 的工作原理

JWT 通常由三部分组成：Header（头部）、Payload（负载）和 Signature（签名）。这些部分经过加密后合成一个字符串，通过 HTTP 请求头传递，后台可以通过这个 Token 来验证用户的身份。

2. 集成 JWT 与 Spring Security

  集成 JWT 的第一步是将 JWT 生成和验证的逻辑封装在工具类中，通常我们会使用 jjwt 库来处理 JWT。

在 pom.xml 中添加依赖：

<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
    <artifactId>jjwt</artifactId>
    <version>0.11.5</version>
</dependency>

然后，我们可以创建一个 JwtTokenUtil 类来生成和解析 JWT：

public class JwtTokenUtil {
    private static final String SECRET_KEY = "your-secret-key";

    public String generateToken(String username) {
        return Jwts.builder()
            .setSubject(username)
            .setIssuedAt(new Date())
            .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + 86400000))  // 过期时间 24 小时
            .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, SECRET_KEY)
            .compact();
    }

    public String extractUsername(String token) {
        return Jwts.parser()
            .setSigningKey(SECRET_KEY)
            .parseClaimsJws(token)
            .getBody()
            .getSubject();
    }

    public boolean isTokenExpired(String token) {
        return extractExpiration(token).before(new Date());
    }

    private Date extractExpiration(String token) {
        return Jwts.parser()
            .setSigningKey(SECRET_KEY)
            .parseClaimsJws(token)
            .getBody()
            .getExpiration();
    }
}

  接下来，我们需要创建一个过滤器，在每次请求中提取 JWT，并进行认证：

public class JwtAuthenticationFilter extends OncePerRequestFilter {
    private JwtTokenUtil jwtTokenUtil;

    @Override
    protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain filterChain) throws ServletException, IOException {
        String token = extractToken(request);
        if (token != null && jwtTokenUtil.isTokenExpired(token)) {
            Authentication authentication = new UsernamePasswordAuthenticationToken(userDetails, null, userDetails.getAuthorities());
            SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication);
        }
        filterChain.doFilter(request, response);
    }

    private String extractToken(HttpServletRequest request) {
        String header = request.getHeader("Authorization");
        if (header != null && header.startsWith("Bearer ")) {
            return header.substring(7);
        }
        return null;
    }
}

😎 总结

  经过这一篇文章的讲解，相信你已经对 Spring Boot 中的认证与授权有了更深入的理解。我们从最基本的身份验证方式出发，讲解了如何配置基本认证、表单认证和 OAuth2 认证，并且介绍了如何通过 角色权限控制、方法级安全和 JWT 集成来实现更加安全的应用。

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