【第3期】Springboot集成SpringSecurity+RSA+ECS免密登录

本期简介

RSA是非常安全的非对称加解密算法，单纯的RSA的原理和使用网络资料较多，本期不细讲RSA的原理，主要讲解实战，如何与Springboot+SpringSecurity集成起来，做到在安全框架基础上，对用户的密码进行加密存储，解密认证。同时，平时我们登录ECS服务器大多数情况都是账号密码登录形式，麻烦且容易忘记密码，本期最后会讲如何通过RSA的密钥来实现ECS免密自动登录。

本期要点：

如何生成RSA公钥文件和私钥文件
获取公钥文件和私钥文件转换成JDK的密钥文件对象
简单的验证加密和解密
与Springboot、SpringSecurity如何集成
集成后验证用户注册的加密存储
集成后验证用户登录的解密验证
实现ECS的免密登录

一、如何生成RSA公钥文件和私钥文件

方式一：通过命令行生成

命令：ssh-keygen -t -rsa -C xxxxx@mail.com
说明：-t rsa表示生成的密钥使用的算法为RSA，-C表示用户邮箱号，会追加在公钥文件文本后

查看生成结果，可以看到生成了new_id_rsa私钥文件和new_id_rsa.pub公钥文件
如果前面一步执行命令一路回车生成的默认密钥路径分别是

/Users/本机用户名/.ssh/id_rsa
/Users/本机用户名/.ssh/id_rsa.pub

方式二：通过代码自动生成

首先创建RsaUtils工具类方法

    /**
     * 根据密文，生存RSA公钥和私钥,并写入指定文件
     *
     * @param publicKeyFilename  公钥文件路径
     * @param privateKeyFilename 私钥文件路径
     * @param password           生成密钥的密码
     */
    public static void generateKey(String publicKeyFilename, String privateKeyFilename, String password, int keySize) throws Exception {
        // 创建KeyPairGenerator对象，指定算法为RSA
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(ALGORITHM);
        if (password == null) {
            // 初始化KeyPairGenerator对象，设置密钥长度为2048位
            keyPairGenerator.initialize(Math.max(keySize, DEFAULT_KEY_SIZE), JCAUtil.getSecureRandom());
        } else {
            SecureRandom secureRandom = new SecureRandom(password.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            // 初始化KeyPairGenerator对象，设置密钥长度为2048位
            keyPairGenerator.initialize(Math.max(keySize, DEFAULT_KEY_SIZE), secureRandom);
        }

        // 生成KeyPair对象，即公钥和私钥
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.genKeyPair();
        // 获取公钥并写到文件
        byte[] publicKeyBytes = keyPair.getPublic().getEncoded();
        publicKeyBytes = Base64.getEncoder().encode(publicKeyBytes);
        writeFile(publicKeyFilename, publicKeyBytes);

        // 获取私钥并写到文件
        byte[] privateKeyBytes = keyPair.getPrivate().getEncoded();
        privateKeyBytes = Base64.getEncoder().encode(privateKeyBytes);
        writeFile(privateKeyFilename, privateKeyBytes);
    }

    public static void generateKey(String pubKeyFileName, String priKeyFileName) throws Exception {
        generateKey(pubKeyFileName, priKeyFileName, null, DEFAULT_KEY_SIZE);
    }

    private static byte[] readBytesFromFile(String fileName) throws Exception {
        return Files.readAllBytes(new File(fileName).toPath());
    }

    private static void writeFile(String destPath, byte[] bytes) throws IOException {
        File dest = new File(destPath);
        if (dest.exists()) {
            Files.write(dest.toPath(), bytes);
            return;
        }
        boolean created = dest.createNewFile();
        if (!created) {
            log.warn("写入密钥内容到文件{}失败，请检查!", destPath);
        }
        Files.write(dest.toPath(), bytes);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        RsaUtils.generateKey("/Users/本机用户名/.ssh/id_rsa.pub", "/Users/本机用户名/.ssh/id_rsa");
    }

从上方代码实现的功能就是ssh-keygen -t rsa功能，执行该main方法：
从输出日志看，成功生成了公钥和私钥文件
在这里插入图片描述
从本机对应目录检查下生成结果：

二、获取公钥文件和私钥文件转换成JDK的密钥文件对象

到目前为止已经生成了公钥文件和私钥文件，要实现加解密，还需要将公钥文件和私钥文件读取到jvm内存并转换成对应的公钥文件对象和私钥文件对象

获取公钥文件

公钥文件类java.security.PublicKey是属于jdk里面的类，把公钥文件转换成该对象实例

    /**
     * 从文件中读取公钥为PublicKey对象
     *
     * @param filename 公钥保存路径，相对于classpath
     * @return 公钥对象
     * @throws Exception 读取公钥抛出的异常类型
     */
    public static PublicKey getPublicKey(String filename) throws Exception {
        byte[] bytes = readBytesFromFile(filename);
        byte[] decodeBytes = Base64.getDecoder().decode(bytes);
        X509EncodedKeySpec spec = new X509EncodedKeySpec(decodeBytes);
        KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
        return factory.generatePublic(spec);
    }

获取私钥文件

私钥文件类java.security.PrivateKey是属于jdk里面的类，把私钥文件转换成该对象实例

    /**
     * 从文件中读取私钥为PrivateKey对象
     *
     * @param filename 私钥保存路径，相对于classpath
     * @return 私钥对象
     * @throws Exception 读取私钥抛出的异常类型
     */
    public static PrivateKey getPrivateKey(String filename) throws Exception {
        byte[] bytes = readBytesFromFile(filename);
        byte[] decodeBytes = Base64.getDecoder().decode(bytes);
        PKCS8EncodedKeySpec spec = new PKCS8EncodedKeySpec(decodeBytes);
        KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
        return factory.generatePrivate(spec);
    }

完成这两个方法后便具备了通过代码进行加密和解密的功能，下面进行加解密的验证。

三、简单的验证加密和解密

RSA算法是公钥加密、私钥解密，所以公钥可以分发，私钥不能分发，一旦私钥泄漏，将是一场灾难

加密

加密方法，指定加密明文和公钥文件的路径

    /**
     * RSA公钥加密
     *
     * @param plainText     明文
     * @param publicKeyPath 公钥文件路径
     * @return 密文
     * @throws Exception 加密过程中的异常信息
     */
    public static String encrypt(String plainText, String publicKeyPath) throws Exception {
        // base64编码的公钥
        PublicKey publicKey = getPublicKey(publicKeyPath);
        // RSA加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        byte[] cipherBytes = cipher.doFinal(plainText.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        return Base64.getEncoder().encodeToString(cipherBytes);
    }

解密

解密方法，指定解密密文和私钥文件的路径

    /**
     * RSA私钥解密
     *
     * @param cipherText     密文
     * @param privateKeyPath 私钥文件路径
     * @return 明文
     */
    public static String decrypt(String cipherText, String privateKeyPath) throws Exception {
        // 64位解码加密后的字符串
        byte[] inputBytes;
        inputBytes = Base64.getDecoder().decode(cipherText.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        PrivateKey privateKey = getPrivateKey(privateKeyPath);
        // RSA解密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        return new String(cipher.doFinal(inputBytes));
    }

验证加解密

编写main方法，对明文先加密，再从密文解密，对比加解密前后的一致性

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String publicKeyPath = "/Users/本机用户名/.ssh/id_rsa.pub";
        String privateKeyPath = "/Users/本机用户名/.ssh/id_rsa";
        System.out.printf("公钥文件路径:%s\n", publicKeyPath);
        System.out.printf("私钥文件路径:%s\n\n", privateKeyPath);

        String plainText = "pass123456@2023!";

        String cipherText = encrypt(plainText, publicKeyPath);
        System.out.printf("加密前明文是%s\n", plainText);
        System.out.printf("加密后密文是%s\n\n", cipherText);

        String plainTextRecovery = decrypt(cipherText, privateKeyPath);
        System.out.printf("解密前密文是%s\n", cipherText);
        System.out.printf("解密后明文是%s\n", plainTextRecovery);
        
        System.out.printf("密码前后一致性:%s\n\n", plainText.equals(plainTextRecovery));
    }

验证结果：
从结果来看，是符合预期的，接下来将RSA集成到Springboot和SpringSecurity实现加解密注册登录验证
在这里插入图片描述

四、与Springboot、SpringSecurity如何集成

编写配置类

用于系统启动自动读取公私钥文件的路径

@Data
@Configuration
@ConfigurationProperties(prefix = "rsa.key")
public class RsaKeyProperties {

    private String pubKeyFile;
    private String priKeyFile;
}

对应application-env.yml的配置：
在这里插入图片描述

启动自动加载公私钥

我们需要在系统启动的时候自动加载公私钥路径，并且将公私钥文件转换为PublicKey和privateKey的实例

@Data
@Configuration
@ConfigurationProperties(prefix = "rsa.key")
public class RsaKeyProperties {

    private String pubKeyFile;
    private String priKeyFile;

    private PublicKey publicKey;
    private PrivateKey privateKey;

    /**
     * 系统启动的时候触发，将公钥文件从本机文件加载为公私钥对象
     * @throws Exception 公私钥加载异常
     */
    @PostConstruct
    public void createRsaKey() throws Exception {
        publicKey = RsaUtils.getPublicKey(pubKeyFile);
        privateKey = RsaUtils.getPrivateKey(priKeyFile);
    }
}

SpringSecurity集成RSA

SpringSecurity提供了一个PasswordEncoder接口，我们通过实现这个接口来创建自定义的 RSA加解密：


import com.snycedu.platform.auth.config.RsaKeyProperties;
import com.snycedu.platform.auth.util.RsaUtils;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.springframework.security.crypto.password.PasswordEncoder;

@Slf4j
public class RSACryptPasswordEncoder implements PasswordEncoder {
    private RsaKeyProperties prop;

    public RSACryptPasswordEncoder(RsaKeyProperties prop) {
        this.prop = prop;
    }

    @Override
    public String encode(CharSequence plainText) {
        try {
            return RsaUtils.encrypt(plainText.toString(), prop.getPublicKey());
        } catch (Exception exception) {
            log.error("加密异常:{}", exception.getMessage(), exception);
        }
        return "";
    }

    public String decode(CharSequence cipherText) {
        try {
            return RsaUtils.decrypt(cipherText.toString(), prop.getPrivateKey());
        } catch (Exception exception) {
            log.error("解密异常:{}", exception.getMessage(), exception);
        }
        return "";
    }

    @Override
    public boolean matches(CharSequence plainText, String cipherText) {
        String decryptedPlainText = decode(cipherText);
        return StringUtils.equals(plainText, decryptedPlainText);
    }
}

在前面几期提到要创建SpringSecurity的安全配置类，现在在WebSecurityConfig中注册一个beanpasswordEncoder，其为RSACryptPasswordEncoder的对象实例

public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    @Bean
    public RSACryptPasswordEncoder passwordEncoder() {
        return new RSACryptPasswordEncoder(prop);
    }
}

在WebSecurityConfig重写configure(AuthenticationManagerBuilder auth) 方法，指定密码认证管理器为我们注册的自定义RSA加解密的bean，这样SpringSecurity就和RSA集成起来了。

    // 指定认证对象的来源
    public void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        auth.userDetailsService(userService).passwordEncoder(passwordEncoder());
    }

SpringSecurity如何进行账号密码认证：
通过用户的账号和密码创建了UsernamePasswordAuthenticationToken认证实例，authenticationManager.authenticate(authRequest)进行账号密码认证，这一步就需要用到前面的加解密的bean

    public Authentication attemptAuthentication(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws AuthenticationException {
        UserPo sysUser = null;
        try {
            sysUser = new ObjectMapper().readValue(request.getInputStream(), UserPo.class);

            UsernamePasswordAuthenticationToken authRequest = new UsernamePasswordAuthenticationToken(sysUser.getUsername(), sysUser.getPassword());
            return authenticationManager.authenticate(authRequest);
        } catch (Exception exception) {
            // 这里省略了登录认证失败的逻辑，前几期有提到，可以翻看下
        }
        return null;
    }

五、集成后验证用户注册的加密存储

注册接口

注意：注册登录接口无需进行权限相关的验证，需从SpringSecurity中配置为白名单，前期有讲

    @Operation(tags = "用户注册")
    @PostMapping("/api/v1/register")
    public Response<LoginUser> register(@RequestBody @Validated RegisterRequest user) {
        LoginUser loginUser = registerService.register(user);
        return ResponseResult.success(loginUser);
    }

注册业务层的实现

注入BeanpasswordEncoder，用于注册时对用户的明文密码进行加密存储

    @Autowired
    RSACryptPasswordEncoder passwordEncoder;

    @Autowired
    UserService userService;
    
    @Override
    @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    public LoginUser register(RegisterRequest user) {
        // 先判定账号是否被占用
        int exits = userService.existsTheLoginName(user.getLoginName());
        if (exits > 0) {
            throw new BusinessException("此账号已被占用，请更换");
        }
        UserPo userPo = JsonUtils.copy(user, UserPo.class);
        
        userPo.setId(SnowflakeIdWorker.nextId());

        userPo.setPassword(passwordEncoder.encode(user.getPassword()));
        userPo.setCreator(user.getLoginName());
        userPo.setCreateTime(LocalDateTime.now());
        userPo.setStatus(LoginStatusEnum.INIT);

        UserPo registerUser = userService.add(userPo);
        return JsonUtils.copy(registerUser, LoginUser.class);
    }

调用注册接口注册并验证数据存储结果

通过postman调用注册接口
断点调试加密前获取到的注册信息，可以看到是明文的密码
断点调试加密后的用户密码，可以看到已经是加密的密文了

从插入sql的日志查看写入情况

2023-12-16 11:26:06.737 [http-nio-8080-exec-9] [INFO] [com.snycedu.platform.common.interceptor.MybatisSqlInterceptor:75] - 
========================user:user   pwd:123456  db:jdbc:mysql://127.0.0.1:33061/snycedu?serverTimezone=CTT&useSSL=false&useUnicode=true&characterEncoding=utf-8&allowMultiQueries=true&autoReconnect=true
[    SQL   ID]:com.snycedu.platform.auth.mapper.UserMapper.insert                                                       
[         SQL]:insert into common_user ( id, login_name, password, status, phone, born, fail_count, creator, create_time, modifier, modify_time ) values (16137259137024000, 'zhangsan', 'cO6gJvbweUnq5Tk3nLKTCdcnCw2ifXUpqlD0MMWWZzdNwC4RK+Rw6r/0xq73QgoJhxdVbxtk1VTNPbGrMj1oI8+Fx0I7Ir4K4XxcFB1haEYwHHvgLE0nicNYg9AFEygiZwDwW+O3da9kRtLX8445XqHrcIo51zPgWCWadEIfmfWLTzxgky5Omzhb5/rFpBtqVc3944MdOV8Si0JH1laOOo8GmICdxg2SHXvYWtcTWMhWhNu3eKydyLna+m31vv6FLhUUvUt1LLEgk7Sgthe2OyV2aKyG2qQudR5IU+v1y5EjcgLQCXuqjUhVWFk7Jaw3uzk1W9a243ag0LNtFhDY9Q==', INIT,,,, 'zhangsan', 2023-12-16T12:45:12.435, , 2023-12-16T12:45:12.439 )
[RETURN TOTAL]:                                                                                                         
[RETURN  DATA]:1                                                                                                        
[WASTE   TIME]:31(ms)                                                                                                   
========================================================================================================================
 
2023-12-16 11:26:06.739 [http-nio-8080-exec-9] [INFO] [com.snycedu.platform.component.mybatis.base.service.impl.BaseServiceImpl:43] - 成功插入1条数据

从数据库看，也是成功插入注册的信息
在这里插入图片描述

六、集成后验证用户登录的解密验证

登录接口

前期提到，SpringSecurity默认实现了登录接口，我们只需要把登录验证逻辑写在Filter中即可

调用登录接口
登录UserLoginFilter断点查看账号密码如何认证的
从下面断点可以看到，认证前登录传入的还是明文密码，数据库的密码是密文，如何进行密码匹配的：前面提到通过用户名和密码构造了UsernamePasswordAuthenticationToken的是实例，然后通过认证管理器beanauthenticationManager进行认证
认证管理器和密码解密器
从下图可以看出，账号密码认证管理器中的加解密器就是我们自定义的RSACryptPasswordEncoder，继续断点，查看明文密码和密文是如何进行验证的，细心的读者其实已经发现了
明文密码与密文密码匹配机制
从下图很明显可以看出，密码的验证就是在我们的RSACryptPasswordEncoder类中的matches方法，方法的参数1就是登录传入的明文密码，参数2就是数据库读取到的加密密文，将密文进行解密与明文密码进行匹配即可验证密码
登录验证
不出意外，登录就可以成功了