Spring Security之认证过滤器

前言

上回我们探讨了关于Spring Security，着实复杂。这次咱们聊的认证过滤器就先聊聊认证功能。涉及到多方协同的功能，咱分开聊。也给小伙伴喘口气，嘻嘻。此外也是因为只有登录认证了，才有后续的更多功能集成的可能。

认证过滤器

认证过滤器是Web应用中负责处理用户认证请求的。这意味着他要验证用户的身份，确认你是谁。只有确认用户身份后，才能授予对应的权限，才能在后续访问对应的受保护资源。因此，在我看来，认证过滤器实际上需要完成两个事情：

确认用户身份。
授权。例如，角色。

SpringSecurity没有“鉴权”这概念？

其实我认为前面说到的AuthorizationFilter应该叫鉴权过滤器，在识别用户身份后甄别用户是否具备访问权限。我刻意找了一下英文，Authentication可以认证、鉴定、身份验证的意思，Authorization可以是授权、批准的意思。第一眼，竟然有点懵逼。。没有上下文的情况下，Authentication可以是认证，也可以是鉴权。而Authorization可以是授权、也可以是鉴权（批准-访问）。

得，我一直以来的疑惑也找到了：为什么Spring Security里面没有“鉴权”相关概念，而只有认证、授权？如果放到Spring Security的语境中，Authentication就是认证的意思，而且还非常准确，因为他还有身份验证的意思。Authorization则是鉴权的含义，授权/批准你访问某个请求。如果非要区分开，则还应使用Identification作为认证这个概念最为合适。

实际上，SpringSecurity在获取用户信息的时候就已经把用户的完整信息包括权限也加载了，所以认证也包括了我们在聊纯概念的“授权”。而SpringSecurity的Authorization是“授权访问”，也就是“鉴权”。因此，可以说在SpringSecurity中只有“认证”和“鉴权”。因为他要求加载的用户信息是包括权限的，跟认证在一块了。别把“授权”概念跟RABC这些“授权方式”混为一谈了，鄙人就懵圈了好久。关于授权和认证不妨再回头看看之前的文章：Spring Security之认证与授权的概念

SpringSecurity支持认证方式

Spring Security支持多种认证方式：

认证方式	过滤器	SecurityConfigurer	描述
基于Basic认证	BasicAuthenticationFilter	HttpBasicConfigurer	原生支持，开箱即用
基于Digest认证	DigestAuthenticationFilter	无，需要自己引入	原生支持，开箱即用
基于OAuth2认证-资源服务器	BearerTokenAuthenticationFilter	OAuth2ResourceServerConfigurer	需要spring-boot-starter-oauth2-resource-server包
基于OAuth2认证-客户端	OAuth2LoginAuthenticationFilter	OAuth2LoginConfigurer	需要spring-boot-starter-oauth2-resource-server包
基于OAuth2认证-客户端	OAuth2AuthorizationCodeGrantFilter	OAuth2ClientConfigurer	需要spring-boot-starter-oauth2-resource-server包
基于CAS认证	CasAuthenticationFilter	本来是有Configurer的，4.0之后被弃用，再之后就移除了	需要spring-security-cas包
基于第三方系统认证	AbstractPreAuthenticatedProcessingFilter	-	用户在其他系统已经认证了，在当前系统通过RequestAttribute/Header/Cookie等等方式获取到用户名后直接再当前系统把用户信息读取出来。
基于用户名和密码认证	UsernamePasswordAuthenticationFilter	FormLoginConfigurer	原生支持

PS: OAuth2比较复杂，有四种登录方式，还分客户端应用、用户、资源。后面有机会再细聊。

基于第三方系统认证的方式，也有几个原生的实现：
基于J2EE认证：J2eePreAuthenticatedProcessingFilter-JeeConfigurer
基于WebSphere: WebSpherePreAuthenticatedProcessingFilter
基于X509证书认证：X509AuthenticationFilter-X509Configurer
基于Header：RequestHeaderAuthenticationFilter
基于RequestAttribute：RequestAttributeAuthenticationFilter

以上就是Spring Security原生提供的支持、或者通过官方的jar包能够开箱即用的。

基于用户名和密码认证

好了，下面我们来重点关注一下基于用户名和密码的认证方式。首先我们来认识一些必要的核心组件：

组件	作用	备注
UserDetails	提供用户信息，包括权限	提供了默认实现：User
UserDetailsService	用于加载装载用户信息	在认证之前需要先根据用户名查询用户
AuthenticationManager	负责完成认证逻辑	实现类ProviderManager

前面两个比较容易理解，无非就是加载用户。而后者，对于ProviderManager而言，相较于我们之前基于方法进行权限配置的方式所使用AuthorizationManager来说，无异于单独开辟了一块新天地。

ProviderManager
就名字而言，他就是基于AuthenticationProvider来完成。额，没错，他就是一个新的接口，也就是一个新的组件。而ProviderManager主要的作用就是，根据Authentication的类型，寻找匹配的AuthenticationProvider，然后调用匹配的AuthenticationProvider来完成认证。

核心代码：

public class ProviderManager implements AuthenticationManager, MessageSourceAware, InitializingBean {
	@Override
	public Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException {
		Class<? extends Authentication> toTest = authentication.getClass();
		Authentication result = null;
		Authentication parentResult = null;
		int size = this.providers.size();
		// 遍历所有的AuthenticationProvider 
		for (AuthenticationProvider provider : getProviders()) {
			if (!provider.supports(toTest)) {
				continue;
			}
			// 找到第一个能处理的AuthenticationProvider就执行authenticate
			result = provider.authenticate(authentication);
			if (result != null) {
				copyDetails(authentication, result);
				break;
			}
		}
		// 如果认证失败就尝试由父AuthenticationManager认证，这部代码省略了
		// 认证成功则返回结果
		// 处理异常-省略代码
	}
}

关于这个AuthenticationProvider，我们来感受一下他的实现：

之所以会有这么多，是因为Authentication有很多，每个用来表示凭证的都需要不同的处理，然后才能进行认证。例如：JwtAuthenticationToken需要将jwtToken解析后就能得到当前用户已经认证的用户信息了（OAuth2）。这些实现有不少是这种类似于token的。不过我们的用户名和密码方式，则是更为复杂。

public abstract class AbstractUserDetailsAuthenticationProvider
		implements AuthenticationProvider, InitializingBean, MessageSourceAware {
		
	@Override
	public Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException {
		// 1. 获取用户名
		String username = determineUsername(authentication);
		// 2. 尝试从缓存中获取用户信息
		boolean cacheWasUsed = true;
		UserDetails user = this.userCache.getUserFromCache(username);
		if (user == null) {
			// 缓存中不存在，则加载用户：使用UserDetailsService
			user = retrieveUser(username, (UsernamePasswordAuthenticationToken) authentication);
		}
		// 3. 进行认证：验证用户状态、验证用户凭证（密码）
		try {
			// 验证用户状态
			this.preAuthenticationChecks.check(user);
			// 验证用户凭证（密码）
			additionalAuthenticationChecks(user, (UsernamePasswordAuthenticationToken) authentication);
		}
		catch (AuthenticationException ex) {
			// 重试
		}
		// 验证成功后，检查凭证有效期
		this.postAuthenticationChecks.check(user);
		if (!cacheWasUsed) {
			// 缓存用户
			this.userCache.putUserInCache(user);
		}
		Object principalToReturn = user;
		if (this.forcePrincipalAsString) {
			principalToReturn = user.getUsername();
		}
		// 创建UsernamePasswordAuthenticationToken
		return createSuccessAuthentication(principalToReturn, authentication, user);
	}	

	protected Authentication createSuccessAuthentication(Object principal, Authentication authentication,
			UserDetails user) {
		// 构建认证信息（已验证凭证），里面包含当前用户信息和权限
		UsernamePasswordAuthenticationToken result = UsernamePasswordAuthenticationToken.authenticated(principal,
				authentication.getCredentials(), this.authoritiesMapper.mapAuthorities(user.getAuthorities()));
		result.setDetails(authentication.getDetails());
		return result;
	}
}

public class DaoAuthenticationProvider extends AbstractUserDetailsAuthenticationProvider {

	@Override
	@SuppressWarnings("deprecation")
	protected void additionalAuthenticationChecks(UserDetails userDetails,
			UsernamePasswordAuthenticationToken authentication) throws AuthenticationException {
		if (authentication.getCredentials() == null) {
			// 没有凭证
			throw new BadCredentialsException(this.messages
				.getMessage("AbstractUserDetailsAuthenticationProvider.badCredentials", "Bad credentials"));
		}
		String presentedPassword = authentication.getCredentials().toString();
		// 校验密码
		if (!this.passwordEncoder.matches(presentedPassword, userDetails.getPassword())) {
			throw new BadCredentialsException(this.messages
				.getMessage("AbstractUserDetailsAuthenticationProvider.badCredentials", "Bad credentials"));
		}
	}
}

现在我们知道用户是怎么完成认证的，还有很重要的一环：认证成功之后，用户信息怎么保存？我们都知道一般保存在Session中。

UsernamePasswordAuthenticationFilter

其核心实现在父类：

public abstract class AbstractAuthenticationProcessingFilter extends GenericFilterBean
		implements ApplicationEventPublisherAware, MessageSourceAware {
	private void doFilter(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain chain)
			throws IOException, ServletException {
		// 当前请求是否为认证请求
		if (!requiresAuthentication(request, response)) {
			chain.doFilter(request, response);
			return;
		}
		try {
			// 执行验证。这是个抽象方法，由子类实现。
			Authentication authenticationResult = attemptAuthentication(request, response);
			if (authenticationResult == null) {
				// 没有返回结果，表示子类还没有完成。正常情况走不到这里
				return;
			}
			// 执行session策略
			this.sessionStrategy.onAuthentication(authenticationResult, request, response);
			// 认证成功，执行后续处理
			successfulAuthentication(request, response, chain, authenticationResult);
		}
		catch (InternalAuthenticationServiceException failed) {
			unsuccessfulAuthentication(request, response, failed);
		}
		catch (AuthenticationException ex) {
			unsuccessfulAuthentication(request, response, ex);
		}
	}
	protected void successfulAuthentication(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain chain,
			Authentication authResult) throws IOException, ServletException {
		// 1. 将当前认证信息保存到SecurityContextHolder中，一般是ThreadLocal，以便后续处理直接使用。
		SecurityContext context = this.securityContextHolderStrategy.createEmptyContext();
		context.setAuthentication(authResult);
		this.securityContextHolderStrategy.setContext(context);
		// 2. 将SecurityContext保存起来，一般是session中。这样后续的每个请求都能从中恢复当前用户信息，实现可连续交互式会话。
		this.securityContextRepository.saveContext(context, request, response);
		// 记住我功能
		this.rememberMeServices.loginSuccess(request, response, authResult);
		// 发布认证成功事件
		if (this.eventPublisher != null) {
			this.eventPublisher.publishEvent(new InteractiveAuthenticationSuccessEvent(authResult, this.getClass()));
		}
		// 认证成功后的处理。与认证成功后需要重定向跳转有关。
		this.successHandler.onAuthenticationSuccess(request, response, authResult);
	}
}

public class UsernamePasswordAuthenticationFilter extends AbstractAuthenticationProcessingFilter {
	@Override
	public Authentication attemptAuthentication(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
			throws AuthenticationException {
		// 是否为POST请求
		if (this.postOnly && !request.getMethod().equals("POST")) {
			throw new AuthenticationServiceException("Authentication method not supported: " + request.getMethod());
		}
		// 获取用户名
		String username = obtainUsername(request);
		username = (username != null) ? username.trim() : "";
		// 获取密码
		String password = obtainPassword(request);
		password = (password != null) ? password : "";
		// 构建尚未认证的token，此时没有权限
		UsernamePasswordAuthenticationToken authRequest = UsernamePasswordAuthenticationToken.unauthenticated(username,
				password);
		// Allow subclasses to set the "details" property
		setDetails(request, authRequest);
		// 通过ProviderManager认证成功后，也就能获取到数据库中保存的权限了。
		return this.getAuthenticationManager().authenticate(authRequest);
	}
}

认证成功涉及的组件

组件	作用	描述
SessionAuthenticationStrategy	Session认证（成功）策略	在用户认证成功后，调整session；修改sessionId或者重建session
SecurityContextHolderStrategy	为处理当前请求的线程提供SecurityContext	一般是保存在ThreadLocal中
SecurityContextRepository	为不同请求持久化SecurityContext	用户认证成功后，主要是为了完成后续请求。因此需要将SecurityContext持久化。而恢复ThreadLocal中的SecurityContext，也需要从这里获取
RememberMeServices	记住我Service	在认证成功后，若开启记住我功能，需要生成RemenberMeToken。后面才能使用该Token进行认证而无需用户输入密码
AuthenticationSuccessHandler	认证成功后的处理器	这是对于用户而言的，认证成功后需要给用户呈现什么内容/页面

由于这些都与session管理有着不可分割的关系，因此，我们留待后续聊session管理的时候再说。

小结

核心认证流程
1. 从HttpServletRequest中获取到用户名和密码
2. 交给ProviderManager进行认证。
  DaoAuthenticationProvider会通过UserDetailsService从数据库获取用户信息，然后验证入参的密码。
3. 认证成功后，创建SecurityContext并保存到ThreadLocal中，同时将其保存到Session中。当然还有其他扩展功能，后面再细聊。

后记

本文中，我们探讨了Spring Security的认证过滤器，并从源码层面分析了UsernamePasswordAuthenticationFilter的原理和处理流程。但是我们并没有仔细探索认证成功之后的操作。因为这些涉及到Session管理，这就与另一个过滤器SessionManagementFilter有着密不可分的关系了。所以下次，我们就聊SessionManagementFilter。届时会仔细说说。