Spring Boot 中如何实现 HTTP 认证?

原文转载自 「江南一点雨」 ( http://www.javaboy.org/2020/0616/http-springsecurity.html ) By 江南一点雨

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HttpBasic 认证有一定的局限性与安全隐患,因此在实际项目中使用并不多,但是,有的时候为了测试方便,开启 HttpBasic 认证能方便很多。

因此松哥今天还是来和大家简单聊一聊 Spring Security 中的 HttpBasic 认证。

本文是 Spring Security 系列第 29 篇,阅读前面文章有助于更好理解本文:

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1.什么是 HttpBasic

Http Basic 认证是 Web 服务器和客户端之间进行认证的一种方式,最初是在 HTTP1.0 规范(RFC 1945)中定义,后续的有关安全的信息可以在 HTTP 1.1 规范(RFC 2616)和 HTTP 认证规范(RFC 2617)中找到。

HttpBasic 最大的优势在于使用非常简单,没有复杂的页面交互,只需要在请求头中携带相应的信息就可以认证成功,而且它是一种无状态登录,也就是 session 中并不会记录用户的登录信息。

HttpBasic 最大的问题在于安全性,因为用户名/密码只是简单的通过 Base64 编码之后就开始传送了,很容易被工具嗅探到,进而暴露用户信息。

Spring Security 中既支持基本的 HttpBasic 认证,也支持 Http 摘要认证,Http 摘要认证是在 HttpBasic 认证的基础上,提高了信息安全管理,但是代码复杂度也提高了不少,所以 Http 摘要认证使用并不多。

这里,松哥将和大家分享 Spring Security 中的这两种认证方式。

2.HttpBasic 认证

我们先来看实现,再来分析它的认证流程。

首先创建一个 Spring Boot 项目,引入 Web 和 Spring Security 依赖,如下:

接下来创建一个测试接口:

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@RestController
public class HelloController {
@GetMapping("/hello")
public String hello() {
return "hello";
}
}

再开启 HttpBasic 认证:

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@Configuration
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
http.authorizeRequests()
.anyRequest().authenticated()
.and()
.httpBasic();
}
}

最后再在 application.properties 中配置基本的用户信息,如下:

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spring.security.user.password=123
spring.security.user.name=javaboy

配置完成后,启动项目,访问 /hello 接口,此时浏览器中会有弹出框,让我们输入用户名/密码信息:

此时我们查看请求响应头,如下:

可以看到,浏览器响应了 401,同时还携带了一个 WWW-Authenticate 响应头,这个是用来描述认证形式的,如果我们使用的是 HttpBasic 认证,默认响应头格式如图所示。

接下来我们输入用户名密码,点击 Sign In 进行登录,登录成功后,就可以成功访问到 /hello 接口了。

我们查看第二次的请求,如下:

大家可以看到,在请求头中,多了一个 Authorization 字段,该字段的值为 Basic amF2YWJveToxMjM=

amF2YWJveToxMjM= 是一个经过 Base64 编码之后的字符串,我们将该字符串解码之后发现,结果如下:

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String x = new String(Base64.getDecoder().decode("amF2YWJveToxMjM="), "UTF-8");

解码结果如下:

可以看到,这就是我们的用户名密码信息。用户名/密码只是经过简单的 Base64 编码之后就开始传递了,所以说,这种认证方式比较危险⚠️。

我们再来稍微总结一下 HttpBasic 认证的流程:

  1. 浏览器发出请求,说要访问 /hello 接口。
  2. 服务端返回 401,表示未认证。同时在响应头中携带 WWW-Authenticate 字段来描述认证形式。
  3. 浏览器收到 401 响应之后,弹出对话框,要求用户输入用户名/密码,用户输入完用户名/密码之后,浏览器会将之进行 Base64 编码,编码完成后,发送到服务端。
  4. 服务端对浏览器传来的信息进行解码,并校验,当没问题的时候,给客户端作出响应。

大致的流程就是这样。

3.Http 摘要认证

Http 摘要认证与 HttpBasic 认证基本兼容,但是要复杂很多,这个复杂不仅体现在代码上,也体现在请求过程中。

Http 摘要认证最重要的改进是他不会在网络上发送明文密码。它的整个认证流程是这样的:

  1. 浏览器发出请求,说要访问 /hello 接口。
  2. 服务端返回 401,表示未认证,同时在响应头中携带 WWW-Authenticate 字段来描述认证形式。不同的是,这次服务端会计算出一个随机字符串,一同返回前端,这样可以防止重放攻击(所谓重放攻击就是别人嗅探到你的摘要信息,把摘要当成密码一次次发送服务端,加一个会变化的随机字符串,生成的摘要信息就会变化,就可以防止重放攻击),如下:

同时,服务端返回的字段还有一个 qop,表示保护级别,auth 表示只进行身份验证;auth-int 表示还要校验内容。

nonce 是服务端生成的随机字符串,这是一个经过 Base64 编码的字符串,经过解码我们发现,它是由过期时间和密钥组成的。在以后的请求中 nonce 会原封不动的再发回给服务端。

  1. 客户端选择一个算法,根据该算法计算出密码以及其他数据的摘要,如下:

可以看到,客户端发送到服务端的数据比较多。

  1. 服务端根据客户端发送来的用户名,可以查询出用户密码,再根据用户密码可以计算出摘要信息,再将摘要信息和客户端发送来的摘要信息进行对比,就能确认用户身份。

这就是整个流程。

一言以蔽之,原本的用户密码被摘要信息代替了,为了安全,摘要信息会根据服务端返回的随机字符串而发生变化,服务端根据用户密码,同样算出密码的摘要信息,再和客户端传来的摘要信息进行对比,没问题的话,用户就算认证成功了。当然,在此基础上还加了一些过期限制、重放攻击防范机制等。

好了,那这个在 Spring Security 代码中该怎么实现呢?

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@Configuration
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
http.authorizeRequests()
.anyRequest().authenticated()
.and()
.csrf()
.disable()
.exceptionHandling()
.authenticationEntryPoint(digestAuthenticationEntryPoint())
.and()
.addFilter(digestAuthenticationFilter());
}

@Bean
DigestAuthenticationEntryPoint digestAuthenticationEntryPoint() {
DigestAuthenticationEntryPoint entryPoint = new DigestAuthenticationEntryPoint();
entryPoint.setKey("javaboy");
entryPoint.setRealmName("myrealm");
entryPoint.setNonceValiditySeconds(1000);
return entryPoint;
}
@Bean
DigestAuthenticationFilter digestAuthenticationFilter() {
DigestAuthenticationFilter filter = new DigestAuthenticationFilter();
filter.setAuthenticationEntryPoint(digestAuthenticationEntryPoint());
filter.setUserDetailsService(userDetailsService());
return filter;
}

@Override
@Bean
protected UserDetailsService userDetailsService() {
InMemoryUserDetailsManager manager = new InMemoryUserDetailsManager();
manager.createUser(User.withUsername("javaboy").password("123").roles("admin").build());
return manager;
}

@Bean
PasswordEncoder passwordEncoder() {
return NoOpPasswordEncoder.getInstance();
}

}

配置无非就是两方面,一方面是服务端随机字符串的生成,另一方面就是客户端摘要信息的校验。

  1. 首先提供 DigestAuthenticationEntryPoint 的实例,配置服务端随机数生成的一写参数,例如 nonce 有效期(多长时间会变),realm 的名字,以及生成 nonce 时所需要的 key。nonce 的具体生成逻辑在 DigestAuthenticationEntryPoint#commence 方法中:
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public void commence(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response,
AuthenticationException authException) throws IOException {
HttpServletResponse httpResponse = response;
long expiryTime = System.currentTimeMillis() + (nonceValiditySeconds * 1000);
String signatureValue = DigestAuthUtils.md5Hex(expiryTime + ":" + key);
String nonceValue = expiryTime + ":" + signatureValue;
String nonceValueBase64 = new String(Base64.getEncoder().encode(nonceValue.getBytes()));
String authenticateHeader = "Digest realm=\"" + realmName + "\", "
+ "qop=\"auth\", nonce=\"" + nonceValueBase64 + "\"";
if (authException instanceof NonceExpiredException) {
authenticateHeader = authenticateHeader + ", stale=\"true\"";
}
if (logger.isDebugEnabled()) {
logger.debug("WWW-Authenticate header sent to user agent: "
+ authenticateHeader);
}
httpResponse.addHeader("WWW-Authenticate", authenticateHeader);
httpResponse.sendError(HttpStatus.UNAUTHORIZED.value(),
HttpStatus.UNAUTHORIZED.getReasonPhrase());
}

在这段代码中,首先获取到过期时间,然后给过期时间和 key 一起计算出消息摘要,再将 nonce 和消息摘要共同作为 value,计算出一个 Base64 编码字符,再将该编码字符写回到前端。

  1. 配置 DigestAuthenticationFilter 过滤器,主要用来处理前端请求。过滤器的源码比较长,我这里就不贴出来了,一个核心的思路就是从前端拿到用户请求的摘要信息,服务端也根据一直的信息算出来一个摘要,再根据传过来的摘要信息进行比对,进而确认用户身份。

配置完成后,重启服务端进行测试。

测试效果其实和 HttpBasic 认证是一样的,所有的变化,只是背后的实现有所变化而已,用户体验是一样的。

4.小结

Http 摘要认证的效果虽然比 HttpBasic 安全,但是其实大家看到,整个流程下来解决的安全问题其实还是非常有限。而且代码也麻烦了很多,因此这种认证方式并未广泛流行开来。

Http 认证小伙伴们作为一个了解即可,里边的有一些思想还是挺有意思的,可以激发我们解决其他问题的思路,例如对于重放攻击的的解决办法,我们如果想自己防御重放攻击,就可以参考这里的实现思路。

好啦,小伙伴们如果有收获,记得点个在看鼓励下松哥哦~

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