基于Spring Security和 JWT的权限系统设计

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写在前面

• 关于 Spring Security Web系统的认证和权限模块也算是一个系统的基础设施了，几乎任何的互联网服务都会涉及到这方面的要求。在Java EE领域，成熟的安全框架解决方案一般有 Apache Shiro、Spring Security等两种技术选型。Apache Shiro简单易用也算是一大优势，但其功能还是远不如 Spring Security强大。Spring Security可以为 Spring 应用提供声明式的安全访问控制，起通过提供一系列可以在 Spring应用上下文中可配置的Bean，并利用 Spring IoC和 AOP等功能特性来为应用系统提供声明式的安全访问控制功能，减少了诸多重复工作。

• 关于JWT JSON Web Token (JWT)，是在网络应用间传递信息的一种基于 JSON的开放标准（(RFC 7519)，用于作为JSON对象在不同系统之间进行安全地信息传输。主要使用场景一般是用来在 身份提供者和服务提供者间传递被认证的用户身份信息。关于JWT的科普，可以看看阮一峰老师的《JSON Web Token 入门教程》。

本文则结合 Spring Security和 JWT两大利器来打造一个简易的权限系统。

本文实验环境如下：

• Spring Boot版本：2.0.6.RELEASE
• IDE：IntelliJ IDEA 2018.2.4

另外本文实验代码置于文尾，需要自取。

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设计用户和角色

本文实验为了简化考虑，准备做如下设计：

• 设计一个最简角色表role，包括角色ID和角色名称

• 设计一个最简用户表user，包括用户ID，用户名，密码

• 再设计一个用户和角色一对多的关联表user_roles 一个用户可以拥有多个角色

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创建 Spring Security和 JWT加持的 Web工程

• pom.xml 中引入 Spring Security和 JWT所必需的依赖

<dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>io.jsonwebtoken</groupId> <artifactId>jjwt</artifactId> <version>0.9.0</version> </dependency> 

• 项目配置文件中加入数据库和 JPA等需要的配置

server.port=9991 spring.datasource.driver-class-name=com.mysql.jdbc.Driver spring.datasource.url=jdbc:mysql://121.196.XXX.XXX:3306/spring_security_jwt?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8 spring.datasource.username=root spring.datasource.password=XXXXXX logging.level.org.springframework.security=info spring.jpa.hibernate.ddl-auto=update spring.jpa.show-sql=true spring.jackson.serialization.indent_output=true 

• 创建用户、角色实体

用户实体 User：

/** * @ www.codesheep.cn * 20190312 */ @Entity public class User implements UserDetails { @Id @GeneratedValue private Long id; private String username; private String password; @ManyToMany(cascade = {CascadeType.REFRESH},fetch = FetchType.EAGER) private List<Role> roles; ... // 下面为实现UserDetails而需要的重写方法！ @Override public Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities() { List<GrantedAuthority> authorities = new ArrayList<>(); for (Role role : roles) { authorities.add( new SimpleGrantedAuthority( role.getName() ) ); } return authorities; } ... } 

此处所创建的 User类继承了 Spring Security的 UserDetails接口，从而成为了一个符合 Security安全的用户，即通过继承 UserDetails，即可实现 Security中相关的安全功能。

角色实体 Role：

/** * @ www.codesheep.cn * 20190312 */ @Entity public class Role { @Id @GeneratedValue private Long id; private String name; ... // 省略 getter和 setter } 

• 创建JWT工具类

主要用于对 JWT Token进行各项操作，比如生成Token、验证Token、刷新Token等

/** * @ www.codesheep.cn * 20190312 */ @Component public class JwtTokenUtil implements Serializable { private static final long serialVersionUID = -5625635588908941275L; private static final String CLAIM_KEY_USERNAME = "sub"; private static final String CLAIM_KEY_CREATED = "created"; public String generateToken(UserDetails userDetails) { ... } String generateToken(Map<String, Object> claims) { ... } public String refreshToken(String token) { ... } public Boolean validateToken(String token, UserDetails userDetails) { ... } ... // 省略部分工具函数 } 

• 创建Token过滤器，用于每次外部对接口请求时的Token处理

/** * @ www.codesheep.cn * 20190312 */ @Component public class JwtTokenFilter extends OncePerRequestFilter { @Autowired private UserDetailsService userDetailsService; @Autowired private JwtTokenUtil jwtTokenUtil; @Override protected void doFilterInternal ( HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain chain) throws ServletException, IOException { String authHeader = request.getHeader( Const.HEADER_STRING ); if (authHeader != null && authHeader.startsWith( Const.TOKEN_PREFIX )) { final String authToken = authHeader.substring( Const.TOKEN_PREFIX.length() ); String username = jwtTokenUtil.getUsernameFromToken(authToken); if (username != null && SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication() == null) { UserDetails userDetails = this.userDetailsService.loadUserByUsername(username); if (jwtTokenUtil.validateToken(authToken, userDetails)) { UsernamePasswordAuthenticationToken authentication = new UsernamePasswordAuthenticationToken( userDetails, null, userDetails.getAuthorities()); authentication.setDetails(new WebAuthenticationDetailsSource().buildDetails( request)); SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication); } } } chain.doFilter(request, response); } } 

• Service业务编写

主要包括用户登录和注册两个主要的业务

public interface AuthService { User register( User userToAdd ); String login( String username, String password ); } 

/** * @ www.codesheep.cn * 20190312 */ @Service public class AuthServiceImpl implements AuthService { @Autowired private AuthenticationManager authenticationManager; @Autowired private UserDetailsService userDetailsService; @Autowired private JwtTokenUtil jwtTokenUtil; @Autowired private UserRepository userRepository; // 登录 @Override public String login( String username, String password ) { UsernamePasswordAuthenticationToken upToken = new UsernamePasswordAuthenticationToken( username, password ); final Authentication authentication = authenticationManager.authenticate(upToken); SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication); final UserDetails userDetails = userDetailsService.loadUserByUsername( username ); final String token = jwtTokenUtil.generateToken(userDetails); return token; } // 注册 @Override public User register( User userToAdd ) { final String username = userToAdd.getUsername(); if( userRepository.findByUsername(username)!=null ) { return null; } BCryptPasswordEncoder encoder = new BCryptPasswordEncoder(); final String rawPassword = userToAdd.getPassword(); userToAdd.setPassword( encoder.encode(rawPassword) ); return userRepository.save(userToAdd); } } 

• Spring Security配置类编写（非常重要）

这是一个高度综合的配置类，主要是通过重写 WebSecurityConfigurerAdapter 的部分 configure配置，来实现用户自定义的部分。

/** * @ www.codesheep.cn * 20190312 */ @Configuration @EnableWebSecurity @EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled=true) public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter { @Autowired private UserService userService; @Bean public JwtTokenFilter authenticationTokenFilterBean() throws Exception { return new JwtTokenFilter(); } @Bean public AuthenticationManager authenticationManagerBean() throws Exception { return super.authenticationManagerBean(); } @Override protected void configure( AuthenticationManagerBuilder auth ) throws Exception { auth.userDetailsService( userService ).passwordEncoder( new BCryptPasswordEncoder() ); } @Override protected void configure( HttpSecurity httpSecurity ) throws Exception { httpSecurity.csrf().disable() .sessionManagement().sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS).and() .authorizeRequests() .antMatchers(HttpMethod.OPTIONS, "/**").permitAll() // OPTIONS请求全部放行 .antMatchers(HttpMethod.POST, "/authentication/**").permitAll() //登录和注册的接口放行，其他接口全部接受验证 .antMatchers(HttpMethod.POST).authenticated() .antMatchers(HttpMethod.PUT).authenticated() .antMatchers(HttpMethod.DELETE).authenticated() .antMatchers(HttpMethod.GET).authenticated(); // 使用前文自定义的 Token过滤器 httpSecurity .addFilterBefore(authenticationTokenFilterBean(), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class); httpSecurity.headers().cacheControl(); } } 

• 编写测试 Controller

登录和注册的 Controller：

/** * @ www.codesheep.cn * 20190312 */ @RestController public class JwtAuthController { @Autowired private AuthService authService; // 登录 @RequestMapping(value = "/authentication/login", method = RequestMethod.POST) public String createToken( String username,String password ) throws AuthenticationException { return authService.login( username, password ); // 登录成功会返回JWT Token给用户 } // 注册 @RequestMapping(value = "/authentication/register", method = RequestMethod.POST) public User register( @RequestBody User addedUser ) throws AuthenticationException { return authService.register(addedUser); } } 

再编写一个测试权限的 Controller：

/** * @ www.codesheep.cn * 20190312 */ @RestController public class TestController { // 测试普通权限 @PreAuthorize("hasAuthority('ROLE_NORMAL')") @RequestMapping( value="/normal/test", method = RequestMethod.GET ) public String test1() { return "ROLE_NORMAL /normal/test接口调用成功！"; } // 测试管理员权限 @PreAuthorize("hasAuthority('ROLE_ADMIN')") @RequestMapping( value = "/admin/test", method = RequestMethod.GET ) public String test2() { return "ROLE_ADMIN /admin/test接口调用成功！"; } } 

这里给出两个测试接口用于测试权限相关问题，其中接口 /normal/test需要用户具备普通角色（ROLE_NORMAL）即可访问，而接口/admin/test则需要用户具备管理员角色（ROLE_ADMIN）才可以访问。

接下来启动工程，实验测试看看效果

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实验验证

• 在文章开头我们即在用户表 user中插入了一条用户名为 codesheep的记录，并在用户-角色表 user_roles中给用户 codesheep分配了普通角色（ROLE_NORMAL）和管理员角色（ROLE_ADMIN）

• 接下来进行用户登录，并获得后台向用户颁发的JWT Token

• 接下来访问权限测试接口

不带 Token直接访问需要普通角色（ROLE_NORMAL）的接口 /normal/test会直接提示访问不通：

而带 Token访问需要普通角色（ROLE_NORMAL）的接口 /normal/test才会调用成功：

同理由于目前用户具备管理员角色，因此访问需要管理员角色（ROLE_ADMIN）的接口 /admin/test也能成功：

接下里我们从用户-角色表里将用户codesheep的管理员权限删除掉，再访问接口 /admin/test，会发现由于没有权限，访问被拒绝了：

经过一系列的实验过程，也达到了我们的预期！

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写在最后

本文涉及的东西还是蛮多的，最后我们也将本文的实验源码放在 Github上，需要的可以自取：源码下载地址

由于能力有限，若有错误或者不当之处，还请大家批评指正，一起学习交流！

• My Personal Blog：CodeSheep 程序羊

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