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Spring Security 深度学习(六): RESTful API 安全与 JWT

news 2025/9/6 9:21:06

在这里插入图片描述

- 1. 引言：无状态认证的崛起
- 2. JWT (JSON Web Token) 核心概念
- - 2.1 什么是JWT？
  - 2.2 JWT的组成：Header, Payload, Signature
  - 2.3 JWT的工作原理
  - 2.4 JWT的优缺点与适用场景
- 3. Spring Security中的JWT集成策略
- - 3.1 禁用Session管理与CSRF防护
  - 3.2 JWT认证流程概述
- 4. 实战演练：构建JWT认证系统
- - 4.1 引入JWT库依赖
  - 4.2 JWT工具类：生成与解析Token
  - 4.3 自定义 JwtAuthenticationToken
  - 4.4 自定义 JwtAuthenticationConverter (或 AuthenticationProvider)
  - 4.5 自定义 JwtAuthenticationFilter
  - 4.6 更新 SecurityFilterChain 配置，集成JWT过滤器
  - 4.7 改造登录接口，返回JWT
  - 4.8 认证失败与权限不足的自定义处理
  - 4.9 测试JWT认证流程
- 5. JWT的安全性与挑战
- - 5.1 Token过期与刷新机制
  - 5.2 JWT注销/黑名单机制
  - 5.3 密钥管理
  - 5.4 防止令牌盗用
- 6. 常见陷阱与注意事项
- 7. 阶段总结

1. 引言：无状态认证的崛起

传统的Web应用通常依赖于服务器端的HTTP Session来维护用户状态。每次用户登录后，服务器会创建一个Session并将其Session ID通过Cookie发送给客户端。客户端在后续请求中携带这个Cookie，服务器通过Session ID查找对应的Session，从而识别用户身份。

然而，这种基于Session的方式在以下场景中面临挑战：

前后端分离： 前端（React, Vue, Angular）和后端（Spring Boot API）是独立的，它们之间可能存在跨域请求。Cookie通常受同源策略限制，且在前端应用中直接操作Cookie不方便。
微服务架构： 用户请求可能需要经过多个微服务，Session的共享和管理（例如使用Sticky Session或Redis共享Session）变得复杂且增加了系统耦合度。
移动应用/第三方应用： 移动客户端不能很好地支持Cookie，更倾向于通过Authorization Header传递凭证。
水平扩展： 当服务器集群需要水平扩展时，Session共享成为瓶颈。

无状态认证应运而生。它意味着服务器不再存储用户会话信息，每次请求都携带完整的认证凭证。JWT (JSON Web Token) 是实现无状态认证的主流方案之一。

2. JWT (JSON Web Token) 核心概念

2.1 什么是JWT？

JWT是一种开放标准（RFC 7519），它定义了一种紧凑且自包含的方式，用于在各方之间安全地传输信息。这些信息以JSON对象的形式传输，可以被数字签名，从而可以验证其真实性和完整性。

紧凑： JWT的体积很小，可以通过URL、POST参数或HTTP头轻松传输。
自包含： JWT包含了所有必要的用户信息（通常是用户ID、角色、权限等），服务器无需查询数据库即可获取这些信息。
安全： JWT可以通过数字签名进行验证，确保其未被篡改。

2.2 JWT的组成：Header, Payload, Signature

一个JWT通常由三部分组成，用.分隔：Header.Payload.Signature。

A. Header (头部)
通常包含两个信息：

alg (algorithm)：签名算法，如HMAC SHA256 (HS256) 或 RSA (RS256)。
typ (type)：Token类型，通常是JWT。

{"alg": "HS256","typ": "JWT"
}

Header会被Base64Url编码。

B. Payload (载荷)
包含声明 (claims)，是关于实体（通常是用户）和附加数据的断言。声明分为三类：

Registered claims (注册声明)： 预定义的一些声明，非强制，但推荐使用，例如：
- iss (issuer)：颁发者
- exp (expiration time)：过期时间
- sub (subject)：主题（通常是用户ID）
- aud (audience)：受众
- iat (issued at)：签发时间
Public claims (公共声明)： 可以在JWT中自由定义的声明，但为了避免冲突，应该在IANA JWT Registry中注册，或者将其定义为URI。
Private claims (私有声明)： 约定俗成的声明，用于在特定方之间共享信息，既不是注册声明也不是公共声明。例如，可以包含用户角色、权限列表等业务信息。

{"sub": "1234567890","name": "John Doe","iat": 1516239022,"exp": 1516242622, // 签发时间 + 有效期"roles": ["USER", "ADMIN"] // 私有声明
}

Payload也会被Base64Url编码。

C. Signature (签名)
用于验证Token的发送者，并确保Token在传输过程中没有被篡改。
签名是使用Header中指定的算法（例如HS256），将Base64Url编码后的Header、Base64Url编码后的Payload和密钥（secret）进行加密计算得到。
HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)

2.3 JWT的工作原理

用户登录： 用户使用用户名和密码向认证服务器（应用后端）发送登录请求。
生成JWT： 认证服务器验证用户凭证。如果验证成功，根据用户ID、角色、权限等信息生成一个JWT，并用一个密钥进行签名。
返回JWT： 服务器将生成的JWT返回给客户端（通常在HTTP响应体中）。
客户端存储JWT： 客户端接收到JWT后，通常将其存储在本地存储（如LocalStorage或SessionStorage）中。
访问受保护资源： 客户端在后续每次访问受保护的API时，都会在HTTP请求头的Authorization字段中携带JWT，格式为Authorization: Bearer <JWT>。
验证JWT： 资源服务器（应用后端）接收到请求后，从Authorization头中提取JWT。然后，它使用之前用于签名的密钥验证JWT的签名、检查Token是否过期，以及解析其中的声明（如用户ID、权限）。
授权与响应： 如果JWT有效且用户具有所需权限，服务器处理请求并返回数据。如果JWT无效或过期，或者用户权限不足，则返回错误（如401 Unauthorized或403 Forbidden）。

2.4 JWT的优缺点与适用场景

优点：

无状态： 服务器无需存储Session，易于水平扩展，适用于微服务。
紧凑自包含： 包含了所有必要的用户信息，减少了数据库查询。
跨域友好： 不依赖Cookie，易于跨域请求。
移动兼容性： 广泛应用于移动应用。

缺点：

Token无法实时注销： JWT一旦签发，在其有效期内都是有效的，服务器端无法强制使其失效（除非引入黑名单机制）。
Token过大： 如果Payload中包含太多信息，Token会变大，增加请求头大小。
安全性考量：
- 密钥安全： 签名密钥一旦泄露，攻击者可以伪造Token。
- 传输安全： JWT应始终通过HTTPS传输，防止Token被截获。
- XSS风险： 如果存储在LocalStorage，容易受到XSS攻击。
- 无CSRF防护： 因为不依赖Session Cookie，JWT本身不提供CSRF防护，因此无需特别开启CSRF。

适用场景：

前后端分离的Web应用。
微服务架构中的API认证。
移动应用和桌面应用。
第三方OAuth2/OpenID Connect认证。

3. Spring Security中的JWT集成策略

在Spring Security中集成JWT，通常需要进行以下调整：

3.1 禁用Session管理与CSRF防护

由于JWT是无状态的，我们不再需要Spring Security的Session管理和CSRF防护功能。

            .sessionManagement(session -> session.sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS) // 设置为无状态).csrf(csrf -> csrf.disable()) // 禁用CSRF防护

3.2 JWT认证流程概述

JWT生成： 在用户登录成功后，后端生成JWT并返回。
JWT传输： 客户端将JWT存储起来，并在每次请求时通过Authorization: Bearer <JWT>请求头发送。
JWT解析与验证： Spring Security过滤器链中会插入一个自定义的JWT过滤器：
- 它拦截所有请求，从Authorization头中提取JWT。
- 使用预设的密钥解析并验证JWT的签名和有效期。
- 如果验证成功，从JWT中提取用户ID和权限，创建Authentication对象。
- 将Authentication对象设置到SecurityContextHolder中。
授权： 后续的Spring Security授权过滤器（如FilterSecurityInterceptor）会根据SecurityContextHolder中的认证信息进行授权决策。

4. 实战演练：构建JWT认证系统

我们将改造之前的项目，实现JWT认证。

4.1 引入JWT库依赖

我们将使用jjwt库来处理JWT。

        <!-- JJWT (JWT Library) --><dependency><groupId>io.jsonwebtoken</groupId><artifactId>jjwt-api</artifactId><version>0.12.5</version> </dependency><dependency><groupId>io.jsonwebtoken</groupId><artifactId>jjwt-impl</artifactId><version>0.12.5</version><scope>runtime</scope></dependency><dependency><groupId>io.jsonwebtoken</groupId><artifactId>jjwt-jackson</artifactId><version>0.12.5</version><scope>runtime</scope></dependency>

4.2 JWT工具类：生成与解析Token

创建一个工具类来处理JWT的生成、解析和验证。

package com.example.springsecuritystage1.util;import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import io.jsonwebtoken.security.Keys;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.security.core.GrantedAuthority;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetails;
import org.springframework.stereotype.Component;import javax.crypto.SecretKey;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Collectors;@Component
public class JwtUtil {// 密钥。生产环境务必从安全通道获取，不能硬编码。@Value("${jwt.secret:thisismyjwtsecretkeythatiwilluseforsigningandvalidatingtokensanditshouldbeverylongandcomplex}")private String secret;// JWT有效期 (毫秒)，这里设置为1小时@Value("${jwt.expiration:3600000}")private long expiration; // 1 hourprivate SecretKey getSigningKey() {// 使用 HS256 算法生成密钥return Keys.hmacShaKeyFor(secret.getBytes());}// 生成Tokenpublic String generateToken(UserDetails userDetails) {Map<String, Object> claims = new HashMap<>();// 将用户权限添加到claims中List<String> authorities = userDetails.getAuthorities().stream().map(GrantedAuthority::getAuthority).collect(Collectors.toList());claims.put("authorities", authorities);return createToken(claims, userDetails.getUsername());}private String createToken(Map<String, Object> claims, String subject) {Date now = new Date();Date expiryDate = new Date(now.getTime() + expiration);return Jwts.builder().setClaims(claims) // 自定义声明.setSubject(subject) // 用户名.setIssuedAt(now) // 签发时间.setExpiration(expiryDate) // 过期时间.signWith(getSigningKey(), SignatureAlgorithm.HS256) // 签名算法和密钥.compact();}// 从Token中获取所有声明public Claims extractAllClaims(String token) {return Jwts.parserBuilder().setSigningKey(getSigningKey()).build().parseClaimsJws(token).getBody();}// 从Token中获取用户名public String extractUsername(String token) {return extractAllClaims(token).getSubject();}// 从Token中获取过期时间public Date extractExpiration(String token) {return extractAllClaims(token).getExpiration();}// 检查Token是否过期private Boolean isTokenExpired(String token) {return extractExpiration(token).before(new Date());}// 验证Token是否有效public Boolean validateToken(String token, UserDetails userDetails) {final String username = extractUsername(token);return (username.equals(userDetails.getUsername()) && !isTokenExpired(token));}// 额外的：从Token中获取权限@SuppressWarnings("unchecked")public List<String> extractAuthorities(String token) {return (List<String>) extractAllClaims(token).get("authorities");}
}

application.yml中添加JWT配置：

jwt:secret: your_jwt_secret_key_that_is_very_long_and_complex_and_should_be_kept_secure_in_production # 至少32位，生产环境务必使用更长更随机的密钥expiration: 3600000 # 1小时，单位毫秒

4.3 自定义 JwtAuthenticationToken

与ApiKeyAuthenticationToken类似，我们需要一个Authentication实现来承载从JWT解析出的认证信息。

package com.example.springsecuritystage1.security.token;import org.springframework.security.authentication.AbstractAuthenticationToken;
import org.springframework.security.core.GrantedAuthority;import java.util.Collection;public class JwtAuthenticationToken extends AbstractAuthenticationToken {private final Object principal; // 用户名或UserDetails对象private String credentials; // JWT字符串本身public JwtAuthenticationToken(String jwtToken) {super(null);this.principal = null; // 初始时principal是nullthis.credentials = jwtToken; // JWT Token作为凭证setAuthenticated(false);}public JwtAuthenticationToken(Object principal, String jwtToken, Collection<? extends GrantedAuthority> authorities) {super(authorities);this.principal = principal;this.credentials = jwtToken;setAuthenticated(true);}@Overridepublic Object getCredentials() {return credentials;}@Overridepublic Object getPrincipal() {return principal;}
}

4.4 自定义 JwtAuthenticationConverter (或 AuthenticationProvider)

Spring Security 6.x 推荐使用BearerTokenAuthenticationConverter和ReactiveJwtDecoder等用于OAuth2 Resource Server，但对于自定义的JWT，我们可以继续使用AuthenticationProvider。

package com.example.springsecuritystage1.security.provider;import com.example.springsecuritystage1.security.token.JwtAuthenticationToken;
import com.example.springsecuritystage1.service.CustomUserDetailsService; // 你的UserDetailsService
import com.example.springsecuritystage1.util.JwtUtil;
import io.jsonwebtoken.ExpiredJwtException;
import io.jsonwebtoken.MalformedJwtException;
import io.jsonwebtoken.SignatureException;
import io.jsonwebtoken.UnsupportedJwtException;
import org.springframework.security.authentication.AuthenticationProvider;
import org.springframework.security.authentication.BadCredentialsException;
import org.springframework.security.core.Authentication;
import org.springframework.security.core.AuthenticationException;
import org.springframework.security.core.authority.SimpleGrantedAuthority;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetails;
import org.springframework.stereotype.Component;import java.util.List;
import java.util.Set;
import java.util.stream.Collectors;@Component
public class JwtAuthenticationProvider implements AuthenticationProvider {private final JwtUtil jwtUtil;private final CustomUserDetailsService userDetailsService; // 用于加载用户详情public JwtAuthenticationProvider(JwtUtil jwtUtil, CustomUserDetailsService userDetailsService) {this.jwtUtil = jwtUtil;this.userDetailsService = userDetailsService;}@Overridepublic Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException {JwtAuthenticationToken jwtAuthenticationToken = (JwtAuthenticationToken) authentication;String jwt = (String) jwtAuthenticationToken.getCredentials();try {String username = jwtUtil.extractUsername(jwt);List<String> authoritiesStrings = jwtUtil.extractAuthorities(jwt); // 从JWT中提取权限// 可以选择从数据库再次加载UserDetails，以确保用户状态最新// 或者仅仅使用JWT中的信息构建User对象UserDetails userDetails = userDetailsService.loadUserByUsername(username); if (jwtUtil.validateToken(jwt, userDetails)) {Set<SimpleGrantedAuthority> authorities = authoritiesStrings.stream().map(SimpleGrantedAuthority::new).collect(Collectors.toSet());return new JwtAuthenticationToken(userDetails, jwt, authorities);} else {throw new BadCredentialsException("Invalid JWT token");}} catch (ExpiredJwtException e) {throw new BadCredentialsException("JWT Token has expired", e);} catch (UnsupportedJwtException | MalformedJwtException | SignatureException | IllegalArgumentException e) {throw new BadCredentialsException("Invalid JWT Token", e);}}@Overridepublic boolean supports(Class<?> authentication) {return JwtAuthenticationToken.class.isAssignableFrom(authentication);}
}

注意： 在JwtAuthenticationProvider中，我们从JWT中提取了权限信息。但为了确保用户状态（如enabled，accountNonLocked）是最新的，我们仍然通过userDetailsService.loadUserByUsername(username)从数据库加载了完整的UserDetails。如果JWT中包含足够的信息且不关心实时状态，可以直接基于JWT信息构建User对象。

4.5 自定义 JwtAuthenticationFilter

这个过滤器负责拦截请求，提取JWT，并将其提交给AuthenticationManager。

package com.example.springsecuritystage1.filter;import com.example.springsecuritystage1.security.token.JwtAuthenticationToken;
import com.example.springsecuritystage1.util.JwtUtil;
import jakarta.servlet.FilterChain;
import jakarta.servlet.ServletException;
import jakarta.servlet.http.HttpServletRequest;
import jakarta.servlet.http.HttpServletResponse;
import org.springframework.http.HttpHeaders;
import org.springframework.security.authentication.AuthenticationManager;
import org.springframework.security.core.Authentication;
import org.springframework.security.core.context.SecurityContextHolder;
import org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter;import java.io.IOException;// JWT 认证过滤器
public class JwtAuthenticationFilter extends OncePerRequestFilter {private final AuthenticationManager authenticationManager; // 注入 AuthenticationManagerpublic JwtAuthenticationFilter(AuthenticationManager authenticationManager) {this.authenticationManager = authenticationManager;}@Overrideprotected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain filterChain)throws ServletException, IOException {// 1. 从 Authorization header 中获取 JWT TokenString authorizationHeader = request.getHeader(HttpHeaders.AUTHORIZATION);String jwt = null;if (authorizationHeader != null && authorizationHeader.startsWith("Bearer ")) {jwt = authorizationHeader.substring(7); // 提取Bearer Token}// 如果没有JWT，或者SecurityContext中已经有认证信息（例如通过Session登录），则跳过if (jwt == null || SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication() != null) {filterChain.doFilter(request, response);return;}try {// 2. 创建一个未认证的 JwtAuthenticationTokenJwtAuthenticationToken authenticationToken = new JwtAuthenticationToken(jwt);// 3. 将Token提交给 AuthenticationManager 进行认证Authentication authentication = authenticationManager.authenticate(authenticationToken);// 4. 认证成功，将认证信息存入 SecurityContextHolderSecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication);System.out.println("JWT authenticated successfully for: " + authentication.getName());} catch (Exception e) {// 认证失败，清除SecurityContext，并返回401 UnauthorizedSecurityContextHolder.clearContext();response.setStatus(HttpServletResponse.SC_UNAUTHORIZED);response.getWriter().write("JWT authentication failed: " + e.getMessage());return; // 阻止请求继续往下走}// 继续过滤器链filterChain.doFilter(request, response);}
}

4.6 更新 SecurityFilterChain 配置，集成JWT过滤器

现在，我们需要在CustomSecurityConfig中添加JwtAuthenticationProvider到AuthenticationManager，并将JwtAuthenticationFilter插入到过滤器链中。同时，禁用Session管理和CSRF防护。

package com.example.springsecuritystage1.config;// ... 省略其他 imports
import com.example.springsecuritystage1.filter.ApiKeyAuthenticationFilter;
import com.example.springsecuritystage1.filter.JwtAuthenticationFilter; // 导入 JWT 过滤器
import com.example.springsecuritystage1.security.provider.ApiKeyAuthenticationProvider;
import com.example.springsecuritystage1.security.provider.JwtAuthenticationProvider; // 导入 JWT Provider
import com.example.springsecuritystage1.util.JwtUtil; // 导入 JWT 工具类
import org.springframework.http.HttpMethod; // 导入
import org.springframework.security.authentication.ProviderManager;
import org.springframework.security.authentication.dao.DaoAuthenticationProvider;
import org.springframework.security.config.http.SessionCreationPolicy; // 导入@Configuration
@EnableWebSecurity
@EnableMethodSecurity(prePostEnabled = true, securedEnabled = true, jsr250Enabled = true)
public class CustomSecurityConfig {private final DataSource dataSource;private final UserDetailsService userDetailsService;private final PasswordEncoder passwordEncoder;private final ApiKeyAuthenticationProvider apiKeyAuthenticationProvider;private final JwtAuthenticationProvider jwtAuthenticationProvider; // 注入 JWT Providerprivate final JwtUtil jwtUtil; // 注入 JWTUtilpublic CustomSecurityConfig(DataSource dataSource,UserDetailsService userDetailsService,PasswordEncoder passwordEncoder,ApiKeyAuthenticationProvider apiKeyAuthenticationProvider,JwtAuthenticationProvider jwtAuthenticationProvider,JwtUtil jwtUtil) {this.dataSource = dataSource;this.userDetailsService = userDetailsService;this.passwordEncoder = passwordEncoder;this.apiKeyAuthenticationProvider = apiKeyAuthenticationProvider;this.jwtAuthenticationProvider = jwtAuthenticationProvider;this.jwtUtil = jwtUtil;}@Beanpublic PasswordEncoder passwordEncoder() { /* ... */ return new BCryptPasswordEncoder(); }@Beanpublic UserDetailsService userDetailsService() { /* ... */ return new CustomUserDetailsService(sysUserMapper); }@Beanpublic PersistentTokenRepository persistentTokenRepository() { /* ... */ return tokenRepository; }@Beanpublic ProviderManager authenticationManager() {DaoAuthenticationProvider daoProvider = new DaoAuthenticationProvider();daoProvider.setUserDetailsService(userDetailsService);daoProvider.setPasswordEncoder(passwordEncoder);// ProviderManager 现在包含 DaoAuthenticationProvider, ApiKeyAuthenticationProvider 和 JwtAuthenticationProviderreturn new ProviderManager(daoProvider, apiKeyAuthenticationProvider, jwtAuthenticationProvider);}@Beanpublic SecurityFilterChain securityFilterChain(HttpSecurity http) throws Exception {http.csrf(csrf -> csrf.disable()) // <<-- HERE: 禁用CSRF防护.sessionManagement(session -> session.sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS) // <<-- HERE: 设置为无状态会话策略).authorizeHttpRequests(authorize -> authorize// 允许所有请求，因为我们现在是无状态API，登录获取Token.requestMatchers("/api/auth/**", "/public/**", "/register", "/login").permitAll()// 不需要这些Web页面的权限配置了，因为它们现在应该由前端路由控制// .requestMatchers("/admin/**").hasAnyAuthority("ROLE_ADMIN", "USER_MANAGE")// .requestMatchers("/user/**").hasAnyAuthority("ROLE_USER", "ROLE_ADMIN", "USER_VIEW").requestMatchers("/api/v2/**").hasAuthority("API_KEY_AUTH").anyRequest().authenticated() // 其他所有 API 请求都需要认证 (JWT 或 API Key))// 移除了 formLogin 和 rememberMe, 因为现在是无状态API.httpBasic(Customizer.withDefaults()) // 可以在测试阶段保留HTTP Basic.addFilterBefore(new ApiKeyAuthenticationFilter(authenticationManager()), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class)// <<-- HERE: 将 JwtAuthenticationFilter 添加到 ApiKeyAuthenticationFilter 之后，UsernamePasswordAuthenticationFilter 之前// 但因为我们禁用了 Session，UsernamePasswordAuthenticationFilter 实际上不会被用到，可以考虑移除// 这里我们放在 ApiKeyAuthenticationFilter 之后，保证 JWT 认证在 API Key 认证之后尝试.addFilterBefore(new JwtAuthenticationFilter(authenticationManager()), ApiKeyAuthenticationFilter.class);// TODO: 为JWT认证添加适当的异常处理器，例如 AuthenticationEntryPoint// .exceptionHandling(exception -> exception//     .authenticationEntryPoint(jwtAuthenticationEntryPoint) // 稍后添加// )return http.build();}@Beanpublic HttpSessionEventPublisher httpSessionEventPublisher() {return new HttpSessionEventPublisher(); // 即使是 STATELESS，这个Bean本身没有什么副作用，可以保留}
}

重要的更新点：

JWT相关注入： JwtAuthenticationProvider和JwtUtil被注入，并JwtAuthenticationProvider添加到ProviderManager中。
禁用CSRF和Session： csrf(csrf -> csrf.disable()) 和 sessionManagement(session -> session.sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS)) 是实现无状态的关键。
移除Session相关配置： formLogin()和rememberMe()配置被移除，因为它们依赖于Session。
JWT过滤器添加： JwtAuthenticationFilter通过 addFilterBefore(new JwtAuthenticationFilter(authenticationManager()), ApiKeyAuthenticationFilter.class) 添加到过滤器链中，它将在ApiKeyAuthenticationFilter之前尝试处理JWT认证。你可以自行调整顺序。
UsernamePasswordAuthenticationFilter的去留： 由于我们禁用了Session和表单登录，UsernamePasswordAuthenticationFilter实际上不再具有作用。此处将其保留在addFilterBefore的参考中，但如果你不打算使用HTTP Basic或传统的表单登录，可以完全移除对它的引用，或者直接将其替换。对于纯API，我们通常不会使用UsernamePasswordAuthenticationFilter。
- 更新： 为了清晰，我们将JWT过滤器放在所有认证过滤器之前，让它优先处理Bearer Token。
- UsernamePasswordAuthenticationFilter.class 如果不使用表单登录，可以将其作为参考位置，或者使用更通用的过滤器，如 BasicAuthenticationFilter.class。这里，我们将API key认证放在它之前，JWT认证放在API key认证之前，形成优先顺序。

4.7 改造登录接口，返回JWT

我们需要创建一个新的登录Controller，它接收用户名和密码，并在认证成功后返回JWT。

LoginApiController.java

package com.example.springsecuritystage1.controller;import com.example.springsecuritystage1.model.LoginRequest;
import com.example.springsecuritystage1.model.LoginResponse;
import com.example.springsecuritystage1.util.JwtUtil;
import org.springframework.http.ResponseEntity;
import org.springframework.security.authentication.AuthenticationManager;
import org.springframework.security.authentication.UsernamePasswordAuthenticationToken;
import org.springframework.security.core.Authentication;
import org.springframework.security.core.context.SecurityContextHolder;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetails;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;// 登录请求体
class LoginRequest {private String username;private String password;// Getters and Setterspublic String getUsername() { return username; }public void setUsername(String username) { this.username = username; }public String getPassword() { return password; }public void setPassword(String password) { this.password = password; }
}// 登录响应体 (包含JWT)
class LoginResponse {private String token;private String type = "Bearer";private Long id;private String username;private String email; // 假设有private List<String> roles; // 假设有// Constructors, Getters, Setterspublic LoginResponse(String accessToken, Long id, String username, String email, List<String> roles) {this.token = accessToken;this.id = id;this.username = username;this.email = email;this.roles = roles;}public String getToken() { return token; }public void setToken(String token) { this.token = token; }public String getType() { return type; }public void setType(String type) { this.type = type; }public Long getId() { return id; }public void setId(Long id) { this.id = id; }public String getUsername() { return username; }public void setUsername(String username) { this.username = username; }public String getEmail() { return email; }public void setEmail(String email) { this.email = email; }public List<String> getRoles() { return roles; }public void setRoles(List<String> roles) { this.roles = roles; }
}@RestController
@RequestMapping("/api/auth")
public class LoginApiController {private final AuthenticationManager authenticationManager;private final JwtUtil jwtUtil;public LoginApiController(AuthenticationManager authenticationManager, JwtUtil jwtUtil) {this.authenticationManager = authenticationManager;this.jwtUtil = jwtUtil;}@PostMapping("/login")public ResponseEntity<?> authenticateUser(@RequestBody LoginRequest loginRequest) {Authentication authentication = authenticationManager.authenticate(new UsernamePasswordAuthenticationToken(loginRequest.getUsername(), loginRequest.getPassword()));// 如果上面认证失败，会抛出 AuthenticationException，不会走到这里SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication);UserDetails userDetails = (UserDetails) authentication.getPrincipal();String jwt = jwtUtil.generateToken(userDetails);// 这里仅为了演示，id, email, roles可以从 userDetails 中提取或从数据库查询List<String> roles = userDetails.getAuthorities().stream().map(GrantedAuthority::getAuthority).collect(Collectors.toList());return ResponseEntity.ok(new LoginResponse(jwt, null, userDetails.getUsername(), null, roles));}
}

4.8 认证失败与权限不足的自定义处理

由于我们禁用了Session和表单登录，Spring Security默认的重定向行为将不再适用。对于API，我们应该返回JSON格式的错误响应。

A. 未认证 (AuthenticationEntryPoint)
当用户未提供凭证或凭证无效时，AuthenticationEntryPoint会被触发。

package com.example.springsecuritystage1.security.handler;import jakarta.servlet.ServletException;
import jakarta.servlet.http.HttpServletRequest;
import jakarta.servlet.http.HttpServletResponse;
import org.springframework.security.core.AuthenticationException;
import org.springframework.security.web.AuthenticationEntryPoint;
import org.springframework.stereotype.Component;import java.io.IOException;// 处理未认证的请求，返回401 Unauthorized
@Component
public class JwtAuthenticationEntryPoint implements AuthenticationEntryPoint {@Overridepublic void commence(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, AuthenticationException authException)throws IOException, ServletException {System.out.println("Unauthorized error: " + authException.getMessage());response.setContentType("application/json");response.setStatus(HttpServletResponse.SC_UNAUTHORIZED);response.getOutputStream().println("{ \"error\": \"" + authException.getMessage() + "\", \"code\": 401 }");}
}

B. 权限不足 (AccessDeniedHandler)
当用户已认证但没有所需权限时，AccessDeniedHandler会被触发。

package com.example.springsecuritystage1.security.handler;import jakarta.servlet.ServletException;
import jakarta.servlet.http.HttpServletRequest;
import jakarta.servlet.http.HttpServletResponse;
import org.springframework.security.access.AccessDeniedException;
import org.springframework.security.web.access.AccessDeniedHandler;
import org.springframework.stereotype.Component;import java.io.IOException;// 处理权限不足的请求，返回403 Forbidden
@Component
public class CustomAccessDeniedHandler implements AccessDeniedHandler {@Overridepublic void handle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, AccessDeniedException accessDeniedException)throws IOException, ServletException {System.out.println("Access Denied error: " + accessDeniedException.getMessage());response.setContentType("application/json");response.setStatus(HttpServletResponse.SC_FORBIDDEN);response.getOutputStream().println("{ \"error\": \"" + accessDeniedException.getMessage() + "\", \"code\": 403 }");}
}

C. 更新SecurityFilterChain，集成异常处理器

            .exceptionHandling(exception -> exception // <<-- HERE: 集成自定义异常处理器.authenticationEntryPoint(jwtAuthenticationEntryPoint) // 未认证.accessDeniedHandler(customAccessDeniedHandler) // 权限不足)

需要注入这两个handler：

    private final JwtAuthenticationEntryPoint jwtAuthenticationEntryPoint;private final CustomAccessDeniedHandler customAccessDeniedHandler;public CustomSecurityConfig(// ... 其他注入JwtAuthenticationEntryPoint jwtAuthenticationEntryPoint,CustomAccessDeniedHandler customAccessDeniedHandler) {// ... 初始化this.jwtAuthenticationEntryPoint = jwtAuthenticationEntryPoint;this.customAccessDeniedHandler = customAccessDeniedHandler;}

4.9 测试JWT认证流程

启动应用。
获取JWT： 使用Postman向 http://localhost:8080/api/auth/login 发送POST请求，Content-Type: application/json。
Body:
```
{"username": "user","password": "password"
}
```
成功后，你应该会收到一个包含JWT的JSON响应，例如：
```
{"token": "eyJhbGc...","type": "Bearer","username": "user","roles": ["ROLE_USER", "PRODUCT_READ", "USER_VIEW"]
}
```
使用JWT访问受保护资源：
- 复制得到的token。
- 向 http://localhost:8080/user/profile 发送GET请求，在请求头中添加 Authorization: Bearer <你的JWT>。
- 你应该会收到 200 OK 响应，表示访问成功。
访问无权限资源：
- 继续使用同一个JWT（user用户的），尝试访问 http://localhost:8080/admin/dashboard。
- 你应该收到 403 Forbidden 响应，内容为我们自定义的JSON错误。
访问需要API Key的资源：
- 尝试使用JWT访问 http://localhost:8080/api/v2/secret-data。
- 由于这个路径需要API_KEY_AUTH权限，而JWT中可能没有，所以还是会收到403 Forbidden。
- 此时，如果你在请求头中同时提供正确的X-API-KEY，API Key认证会优先触发，导致最终成功。这展示了多认证机制的协同工作。
无效/过期JWT：
- 尝试随便修改JWT的某个字符，或者等待JWT过期（如果设置了短有效期）。
- 再次发送请求，你应该收到 401 Unauthorized 响应。

5. JWT的安全性与挑战

5.1 Token过期与刷新机制

过期目的： JWT的exp声明是其安全性的关键。短有效期可以限制令牌被盗用后的风险。
刷新Token： 通常通过引入Refresh Token机制。
- 用户登录后，同时获取一个短期的Access Token（JWT）和一个长期的Refresh Token。
- Access Token用于访问资源。
- 当Access Token过期时，客户端使用Refresh Token向认证服务器请求新的Access Token和Refresh Token。
- Refresh Token通常存储在更安全的地方（如HttpOnly Cookie），并且只能使用一次，或者有被撤销的机制。

5.2 JWT注销/黑名单机制

JWT无法像Session一样简单地“注销”。一旦签发，只要签名和有效期都没问题，它就是有效的。
为了实现注销功能或禁用被盗用的Token，可以采取：

黑名单机制： 在服务器端维护一个已注销/失效的JWT列表（通常存储在Redis中，设置与JWT有效期相同的过期时间）。每次验证JWT时，除了验证签名和有效期，还需检查其是否在黑名单中。
短有效期结合刷新： 这是更常见的做法。Access Token有效期设置很短，Refresh Token有效期长。当用户登出时，只销毁Refresh Token，Access Token自然很快过期。

5.3 密钥管理

生成与存储： 签名JWT的密钥（secret）至关重要，必须是复杂、随机且妥善保管的。生产环境应通过环境变量、配置文件或密钥管理服务（如Vault）注入，绝不能硬编码。
轮换： 定期轮换密钥是一种良好的安全实践。

5.4 防止令牌盗用

Https： 始终通过HTTPS传输JWT，防止中间人攻击窃取Token。
HttpOnly： 如果Token存储在Cookie中，应设置为HttpOnly，防止XSS攻击。
LocalStorage的风险： 将JWT存储在LocalStorage中虽然方便，但易受XSS攻击。

6. 常见陷阱与注意事项

禁用CSRF与Session的警惕性： 只有当你确定你的应用不再依赖于Session，并且有其他安全措施时，才禁用它们。
JWT密钥安全： 生产环境的JWT密钥必须是强随机字符串，且妥善保管。
JWT负载信息： 不要在JWT的Payload中存放敏感信息。JWT只是Base64编码，不是加密。
JWT有效期： 根据业务需求合理设置JWT有效期。Access Token通常短，Refresh Token长。
异常处理： 务必为AuthenticationEntryPoint和AccessDeniedHandler提供友好的JSON响应。
AuthenticationManager的构建： 确保ProviderManager包含了所有你需要的AuthenticationProvider。

7. 阶段总结

至此，你已经完成了Spring Security深度学习的第六阶段！你现在已经能够：

理解JWT的核心概念、组成和工作原理。
使用jjwt库生成、解析和验证JWT。
在Spring Security中禁用Session和CSRF防护，构建一个无状态的API认证系统。
设计JwtAuthenticationToken、JwtAuthenticationProvider和JwtAuthenticationFilter，并将其集成到Spring Security过滤器链中。
改造登录接口，使其返回JWT。
定制API认证失败和权限不足的JSON响应。