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Spring Security 全面指南：从基础到高级实践

news 来源：原创 2025/6/14 14:36:11

一、Spring Security 概述与核心概念

1.1 Spring Security 简介

Spring Security 是 Spring 生态系统中的安全框架，为基于 Java 的企业应用提供全面的安全服务。它起源于 2003 年的 Acegi Security 项目，2008 年正式成为 Spring 官方子项目，现已发展为企业级安全的事实标准。

核心特性：

  • 认证（Authentication）：验证用户身份
  • 授权（Authorization）：控制访问权限
  • 防护（Protection）：抵御常见攻击（CSRF、XSS 等）
  • 集成（Integration）：与 Spring、Servlet API、OAuth2 等无缝集成
  • 扩展（Extensibility）：高度模块化，支持自定义扩展

1.2 安全过滤器链

Spring Security 的核心是基于 Servlet Filter 的过滤器链（Filter Chain）：

客户端请求 → DelegatingFilterProxy → FilterChainProxy → 安全过滤器链 → 应用

关键过滤器：

  1. SecurityContextPersistenceFilter：维护安全上下文
  2. UsernamePasswordAuthenticationFilter：处理表单登录
  3. BasicAuthenticationFilter：处理 HTTP 基本认证
  4. RememberMeAuthenticationFilter：处理"记住我"功能
  5. AnonymousAuthenticationFilter：匿名用户处理
  6. ExceptionTranslationFilter：处理安全异常
  7. FilterSecurityInterceptor：授权决策

1.3 核心组件

组件职责重要实现类
SecurityContextHolder保存安全上下文ThreadLocalSecurityContextHolder
Authentication封装认证信息UsernamePasswordAuthenticationToken
UserDetails用户详细信息User
UserDetailsService加载用户数据InMemoryUserDetailsManager
AuthenticationManager认证入口ProviderManager
AccessDecisionManager授权决策AffirmativeBased

二、快速入门：基础配置

2.1 添加依赖

Maven 配置：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.security</groupId>
    <artifactId>spring-security-test</artifactId>
    <scope>test</scope>
</dependency>

2.2 最小配置示例

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class BasicSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
            .authorizeRequests()
                .antMatchers("/public/**").permitAll()
                .anyRequest().authenticated()
            .and()
            .formLogin()
                .loginPage("/login")
                .permitAll()
            .and()
            .logout()
                .permitAll();
    }
    
    @Bean
    @Override
    public UserDetailsService userDetailsService() {
        UserDetails user = User.withDefaultPasswordEncoder()
            .username("user")
            .password("password")
            .roles("USER")
            .build();
        
        return new InMemoryUserDetailsManager(user);
    }
}

2.3 自定义用户存储

2.3.1 JDBC 用户存储
@Autowired
private DataSource dataSource;

@Bean
public UserDetailsService userDetailsService() {
    return new JdbcUserDetailsManager(dataSource);
}

初始化 SQL 脚本（schema.sql）：

CREATE TABLE users (
    username VARCHAR(50) NOT NULL PRIMARY KEY,
    password VARCHAR(100) NOT NULL,
    enabled BOOLEAN NOT NULL
);

CREATE TABLE authorities (
    username VARCHAR(50) NOT NULL,
    authority VARCHAR(50) NOT NULL,
    FOREIGN KEY (username) REFERENCES users(username)
);

INSERT INTO users VALUES ('user', '{bcrypt}$2a$10$GRLdNijSQMUvl/au9ofL.eDwmoohzzS7.rmNSJZ.0FxO/BTk76klW', true);
INSERT INTO authorities VALUES ('user', 'ROLE_USER');
2.3.2 自定义用户服务
@Service
public class CustomUserDetailsService implements UserDetailsService {
    
    @Autowired
    private UserRepository userRepository;
    
    @Override
    public UserDetails loadUserByUsername(String username) 
            throws UsernameNotFoundException {
        User user = userRepository.findByUsername(username)
            .orElseThrow(() -> new UsernameNotFoundException("用户不存在"));
        
        return new org.springframework.security.core.userdetails.User(
            user.getUsername(),
            user.getPassword(),
            user.getAuthorities());
    }
}

三、认证机制详解

3.1 密码编码器

Spring Security 5 强制要求密码编码：

编码器描述示例
BCryptPasswordEncoderBCrypt 哈希$2a$10$N9qo8uLOickgx2ZMRZoMy...
Pbkdf2PasswordEncoderPBKDF25d923b44a6d129f3ddf3e3c8...
SCryptPasswordEncoderSCrypt$e0801$N8QxJj5YQnK7vjMp...
Argon2PasswordEncoderArgon2$argon2id$v=19$m=1024,t=...

配置示例：

@Bean
public PasswordEncoder passwordEncoder() {
    return new BCryptPasswordEncoder();
}

3.2 多种认证方式

3.2.1 表单登录
http.formLogin()
    .loginPage("/login")          // 自定义登录页
    .loginProcessingUrl("/auth")  // 处理登录的URL
    .usernameParameter("uname")   // 用户名参数名
    .passwordParameter("pwd")     // 密码参数名
    .defaultSuccessUrl("/home")   // 登录成功跳转
    .failureUrl("/login?error");  // 登录失败跳转
3.2.2 HTTP 基本认证
http.httpBasic()
    .realmName("My App");
3.2.3 Remember-Me 认证
http.rememberMe()
    .key("myAppKey")             // 加密密钥
    .tokenValiditySeconds(86400) // 有效期(秒)
    .rememberMeParameter("remember"); // 参数名

3.3 多认证提供者

@Autowired
private CustomAuthenticationProvider customProvider;

@Override
protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
    auth
        .authenticationProvider(customProvider)
        .jdbcAuthentication()
            .dataSource(dataSource)
            .passwordEncoder(passwordEncoder());
}

自定义认证提供者：

@Component
public class CustomAuthenticationProvider implements AuthenticationProvider {
    
    @Autowired
    private UserDetailsService userDetailsService;
    
    @Autowired
    private PasswordEncoder passwordEncoder;
    
    @Override
    public Authentication authenticate(Authentication auth) 
            throws AuthenticationException {
        String username = auth.getName();
        String password = auth.getCredentials().toString();
        
        UserDetails user = userDetailsService.loadUserByUsername(username);
        
        if (passwordEncoder.matches(password, user.getPassword())) {
            return new UsernamePasswordAuthenticationToken(
                username, password, user.getAuthorities());
        }
        
        throw new BadCredentialsException("认证失败");
    }
    
    @Override
    public boolean supports(Class<?> authentication) {
        return authentication.equals(UsernamePasswordAuthenticationToken.class);
    }
}

四、授权机制详解

4.1 请求级别授权

http.authorizeRequests()
    .antMatchers("/admin/**").hasRole("ADMIN")
    .antMatchers("/user/**").hasAnyRole("USER", "ADMIN")
    .antMatchers("/api/**").access("hasRole('API') or hasIpAddress('192.168.1.0/24')")
    .antMatchers("/db/**").access("hasAuthority('DBA') and hasIpAddress('192.168.1.100')")
    .anyRequest().authenticated();

匹配器类型：

  • antMatchers()：Ant 风格路径
  • regexMatchers()：正则表达式
  • mvcMatchers()：Spring MVC 路径

4.2 方法级别安全

4.2.1 启用方法安全
@Configuration
@EnableGlobalMethodSecurity(
    prePostEnabled = true,
    securedEnabled = true,
    jsr250Enabled = true)
public class MethodSecurityConfig {
    // 配置...
}
4.2.2 常用注解
注解示例描述
@PreAuthorize@PreAuthorize("hasRole('ADMIN')")方法执行前检查
@PostAuthorize@PostAuthorize("returnObject.owner == authentication.name")方法执行后检查
@Secured@Secured("ROLE_ADMIN")简单角色检查
@RolesAllowed@RolesAllowed("USER")JSR-250 标准注解
@PreFilter@PreFilter("filterObject.owner == authentication.name")过滤集合参数
@PostFilter@PostFilter("filterObject.status == 'ACTIVE'")过滤返回值

4.3 动态权限控制

自定义权限评估器：

@Component
public class CustomPermissionEvaluator implements PermissionEvaluator {
    
    @Override
    public boolean hasPermission(
            Authentication auth, Object target, Object permission) {
        if (auth == null || !(permission instanceof String)) {
            return false;
        }
        
        // 实现自定义逻辑
        return checkPermission(auth, target, (String) permission);
    }
    
    @Override
    public boolean hasPermission(
            Authentication auth, Serializable targetId, 
            String targetType, Object permission) {
        // 实现基于ID的权限检查
        return false;
    }
}

注册评估器：

@Configuration
@EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled = true)
public class MethodSecurityConfig extends GlobalMethodSecurityConfiguration {
    
    @Autowired
    private CustomPermissionEvaluator permissionEvaluator;
    
    @Override
    protected MethodSecurityExpressionHandler createExpressionHandler() {
        DefaultMethodSecurityExpressionHandler handler = 
            new DefaultMethodSecurityExpressionHandler();
        handler.setPermissionEvaluator(permissionEvaluator);
        return handler;
    }
}

五、高级安全特性

5.1 CSRF 防护

默认配置：

http.csrf()
    .csrfTokenRepository(CookieCsrfTokenRepository.withHttpOnlyFalse());

禁用 CSRF（仅限无状态 API）：

http.csrf().disable();

自定义配置：

http.csrf()
    .ignoringAntMatchers("/api/**")
    .csrfTokenRepository(new HttpSessionCsrfTokenRepository());

5.2 CORS 配置

@Bean
public CorsConfigurationSource corsConfigurationSource() {
    CorsConfiguration config = new CorsConfiguration();
    config.setAllowedOrigins(Arrays.asList("https://example.com"));
    config.setAllowedMethods(Arrays.asList("GET", "POST"));
    config.setAllowedHeaders(Arrays.asList("*"));
    config.setAllowCredentials(true);
    
    UrlBasedCorsConfigurationSource source = 
        new UrlBasedCorsConfigurationSource();
    source.registerCorsConfiguration("/**", config);
    return source;
}

5.3 安全头信息

http.headers()
    .contentSecurityPolicy("default-src 'self'")
    .and()
    .referrerPolicy(ReferrerPolicy.SAME_ORIGIN)
    .and()
    .frameOptions().sameOrigin()
    .and()
    .httpStrictTransportSecurity()
        .includeSubDomains(true)
        .maxAgeInSeconds(31536000);

5.4 会话管理

http.sessionManagement()
    .sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.IF_REQUIRED)
    .invalidSessionUrl("/invalidSession")
    .maximumSessions(1)
        .maxSessionsPreventsLogin(true)
        .expiredUrl("/sessionExpired");

会话策略：

  • ALWAYS：总是创建会话
  • IF_REQUIRED：必要时创建（默认）
  • NEVER：不创建，但可能使用已有会话
  • STATELESS：完全无状态（如JWT）

六、OAuth2 与 JWT 集成

6.1 OAuth2 资源服务器

@Configuration
@EnableResourceServer
public class ResourceServerConfig extends ResourceServerConfigurerAdapter {
    
    @Override
    public void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
            .authorizeRequests()
                .antMatchers("/api/**").authenticated();
    }
    
    @Override
    public void configure(ResourceServerSecurityConfigurer resources) {
        resources.resourceId("my-resource");
    }
}

6.2 JWT 配置

@Bean
public JwtAccessTokenConverter accessTokenConverter() {
    JwtAccessTokenConverter converter = new JwtAccessTokenConverter();
    converter.setSigningKey("my-secret-key");
    return converter;
}

@Bean
public TokenStore tokenStore() {
    return new JwtTokenStore(accessTokenConverter());
}

6.3 OAuth2 客户端

@Configuration
@EnableOAuth2Client
public class OAuth2ClientConfig {
    
    @Bean
    public OAuth2RestTemplate oauth2RestTemplate(
            OAuth2ClientContext context, 
            OAuth2ProtectedResourceDetails details) {
        return new OAuth2RestTemplate(details, context);
    }
}

七、测试与调试

7.1 测试安全配置

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
@AutoConfigureMockMvc
public class SecurityTest {
    
    @Autowired
    private MockMvc mockMvc;
    
    @Test
    @WithMockUser(username="user", roles="USER")
    public void testUserAccess() throws Exception {
        mockMvc.perform(get("/user/profile"))
            .andExpect(status().isOk());
    }
    
    @Test
    @WithAnonymousUser
    public void testUnauthorizedAccess() throws Exception {
        mockMvc.perform(get("/admin"))
            .andExpect(status().isForbidden());
    }
}

7.2 调试技巧

  1. 启用调试日志：

    logging.level.org.springframework.security=DEBUG

  2. 自定义访问决策日志：

    @Component
public class SecurityLogger {
    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(SecurityLogger.class);
    
    @PreAuthorize("hasRole('ADMIN')")
    public void adminOnly() {
        log.info("Admin method accessed");
    }
}

  3. 使用 SecurityContextHolder：

    Authentication auth = SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication();
log.info("Current user: {}", auth.getName());

八、最佳实践

8.1 安全配置建议

  1. 密码策略：

    • 使用强密码编码器（BCrypt）
    • 定期更新加密密钥
    • 实现密码过期策略

  2. API 安全：

    • REST API 使用无状态认证（JWT）
    • 实现速率限制
    • 记录安全相关事件

  3. 生产环境配置：

    http
    .requiresChannel()
        .anyRequest().requiresSecure()
    .and()
    .headers()
        .contentTypeOptions()
        .and()
        .xssProtection()
        .and()
        .cacheControl();

8.2 性能优化

  1. 缓存用户数据：

    @Bean
public UserDetailsService userDetailsService() {
    return new CachingUserDetailsService(
        new JdbcUserDetailsManager(dataSource));
}

  2. 优化会话存储：

    • 使用 Redis 等分布式存储
    • 配置合适的会话超时

  3. 减少过滤器链：

    http.securityMatcher("/api/**"); // 仅对API路径应用安全

8.3 常见问题解决

  1. 循环依赖：

    • 避免在 WebSecurityConfigurerAdapter 中直接注入服务
    • 使用 @Lazy 注解

  2. 配置顺序问题：

    • 确保 @Order 注解正确使用
    • 重要配置放在高优先级

  3. 跨域问题：

    • 正确配置 CORS
    • 确保安全过滤器在 CORS 过滤器之后

九、Spring Security 5 新特性

9.1 OAuth2 登录

http.oauth2Login()
    .loginPage("/login")
    .defaultSuccessUrl("/home")
    .userInfoEndpoint()
        .userService(customOAuth2UserService);

9.2 响应式安全

@EnableWebFluxSecurity
public class ReactiveSecurityConfig {
    
    @Bean
    public SecurityWebFilterChain securityWebFilterChain(ServerHttpSecurity http) {
        return http
            .authorizeExchange()
                .pathMatchers("/admin/**").hasRole("ADMIN")
                .anyExchange().authenticated()
            .and()
            .httpBasic()
            .and()
            .build();
    }
}

9.3 密码编码迁移

@Bean
public PasswordEncoder passwordEncoder() {
    return PasswordEncoderFactories.createDelegatingPasswordEncoder();
}

十、总结

Spring Security 作为企业级安全框架，提供了从认证授权到攻击防护的全面解决方案。通过本文的学习，我们掌握了：

  1. 核心架构与基础配置
  2. 认证与授权机制
  3. 高级安全特性
  4. OAuth2 与 JWT 集成
  5. 测试与最佳实践

无论是简单的 Web 应用还是复杂的微服务架构，Spring Security 都能提供合适的安全解决方案。希望本指南能帮助你在项目中构建更加安全可靠的系统。

PS：如果你在学习过程中遇到问题，别担心！欢迎在评论区留言，我会尽力帮你解决！😄

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