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使用 Spring Security 和 JWT 实现安全认证机制

article 2024/12/26 13:01:08

在现代 Web 应用中，安全认证和授权是保障数据安全和用户隐私的核心机制。Spring Security 是 Spring 框架下专为安全设计的模块，具有高度的可配置性和扩展性。而 JWT（JSON Web Token） 则是当前流行的认证解决方案，因其无状态、可扩展性强等特点被广泛应用于微服务和移动应用中。

本文将从以下几个部分详细介绍如何使用 Spring Security 和 JWT 实现一个完整的认证机制：

JWT 认证流程概述
Spring Security 的基本配置
JWT 生成与解析
基于 Spring Security 的 JWT 安全配置
实现用户登录和认证

1. JWT 认证流程概述

JWT 的认证流程如下：

用户登录：用户通过用户名和密码发送请求给服务器。
服务器验证：服务器验证用户身份，验证通过后生成 JWT Token。
Token 下发：服务器将生成的 Token 返回给客户端。
后续请求携带 Token：客户端在后续请求中将 JWT Token 添加到请求头中，服务器通过解析和验证 Token 确认请求的合法性。

这种方式的核心优势在于 Token 是无状态的，服务器无需维护用户的会话信息，且 JWT 可在分布式系统中实现共享认证。

2. Spring Security 的基本配置

创建一个简单的 Spring Boot 项目，并添加 Spring Security 和 JWT 的依赖：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
        <artifactId>jjwt</artifactId>
        <version>0.9.1</version>
    </dependency>
</dependencies>

配置 SecurityConfig 类

创建 SecurityConfig 类以配置 Spring Security 基本设置：

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.security.config.annotation.authentication.builders.AuthenticationManagerBuilder;
import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.HttpSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.EnableWebSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.WebSecurityConfigurerAdapter;

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.csrf().disable()
            .authorizeRequests()
            .antMatchers("/login").permitAll()
            .anyRequest().authenticated();
    }
}

上面的配置指定 /login 接口公开访问，其余接口需要认证后才能访问。

3. JWT 生成与解析

使用 JWT 库生成和解析 Token。创建 JwtUtil 工具类，实现生成和验证 JWT 的方法：

import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;

import java.util.Date;

public class JwtUtil {

    private static final String SECRET_KEY = "mySecretKey";

    // 生成 JWT
    public static String generateToken(String username) {
        return Jwts.builder()
                   .setSubject(username)
                   .setIssuedAt(new Date())
                   .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + 86400000)) // 24小时有效期
                   .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, SECRET_KEY)
                   .compact();
    }

    // 解析 JWT
    public static Claims parseToken(String token) {
        return Jwts.parser()
                   .setSigningKey(SECRET_KEY)
                   .parseClaimsJws(token)
                   .getBody();
    }
}

4. 基于 Spring Security 的 JWT 安全配置

在 Spring Security 过滤链中添加 JWT 过滤器。实现一个 JwtAuthenticationFilter 类，在每次请求时拦截并验证 Token：

import javax.servlet.FilterChain;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;

import org.springframework.security.authentication.UsernamePasswordAuthenticationToken;
import org.springframework.security.core.context.SecurityContextHolder;
import org.springframework.security.web.authentication.www.BasicAuthenticationFilter;
import io.jsonwebtoken.Claims;

public class JwtAuthenticationFilter extends BasicAuthenticationFilter {

    public JwtAuthenticationFilter(AuthenticationManager authManager) {
        super(authManager);
    }

    @Override
    protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain chain)
            throws IOException, ServletException {

        String token = request.getHeader("Authorization");
        if (token == null || !token.startsWith("Bearer ")) {
            chain.doFilter(request, response);
            return;
        }

        Claims claims = JwtUtil.parseToken(token.replace("Bearer ", ""));
        String username = claims.getSubject();

        if (username != null) {
            UsernamePasswordAuthenticationToken auth = new UsernamePasswordAuthenticationToken(username, null, new ArrayList<>());
            SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(auth);
        }
        chain.doFilter(request, response);
    }
}

将 JwtAuthenticationFilter 过滤器添加到 SecurityConfig 中：

@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
    http.csrf().disable()
        .authorizeRequests()
        .antMatchers("/login").permitAll()
        .anyRequest().authenticated()
        .and()
        .addFilter(new JwtAuthenticationFilter(authenticationManager()));
}

5. 实现用户登录和认证

创建一个登录控制器 AuthController，验证用户后生成 JWT：

import org.springframework.web.bind.annotation.*;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

@RestController
public class AuthController {

    @PostMapping("/login")
    public void login(@RequestParam String username, @RequestParam String password, HttpServletResponse response) {
        // 这里简单校验用户名密码
        if ("user".equals(username) && "password".equals(password)) {
            String token = JwtUtil.generateToken(username);
            response.setHeader("Authorization", "Bearer " + token);
        } else {
            response.setStatus(HttpServletResponse.SC_UNAUTHORIZED);
        }
    }
}