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Spring Boot 实现了自动登录,但是安全风险要怎么控制?

上篇文章中,我们提到了 Spring Boot 自动登录存在的一些安全风险,在实际应用中,我们肯定要把这些安全风险降到最低,今天就来和大家聊一聊如何降低安全风险的问题。

降低安全风险,我主要从两个方面来给大家介绍:

  1. 持久化令牌方案
  2. 二次校验

当然,还是老规矩,阅读本文一定先阅读本系列前面的文章,这有助于更好的理解本文:

  1. 挖一个大坑,Spring Security 开搞!
  2. 松哥手把手带你入门 Spring Security,别再问密码怎么解密了
  3. 手把手教你定制 Spring Security 中的表单登录
  4. Spring Security 做前后端分离,咱就别做页面跳转了!统统 JSON 交互
  5. Spring Security 中的授权操作原来这么简单
  6. Spring Security 如何将用户数据存入数据库?
  7. Spring Security+Spring Data Jpa 强强联手,安全管理只有更简单!
  8. Spring Boot + Spring Security 实现自动登录功能

好了,我们就不废话了,来看今天的文章。

1.持久化令牌

1.1 原理

要理解持久化令牌,一定要先搞明白自动登录的基本玩法,参考(Spring Boot + Spring Security 实现自动登录功能)。

持久化令牌就是在基本的自动登录功能基础上,又增加了新的校验参数,来提高系统的安全性,这一些都是由开发者在后台完成的,对于用户来说,登录体验和普通的自动登录体验是一样的。

在持久化令牌中,新增了两个经过 MD5 散列函数计算的校验参数,一个是 series,另一个是 token。其中,series 只有当用户在使用用户名/密码登录时,才会生成或者更新,而 token 只要有新的会话,就会重新生成,这样就可以避免一个用户同时在多端登录,就像手机 QQ ,一个手机上登录了,就会踢掉另外一个手机的登录,这样用户就会很容易发现账户是否泄漏(之前看到松哥交流群里有小伙伴在讨论如何禁止多端登录,其实就可以借鉴这里的思路)。

持久化令牌的具体处理类在 PersistentTokenBasedRememberMeServices 中,上篇文章我们讲到的自动化登录具体的处理类是在 TokenBasedRememberMeServices 中,它们有一个共同的父类:

而用来保存令牌的处理类则是 PersistentRememberMeToken,该类的定义也很简洁命令:

public class PersistentRememberMeToken {
    private final String username;
    private final String series;
    private final String tokenValue;
    private final Date date;
    //省略 getter
}

这里的 Date 表示上一次使用自动登录的时间。

1.2 代码演示

接下来,我通过代码来给大家演示一下持久化令牌的具体用法。

首先我们需要一张表来记录令牌信息,这张表我们可以完全自定义,也可以使用系统默认提供的 JDBC 来操作,如果使用默认的 JDBC,即 JdbcTokenRepositoryImpl,我们可以来分析一下该类的定义:

public class JdbcTokenRepositoryImpl extends JdbcDaoSupport implements
        PersistentTokenRepository {
    public static final String CREATE_TABLE_SQL = "create table persistent_logins (username varchar(64) not null, series varchar(64) primary key, "
            + "token varchar(64) not null, last_used timestamp not null)";
    public static final String DEF_TOKEN_BY_SERIES_SQL = "select username,series,token,last_used from persistent_logins where series = ?";
    public static final String DEF_INSERT_TOKEN_SQL = "insert into persistent_logins (username, series, token, last_used) values(?,?,?,?)";
    public static final String DEF_UPDATE_TOKEN_SQL = "update persistent_logins set token = ?, last_used = ? where series = ?";
    public static final String DEF_REMOVE_USER_TOKENS_SQL = "delete from persistent_logins where username = ?";
}

根据这段 SQL 定义,我们就可以分析出来表的结构,松哥这里给出一段 SQL 脚本:

CREATE TABLE `persistent_logins` (
  `username` varchar(64) COLLATE utf8mb4_unicode_ci NOT NULL,
  `series` varchar(64) COLLATE utf8mb4_unicode_ci NOT NULL,
  `token` varchar(64) COLLATE utf8mb4_unicode_ci NOT NULL,
  `last_used` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP,
  PRIMARY KEY (`series`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_unicode_ci;

首先我们在数据库中准备好这张表。

既然要连接数据库,我们还需要准备 jdbc 和 mysql 依赖,如下:

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-jdbc</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>mysql</groupId>
    <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
</dependency>

然后修改 application.properties ,配置数据库连接信息:

spring.datasource.url=jdbc:mysql:///oauth2?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8&serverTimezone=Asia/Shanghai
spring.datasource.username=root
spring.datasource.password=123

接下来,我们修改 SecurityConfig,如下:

@Autowired
DataSource dataSource;
@Bean
JdbcTokenRepositoryImpl jdbcTokenRepository() {
    JdbcTokenRepositoryImpl jdbcTokenRepository = new JdbcTokenRepositoryImpl();
    jdbcTokenRepository.setDataSource(dataSource);
    return jdbcTokenRepository;
}
@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
    http.authorizeRequests()
            .anyRequest().authenticated()
            .and()
            .formLogin()
            .and()
            .rememberMe()
            .key("javaboy")
            .tokenRepository(jdbcTokenRepository())
            .and()
            .csrf().disable();
}

提供一个 JdbcTokenRepositoryImpl 实例,并给其配置 DataSource 数据源,最后通过 tokenRepository 将 JdbcTokenRepositoryImpl 实例纳入配置中。

OK,做完这一切,我们就可以测试了。

1.3 测试

我们还是先去访问 /hello 接口,此时会自动跳转到登录页面,然后我们执行登录操作,记得勾选上“记住我”这个选项,登录成功后,我们可以重启服务器、然后关闭浏览器再打开,再去访问 /hello 接口,发现依然能够访问到,说明我们的持久化令牌配置已经生效。

查看 remember-me 的令牌,如下:

这个令牌经过解析之后,格式如下:

emhqATk3ZDBdR8862WP4Ig%3D%3D:ZAEv6EIWqA7CkGbYewCh8g%3D%3D

这其中,%3D 表示 =,所以上面的字符实际上可以翻译成下面这样:

emhqATk3ZDBdR8862WP4Ig==:ZAEv6EIWqA7CkGbYewCh8g==

此时,查看数据库,我们发现之前的表中生成了一条记录:

数据库中的记录和我们看到的 remember-me 令牌解析后是一致的。

1.4 源码分析

这里的源码分析和上篇文章的流程基本一致,只不过实现类变了,也就是生成令牌/解析令牌的实现变了,所以这里我主要和大家展示不一样的地方,流程问题,大家可以参考上篇文章

这次的实现类主要是:PersistentTokenBasedRememberMeServices,我们先来看里边几个和令牌生成相关的方法:

protected void onLoginSuccess(HttpServletRequest request,
        HttpServletResponse response, Authentication successfulAuthentication) {
    String username = successfulAuthentication.getName();
    PersistentRememberMeToken persistentToken = new PersistentRememberMeToken(
            username, generateSeriesData(), generateTokenData(), new Date());
    tokenRepository.createNewToken(persistentToken);
    addCookie(persistentToken, request, response);
}
protected String generateSeriesData() {
    byte[] newSeries = new byte[seriesLength];
    random.nextBytes(newSeries);
    return new String(Base64.getEncoder().encode(newSeries));
}
protected String generateTokenData() {
    byte[] newToken = new byte[tokenLength];
    random.nextBytes(newToken);
    return new String(Base64.getEncoder().encode(newToken));
}
private void addCookie(PersistentRememberMeToken token, HttpServletRequest request,
        HttpServletResponse response) {
    setCookie(new String[] { token.getSeries(), token.getTokenValue() },
            getTokenValiditySeconds(), request, response);
}

可以看到:

  1. 在登录成功后,首先还是获取到用户名,即 username。
  2. 接下来构造一个 PersistentRememberMeToken 实例,generateSeriesData 和 generateTokenData 方法分别用来获取 series 和 token,具体的生成过程实际上就是调用 SecureRandom 生成随机数再进行 Base64 编码,不同于我们以前用的 Math.random 或者 java.util.Random 这种伪随机数,SecureRandom 则采用的是类似于密码学的随机数生成规则,其输出结果较难预测,适合在登录这样的场景下使用。
  3. 调用 tokenRepository 实例中的 createNewToken 方法,tokenRepository 实际上就是我们一开始配置的 JdbcTokenRepositoryImpl,所以这行代码实际上就是将 PersistentRememberMeToken 存入数据库中。
  4. 最后 addCookie,大家可以看到,就是添加了 series 和 token。

这是令牌生成的过程,还有令牌校验的过程,也在该类中,方法是:processAutoLoginCookie:

protected UserDetails processAutoLoginCookie(String[] cookieTokens,
        HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
    final String presentedSeries = cookieTokens[0];
    final String presentedToken = cookieTokens[1];
    PersistentRememberMeToken token = tokenRepository
            .getTokenForSeries(presentedSeries);
    if (!presentedToken.equals(token.getTokenValue())) {
        tokenRepository.removeUserTokens(token.getUsername());
        throw new CookieTheftException(
                messages.getMessage(
                        "PersistentTokenBasedRememberMeServices.cookieStolen",
                        "Invalid remember-me token (Series/token) mismatch. Implies previous cookie theft attack."));
    }
    if (token.getDate().getTime() + getTokenValiditySeconds() * 1000L < System
            .currentTimeMillis()) {
        throw new RememberMeAuthenticationException("Remember-me login has expired");
    }
    PersistentRememberMeToken newToken = new PersistentRememberMeToken(
            token.getUsername(), token.getSeries(), generateTokenData(), new Date());
    tokenRepository.updateToken(newToken.getSeries(), newToken.getTokenValue(),
                newToken.getDate());
    addCookie(newToken, request, response);
    return getUserDetailsService().loadUserByUsername(token.getUsername());
}

这段逻辑也比较简单:

  1. 首先从前端传来的 cookie 中解析出 series 和 token。
  2. 根据 series 从数据库中查询出一个 PersistentRememberMeToken 实例。
  3. 如果查出来的 token 和前端传来的 token 不相同,说明账号可能被人盗用(别人用你的令牌登录之后,token 会变)。此时根据用户名移除相关的 token,相当于必须要重新输入用户名密码登录才能获取新的自动登录权限。
  4. 接下来校验 token 是否过期。
  5. 构造新的 PersistentRememberMeToken 对象,并且更新数据库中的 token(这就是我们文章开头说的,新的会话都会对应一个新的 token)。
  6. 将新的令牌重新添加到 cookie 中返回。
  7. 根据用户名查询用户信息,再走一波登录流程。

OK,这里和小伙伴们简单理了一下令牌生成和校验的过程,具体的流程,大家可以参考上篇文章

2.二次校验

相比于上篇文章,持久化令牌的方式其实已经安全很多了,但是依然存在用户身份被盗用的问题,这个问题实际上很难完美解决,我们能做的,只能是当发生用户身份被盗用这样的事情时,将损失降低到最小。

因此,我们来看下另一种方案,就是二次校验。

二次校验这块,实现起来要稍微复杂一点,我先来和大家说说思路。

为了让用户使用方便,我们开通了自动登录功能,但是自动登录功能又带来了安全风险,一个规避的办法就是如果用户使用了自动登录功能,我们可以只让他做一些常规的不敏感操作,例如数据浏览、查看,但是不允许他做任何修改、删除操作,如果用户点击了修改、删除按钮,我们可以跳转回登录页面,让用户重新输入密码确认身份,然后再允许他执行敏感操作。

这个功能在 Shiro 中有一个比较方便的过滤器可以配置,Spring Security 当然也一样,例如我现在提供三个访问接口:

@RestController
public class HelloController {
    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        return "hello";
    }
    @GetMapping("/admin")
    public String admin() {
        return "admin";
    }
    @GetMapping("/rememberme")
    public String rememberme() {
        return "rememberme";
    }
}
  1. 第一个 /hello 接口,只要认证后就可以访问,无论是通过用户名密码认证还是通过自动登录认证,只要认证了,就可以访问。
  2. 第二个 /admin 接口,必须要用户名密码认证之后才能访问,如果用户是通过自动登录认证的,则必须重新输入用户名密码才能访问该接口。
  3. 第三个 /rememberme 接口,必须是通过自动登录认证后才能访问,如果用户是通过用户名/密码认证的,则无法访问该接口。

好了,我们来看下接口的访问要怎么配置:

@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
    http.authorizeRequests()
            .antMatchers("/rememberme").rememberMe()
            .antMatchers("/admin").fullyAuthenticated()
            .anyRequest().authenticated()
            .and()
            .formLogin()
            .and()
            .rememberMe()
            .key("javaboy")
            .tokenRepository(jdbcTokenRepository())
            .and()
            .csrf().disable();
}

可以看到:

  1. /rememberme 接口是需要 rememberMe 才能访问。
  2. /admin 是需要 fullyAuthenticated,fullyAuthenticated 不同于 authenticated,fullyAuthenticated 不包含自动登录的形式,而 authenticated 包含自动登录的形式。
  3. 最后剩余的接口(/hello)都是 authenticated 就能访问。

OK,配置完成后,重启测试,测试过程我就不再赘述了。

好了,今天从两个方面和小伙伴们分享了在 Spring Boot 自动登录中,如何降低系统风险,感兴趣的小伙伴赶快试一把吧~记得给松哥点个在看鼓励下哦~

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