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【深入浅出 Spring Security（七）】RememberMe的实现原理详讲
简介【深入浅出 Spring Security（七）】RememberMe的实现原理详讲
RememberMe 的实现原理
一、RememberMe 的基本使用
先看看最简单用法的默认页面效果变化。
SecurityConfig 配置类
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig {
@Bean
public InMemoryUserDetailsManager inMemoryUserDetailsManager(){
return new InMemoryUserDetailsManager(
User.withUsername("admin")
.password("{noop}123")
.roles("admin")
.build()
);
}
@Bean
public AuthenticationManager authenticationManager(HttpSecurity http) throws Exception {
return http.getSharedObject(AuthenticationManagerBuilder.class)
.userDetailsService(inMemoryUserDetailsManager())
.and()
.build();
}
@Bean
public SecurityFilterChain securityFilterChain(HttpSecurity http) throws Exception {
return http.authorizeRequests()
.anyRequest()
.authenticated()
.and()
.formLogin()
.and()
.rememberMe()
.and()
.csrf()
.disable().build();
}
}
测试 TestController 代码
@RestController
public class TestController {
@GetMapping("/test")
public String test(){
return "test";
}
}
以下是给出的默认的登录页面。
观察页面源代码可以发现，比原先没配置 RememberMe 之前多了个 name 为remember-me 的 checkbox 选项。
如果我们勾选了它并且登录成功后，当我们关闭掉当前浏览器，重新打开，是不必进行重新登录就可以访问登录用户所能访问了的资源的。在 【深入浅出Spring Security（二）】Spring Security的实现原理 中小编列举了 Spring Security 中自带的过滤器，其中不是默认加载的队列中有个叫 RememberMeAuthenticationFilter ，它是用来处理 RememberMe 登录的。下面来通过对 RememberMeAuthenticationFilter 进行源码分析，了解 RememberMe 登录的实现原理。
二、RememberMeAuthenticationFilter 源码分析
我们知道 RememberMeAuthenticationFilter 是一个过滤器，其核心代码即在 doFilter 方法中，接下来就是对这个方法的源码分析。
doFilter 方法中主要实现可分为三步：
- 请求到达过滤器后，首先判断 SecurityContextHolder 中是否有值，没值的话表示用户尚未登录，此时调用 autoLogin 方法进行自动登录。
- 当自动登录成功后返回的 rememberMeAuth 不为 null 时，表示自动登录成功，此时调用 authenticate方法对 key 进行校验，并且将登录成功的用户信息保存到 SecurityContextHolder 对象中，然后调用登录成功的回调，并发布登录成功时间。需要注意的是：登录成功的回调并不包含 RememberMeServices 中的 loginSuccess 方法。
- 失败的话会进行一些登录失败的回调，打印失败的日志信息。
可以看见其实现还得看 rememberMeServices 中的 autoLogin 方法，是否登录成功决定了后面成功和失败的回调。
// RememberMeAuthenticationFilter 中的 doFilter 方法
private void doFilter(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain chain)
throws IOException, ServletException {
/*
1. 请求到达过滤器后，首先判断 SecurityContextHolder 中是否有值，
没值的话表示用户尚未登录，此时调用 autoLogin 方法进行自动登录
*/
if (SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication() != null) {
this.logger.debug(LogMessage
.of(() -> "SecurityContextHolder not populated with remember-me token, as it already contained: '"
+ SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication() + "'"));
chain.doFilter(request, response);
return;
}
Authentication rememberMeAuth = this.rememberMeServices.autoLogin(request, response);
/*
2. 当自动登录成功后返回的 rememberMeAuth 不为 null 时，
表示自动登录成功，此时调用 authentication 方法对 key 进行校验，
并且将登录成功的用户信息保存到 SecurityContextHolder 对象中，
然后调用登录成功的回调，并发布登录成功时间。
需要注意的是：登录成功的回调并不包含 RememberMeServices 中的 loginSuccess 方法。
*/
if (rememberMeAuth != null) {
// Attempt authenticaton via AuthenticationManager
try {
rememberMeAuth = this.authenticationManager.authenticate(rememberMeAuth);
SecurityContext context = SecurityContextHolder.createEmptyContext();
context.setAuthentication(rememberMeAuth);
SecurityContextHolder.setContext(context);
onSuccessfulAuthentication(request, response, rememberMeAuth);
// 这里打印了保存到 SecurityContextHolder 中的authentication日志信息
this.logger.debug(LogMessage.of(() -> "SecurityContextHolder populated with remember-me token: '"
+ SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication() + "'"));
this.securityContextRepository.saveContext(context, request, response);
if (this.eventPublisher != null) {
this.eventPublisher.publishEvent(new InteractiveAuthenticationSuccessEvent(
SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication(), this.getClass()));
}
if (this.successHandler != null) {
this.successHandler.onAuthenticationSuccess(request, response, rememberMeAuth);
return;
}
}
catch (AuthenticationException ex) {
/*
3. 失败的话会进行一些登录失败的回调，
打印失败的日志信息
*/
this.logger.debug(LogMessage
.format("SecurityContextHolder not populated with remember-me token, as AuthenticationManager "
+ "rejected Authentication returned by RememberMeServices: '%s'; "
+ "invalidating remember-me token", rememberMeAuth),
ex);
this.rememberMeServices.loginFail(request, response);
onUnsuccessfulAuthentication(request, response, ex);
}
}
chain.doFilter(request, response);
}
RememberMeServices
RememberMeServices 是一个接口，其中定义了三个方法：
- autoLogin 方法可以从请求中提取出需要的参数，完成自动登录功能；
- loginFail 方法是自动登录失败的回调；
- loginSuccess 方法是自动登录成功的回调。
下面是 Spring Security 中对 RememberMeServices 的实现类
TokenBasedRememberMeServices
TokenBasedRememberMeServices 是 Spring Security 的默认实现，接下来对其 autoLogin 进行源码分析，其实 autoLogin 是 AbstractRememberMeServices 中的一个方法，其子类并没有进行重写。子类重点重写的是 processAutoLoginCookie 方法。
先看看 AbstractRememberMeServices 中实现的 autoLogin 方法（下面再对其内部调用的核心方法进行分析）
// AbstractRememberMeServices 中实现的 autoLogin 方法
@Override
public final Authentication autoLogin(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
// 从request 对象中取对应 remember-me 名的 cookie 值
String rememberMeCookie = extractRememberMeCookie(request);
// 如果不存在的话就返回空
if (rememberMeCookie == null) {
return null;
}
this.logger.debug("Remember-me cookie detected");
// 或者说是一个空值也返回空
if (rememberMeCookie.length() == 0) {
this.logger.debug("Cookie was empty");
cancelCookie(request, response);
return null;
}
try {
// 先进行base64解码
// 然后对rememberMeCookie进行 ：分割
String[] cookieTokens = decodeCookie(rememberMeCookie);
// 自动登录认证吧，算是
// 去把用户名、密码、时长搞成MD5然后和cookie返回来的进行比对，认证过程在这个方法里
UserDetails user = processAutoLoginCookie(cookieTokens, request, response);
this.userDetailsChecker.check(user);
this.logger.debug("Remember-me cookie accepted");
// 创建一个RememberMeAuthenticationToken即为认证数据源
return createSuccessfulAuthentication(request, user);
}
cancelCookie(request, response);
return null;
}
获取对应 remember-name 名的 Cookie 值的方法源码如下
将 Cookie 值进行 base64 解码，分割成字符串数组进行返回。
TokenBasedRememberMeServices 中对 processAutoLoginCookie 方法的实现
TokenBasedRememberMeServices 中对 processAutoLoginCookie 方法的实现，它主要是用来验证 Cookie 中的令牌信息是否合法的（下面说的 CookieTokens 是上面用base64解密，再分割的字符串数组）：
- 首先判断 CookieTokens 长度是否为 3，不为 3 就抛出异常。
- 从 CookieTokens 中下标为 1 的值，也就是过期时间，判断令牌是否过期，如果已经过期，则抛出异常；
- 根据用户名（CookieTokens 下标为 0 的值）查询当前用户对象；
- 调用 makeTokenSignature 方法生成一个签名，签名的生成过程如下：首先将
用户名、令牌过期时间、用户名密码以及key组成一个字符串，中间用“:”隔开，然后通过MD5消息摘要算法对该字符串进行加密，并将加密结果转换为一个字符串返回。 - 判断第 4 步生成的签名和通过 Cookie 传来的签名是否相等（即 cookieTokens 数组小标为 2 的值），如果相等，则表示令牌合法，直接返回用户对象，否则抛出异常。
下面是其源码，小编标号编号，与上解析相互对应
@Override
protected UserDetails processAutoLoginCookie(String[] cookieTokens, HttpServletRequest request,
HttpServletResponse response) {
// 1
if (cookieTokens.length != 3) {
throw new InvalidCookieException(
"Cookie token did not contain 3" + " tokens, but contained '" + Arrays.asList(cookieTokens) + "'");
}
// 2
long tokenExpiryTime = getTokenExpiryTime(cookieTokens);
if (isTokenExpired(tokenExpiryTime)) {
throw new InvalidCookieException("Cookie token[1] has expired (expired on '" + new Date(tokenExpiryTime)
+ "'; current time is '" + new Date() + "')");
}
// 3
UserDetails userDetails = getUserDetailsService().loadUserByUsername(cookieTokens[0]);
Assert.notNull(userDetails, () -> "UserDetailsService " + getUserDetailsService()
+ " returned null for username " + cookieTokens[0] + ". " + "This is an interface contract violation");
// 4
String expectedTokenSignature = makeTokenSignature(tokenExpiryTime, userDetails.getUsername(),
userDetails.getPassword());
// 5
if (!equals(expectedTokenSignature, cookieTokens[2])) {
throw new InvalidCookieException("Cookie token[2] contained signature '" + cookieTokens[2]
+ "' but expected '" + expectedTokenSignature + "'");
}
return userDetails;
}
总结
当用户通过用户名/密码的形式登录成功后，系统会根据用户的用户名、密码以及令牌的过期时间计算出一个签名，这个签名使用 MD5 消息摘要算法生成，是不可逆的。然后再将用户名、令牌过期时间以及签名拼接成一个字符串，中间用":"隔开，对拼接好的字符串进行 Base64 编码，然后将编码后的字符串一起封装成 Cookie 值，返回给前端，也就是我们在浏览器中看到的令牌。当关闭浏览器再次打开，访问系统资源时会自动携带上Cookie中的令牌，服务端拿到 Cookie 中的令牌后，先进行 Base64 解码，解码之后分别提取令牌中的三项数据；接着根据令牌中的数据判断令牌是否过期，如果没有过期，则根据令牌中的用户名查询出用户信息；接着再计算出一个签名和令牌中的签名进行比对，如果一致，表示会牌是合法令牌，自动登录成功，否则自动登录失败。
原理图式
三、提高安全性
通过上面的源码分析，我们知道，登录认证成功会去调用 TokenBasedRememberMeServices 中的 onLoginSuccess 方法生成 Cookie 响应给浏览器（其实对应的Cookie值就是Base6
编码后的值），浏览器会保存下来，当我们关闭浏览器后，可以利用请求报文中带有的这个 Cookie 进行认证从而访问到资源。这种免登录的方式是缺乏不安全的，有关 remember-me 的 Cookie 值暴露在外面，对隐私是有害的，那有什么办法让它变得安全吗？答案是没有绝对的安全，只能说是提高它的安全性。
PersistentTokenBasedRememberMeServices
PersistentTokenBasedRememberMeServices 中的 onLoginSuccess 和 processAutoLoginCookie 不同于 TokenBasedRememberMeServices，下面看一下它的具体实现。
onLoginSuccess 具体实现
- 先从认证数据源中获取用户名，然后将一序列号和用户名封装成一个 PersistentRememberMeToken 数据源；
- 将这个数据源放入到 tokenRepository 仓库中，它是一个基于内存的仓库；
- 最后将Cookie创建出来响应给浏览器，这个Cookie值是由 series 和 token 两项合并然后进行Base64编码的值。
processAutlLoginCookie 具体实现
- 从 CookieTokens 数组中分别提取到 series 和 token，然后根据 series 去内存中查询出一个 PersistentRememberMeToken 对象。如果查询出来的对象为null，表示内存中并没有 series 对应的值，本次登录失败。如果查询出来的 token 和从 CookieTokens 中解析出来的 token 不相同，说明自动登录令牌已经泄露（恶意用户利用令牌登录后，内存中的token就变了），此时移除当前用户的所有自动登录记录并抛出异常。
- 根据数据库中查询出来的结果判断令牌是否过期，如果过期就抛出异常；
- 生成一个新的 PersistentRememberMeToken 对象，用户名和series不变，token重新生成，data 也使用当前时间。newToken 生成后，根据 series 去修改内存中的 token 和data（即每次自动登录后都会产生新的 token 和date）
- 调用 addCookie 方法添加 Cookie，在 addCookie 方法中，实质是去调用了父类
AbstractRememberMeServices中的 setCookie 方法，但是要注意第一个数组参数中只有两项：series 和 token（即返回到前端的令牌是通过对 series 和 token 进行 base64 编码得到的） - 最后将根据用户名查询用户对象并返回。
内存令牌登录测试
Security 配置类
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig {
@Bean
public InMemoryUserDetailsManager inMemoryUserDetailsManager(){
return new InMemoryUserDetailsManager(
User.withUsername("admin")
.password("{noop}123")
.roles("admin")
.build()
);
}
@Bean
public AuthenticationManager authenticationManager(HttpSecurity http) throws Exception {
return http.getSharedObject(AuthenticationManagerBuilder.class)
.userDetailsService(inMemoryUserDetailsManager())
.and()
.build();
}
@Bean
public SecurityFilterChain securityFilterChain(HttpSecurity http) throws Exception {
return http.authorizeRequests()
.anyRequest()
.authenticated()
.and()
.formLogin()
.and()
.rememberMe()
// .rememberMeParameter("rememberMe")
.rememberMeCookieName("rememberMe")
.rememberMeServices(rememberMeServices())
.and()
.csrf()
.disable().build();
}
@Bean
public RememberMeServices rememberMeServices(){
return new PersistentTokenBasedRememberMeServices(UUID.randomUUID().toString(),
inMemoryUserDetailsManager(),
new InMemoryTokenRepositoryImpl());
}
}
测试结果：开一个浏览器进行登录认证，认证成功后携带了 remember-me Cookie，重开一个浏览器携带这个Cookie去访问服务器需认证的资源，然后再关闭刚开始的浏览器，再打开它进行访问一样的资源，会403重定向到登录页面且服务器端会报异常（此时内存中的令牌已经没了），报的是 CookieTheftException（Cookie被盗窃）。
注意：刷新没有报异常且可以访问资源，是因为存在SessionID，它在服务器端也可以进行认证，所以需要关闭浏览器让 SessionID 匹配不上（服务器端对应的 Session 自然会因超时被销毁）然后进行测试。
四、令牌数据库的持久化
在 PersistentTokenBasedRememberMeServices 中存储令牌的 PersistentTokenRepository 仓库默认是基于内存实现的（即 InMemoryTokenRepositoryImpl），使用这种方式会出现一个问题，当服务器端重启应用程序时，那浏览器用户登录则需要重新登录，因为内存中肯定是没有对应的令牌了。
Spring Security 除了提供了 InMemoryTokenRepositoryImpl 实现外，还提供了JdbcTokenRepositoryImpl 对 PersistentTokenRepository 的实现。即将令牌会保存置数据库中，无需担心上面阐述的问题。
在 JdbcTokenRepositoryImpl 中，已经为我们写好了需要的 SQL，令牌的增删改查实现已为我们提供了与数据库进行交互的支持。
测试一波，下面是配置代码
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig {
@Bean
public InMemoryUserDetailsManager inMemoryUserDetailsManager(){
return new InMemoryUserDetailsManager(
User.withUsername("admin")
.password("{noop}123")
.roles("admin")
.build()
);
}
@Bean
public AuthenticationManager authenticationManager(HttpSecurity http) throws Exception {
return http.getSharedObject(AuthenticationManagerBuilder.class)
.userDetailsService(inMemoryUserDetailsManager())
.and()
.build();
}
@Bean
public SecurityFilterChain securityFilterChain(HttpSecurity http) throws Exception {
return http.authorizeRequests()
.anyRequest()
.authenticated()
.and()
.formLogin()
.and()
.rememberMe()
// .rememberMeParameter("rememberMe")
.rememberMeCookieName("remember-me")
// .rememberMeServices(rememberMeServices())
.tokenRepository(persistentTokenRepository())
.and()
.csrf()
.disable()
.build();
}
@Resource
private DataSource dataSource;
@Bean
public PersistentTokenRepository persistentTokenRepository(){
JdbcTokenRepositoryImpl tokenRepository = new JdbcTokenRepositoryImpl();
tokenRepository.setDataSource(dataSource);
// 设置为true要保障数据库该表不存在，不然会报异常哦
// 所以第二次打开服务器应用程序的时候得把它设为false
tokenRepository.setCreateTableOnStartup(true);
return tokenRepository;
}
}
当开启服务器应用的时候，自动为我们创建了表，如下图所示
认证后数据库表中会新增数据
五、总结
- RememberMe 实质呢就是将令牌以 Cookie 的形式响应给浏览器，然后浏览器进行了本地存储，等下次再次访问资源的时候，即会拿该令牌连请求一起到服务器端，令牌会使得后台进行自动登录（即用户认证）。
- 当我们自定义 SecurityFilterChain 安全过滤器链的时候，如果配置了 rememberMe() 的话，那
RememberMeAuthenticationFilter即会是过滤器链中的一员。 - 阐述一下流程（实现该功能最主要的类是
RememberMeServices，首次认证的响应和自动登录的认证它都是主角）：在没有自定义过滤器的情况下，一般都是使用 UsernamePasswordAuthenticationFilter 进行用户认证的，当点击了 checkbox 按钮连同用户信息一起向服务器端请求时，首先是 UsernamePasswordAuthenticationFilter 去完成认证，如果认证成功会调用 RememberMeServices 中的onLoginSuccess方法（这个看具体实现），此时响应中就已存在其令牌信息了（即 Cookie）。当关闭浏览器或Session过期，访问服务器端需要认证的资源时，请求报文中会带着这个Cookie一起到服务器端，会进入到RememberMeAuthenticationFilter过滤器中，它会调用 RememberMeServices 中的autoLogin方法进行自动登录，在 autoLogin 自动登录过程中，会调用processAutoLoginCookie方法进行令牌认证（该方法取决于 RememberMeServices 的实现类），autoLogin 方法执行完成认证成功后，返回了用户数据源信息，接下来就是一些封装数据信息到 SecurityContextHolder 中等等一些操作。 - RememberMeServices 是核心类，Spring Security 中提供了两种实现类，一种是
TokenBasedRememberMeServices，这种方式就是将用户名、超时时间、密码等信息进行Base64编码即一些操作组成的令牌给服务器，验证令牌就是对浏览器中发来的进行反编码看看是否一致，这种方式安全度很低；另一种实现是PersistentTokenBasedRememberMeServices，它内部依赖于PersistentTokenRepository仓库，提供了基于内存和基于 Jdbc 的实现，它比前一种安全，原因是它每次自动认证后会更新令牌（即Cookie），如果在自动认证过程中发现令牌不一致会及时剔除（即从PersistentTokenRepository仓库中删除），报Cookie被盗窃异常。 - PersistentTokenBasedRememberMeServices 中同 TokenBasedRememberMeServices 一样的是它也使用的是 Base64 编码后进行令牌设置，自动登录认证令牌的时候也需要解码；不同的是它是由两数据组成的（序列号（固定的），token（会变化的）），而 TokenBasedRememberMeServices 是三。也不能说序列号是固定的吧，就是说它是在
onLoginSuccess方法中生成的，然后存在浏览器上，在processAutoLoginCookie方法中不会改变这个序列号，只会变token，可以说浏览器Cookie解码后的序列号是固定死的（没有重新登录验证的情况下）。 - 使用起来很简单（一般使用的是PersistentTokenBasedRememberMeServices，且使用的仓库实现是 JdbcTokenRepositoryImpl），在配置 rememberMeConfigurer 时，配置一个 tokenRepository(PersistentTokenRepository) 即可，它会自动为我们配置 rememberMeServices 的，因为Spring Security就俩那实现，如果你配置了 PersistentTokenRepository，实质就默认你是使用了 PersistentTokenBasedRememberMeServices。
风语者！平时喜欢研究各种技术，目前在从事后端开发工作，热爱生活、热爱工作。
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