Spring Security 结合 JWT

 
创建其他Session(User)的进程需要拿到对应Session的Token作为CreateProcessAsUser的参数来启动进程。 

Windows 7已经隆重发布,但是很多程序员已经通过RTM等版本尝到了Windows
7的甜处。那么在Windows 7下用户界面特权隔离,将是本文我们介绍的重点。

  1. 使用 JWT 做权限验证,相比 Session 的优点是,Session
    需要占用大量服务器内存,并且在多服务器时就会涉及到共享 Session
    问题,在手机等移动端访问时比较麻烦
  2. 而 JWT 无需存储在服务器,不占用服务器资源,用户在登录后拿到 Token
    后,访问需要权限的请求时附上 Token(一般设置在Http请求头),JWT
    不存在多服务器共享的问题,也没有手机移动端访问问题,若为了提高安全,可将
    Token 与用户的 IP 地址绑定起来案例源码下载

 
修改有System权限的Token的TokenId为其他Session的TokenId就可以在其他Session里面创建有System权限的进程了。

我们介绍了操作系统服务的Session 0隔离,通过Session 0隔离,Windows
7实现了各个Session之间的独立和更加安全的互访,使得操作系统的安全性有了较大的提高。从操作系统服务的Session
0隔离尝到了甜头后,雷德蒙的程序员们仿佛爱上了隔离这一招式。现在他们又将隔离引入了同一个Session之中的各个进程之间,带来全新的用户界面特权隔离。

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用户界面特权隔离

  1. 用户通过 AJAX 进行登录得到一个 Token
  2. 之后访问需要权限请求时附上 Token 进行访问

在早期的Windows操作系统中,在同一用户下运行的所有进程有着相同的安全等级,拥有相同的权限。例如,一个进程可以自由地发送一个Windows消息到另外一个进程的窗口。从Windows
Vista开始,当然也包括Windows
7,对于某些Windows消息,这一方式再也行不通了。进程(或者其他的对象)开始拥有一个新的属性——特权等级(Privilege
Level)。一个特权等级较低的进程不再可以向一个特权等级较高的进程发送消息,虽然他们在相同的用户权限下运行。这就是所谓的用户界面特权隔离(User
Interface Privilege Isolation ,UIPI)。

UIPI的引入,最大的目的是防止恶意代码发送消息给那些拥有较高权限的窗口以对其进行攻击,从而获取较高的权限等等。这就像一个国家,原本人人平等,大家之间可以互相交流问候,但是后来坏人多了,为了防止坏人以下犯上,获得不该有的权利,就人为地给每个人划分等级,等级低的不可以跟等级高的说话交流。在人类社会,这是一种令人讨厌的等级制度,但是在计算机系统中,这却是一种维护系统安全的合适方式。

<!DOCTYPE html><html lang="en"><head> <meta charset="UTF-8"> <title>Title</title> <script src="http://apps.bdimg.com/libs/jquery/2.1.4/jquery.min.js"></script> <script type="application/javascript"> var header = ""; function login() { $.post("http://localhost:8080/auth/login", { username: $("#username").val(), password: $("#password").val() }, function  { console.log; header = data; }) } function toUserPageBtn() { $.ajax({ type: "get", url: "http://localhost:8080/userpage", beforeSend: function  { request.setRequestHeader("Authorization", header); }, success: function  { console.log; } }); } </script></head><body> <fieldset> <legend>Please Login</legend> <label>UserName</label><input type="text" > <label>Password</label><input type="text" > <input type="button" onclick="login()" value="Login"> </fieldset> <button onclick="toUserPageBtn()">访问UserPage</button></body></html>

UIPI的运行机制

思路:

  1. 创建用户、权限实体类与数据传输对象

  2. 编写 Dao 层接口,用于获取用户信息

  3. 实现 UserDetails(Security 支持的用户实体对象,包含权限信息)

  4. 实现
    UserDetailsSevice(从数据库中获取用户信息,并包装成UserDetails)

  5. 编写 JWTToken 生成工具,用于生成、验证、解析 Token

  6. 配置 Security,配置请求处理 与 设置 UserDetails 获取方式为自定义的
    UserDetailsSevice

  7. 编写 LoginController,接收用户登录名密码并进行验证,若验证成功返回
    Token 给用户

  8. 编写过滤器,若用户请求头或参数中包含 Token 则解析,并生成
    Authentication,绑定到 SecurityContext ,供 Security 使用

  9. 用户访问了需要权限的页面,却没附上正确的
    Token,在过滤器处理时则没有生成
    Authentication,也就不存在访问权限,则无法访问,否之访问成功

User实体类

@Data@Entitypublic class User { @Id @GeneratedValue private int id; private String name; private String password; @ManyToMany(cascade = {CascadeType.REFRESH}, fetch = FetchType.EAGER) @JoinTable(name = "user_role", joinColumns = {@JoinColumn(name = "uid", referencedColumnName = "id")}, inverseJoinColumns = {@JoinColumn(name = "rid", referencedColumnName = "id")}) private List<Role> roles;} 

Role实体类

@Data@Entitypublic class Role { @Id @GeneratedValue private int id; private String name; @ManyToMany(mappedBy = "roles") private List<User> users;}

插入数据

User 表

id name password
1 linyuan 123

Role 表

id name
1 USER

User_ROLE 表

uid rid
1 1

Dao 层接口,通过用户名获取数据,返回值为 Java8 的 Optional 对象

public interface UserRepository extends Repository<User,Integer> { Optional<User> findByName(String name);}

编写 LoginDTO,用于与前端之间数据传输

@Datapublic class LoginDTO implements Serializable { @NotBlank(message = "用户名不能为空") private String username; @NotBlank(message = "密码不能为空") private String password;}

编写 Token 生成工具,利用 JJWT 库创建,一共三个方法:生成 Token、解析
Token(返回Authentication认证对象)、验证 Token

@Componentpublic class JWTTokenUtils { private final Logger log = LoggerFactory.getLogger(JWTTokenUtils.class); private static final String AUTHORITIES_KEY = "auth"; private String secretKey; //签名密钥 private long tokenValidityInMilliseconds; //失效日期 private long tokenValidityInMillisecondsForRememberMe; //失效日期 @PostConstruct public void init() { this.secretKey = "Linyuanmima"; int secondIn1day = 1000 * 60 * 60 * 24; this.tokenValidityInMilliseconds = secondIn1day * 2L; this.tokenValidityInMillisecondsForRememberMe = secondIn1day * 7L; } private final static long EXPIRATIONTIME = 432_000_000; //创建Token public String createToken(Authentication authentication, Boolean rememberMe){ String authorities = authentication.getAuthorities().stream() //获取用户的权限字符串,如 USER,ADMIN .map(GrantedAuthority::getAuthority) .collect(Collectors.joining; long now = (new Date.getTime(); //获取当前时间戳 Date validity; //存放过期时间 if (rememberMe){ validity = new Date(now + this.tokenValidityInMilliseconds); }else { validity = new Date(now + this.tokenValidityInMillisecondsForRememberMe); } return Jwts.builder() //创建Token令牌 .setSubject(authentication.getName //设置面向用户 .claim(AUTHORITIES_KEY,authorities) //添加权限属性 .setExpiration //设置失效时间 .signWith(SignatureAlgorithm.HS512,secretKey) //生成签名 .compact(); } //获取用户权限 public Authentication getAuthentication(String token){ System.out.println("token:"+token); Claims claims = Jwts.parser() //解析Token的payload .setSigningKey(secretKey) .parseClaimsJws .getBody(); Collection<? extends GrantedAuthority> authorities = Arrays.stream(claims.get(AUTHORITIES_KEY).toString().split //获取用户权限字符串 .map(SimpleGrantedAuthority::new) .collect(Collectors.toList; //将元素转换为GrantedAuthority接口集合 User principal = new User(claims.getSubject(), "", authorities); return new UsernamePasswordAuthenticationToken(principal, "", authorities); } //验证Token是否正确 public boolean validateToken(String token){ try { Jwts.parser().setSigningKey(secretKey).parseClaimsJws; //通过密钥验证Token return true; }catch (SignatureException e) { //签名异常 log.info("Invalid JWT signature."); log.trace("Invalid JWT signature trace: {}", e); } catch (MalformedJwtException e) { //JWT格式错误 log.info("Invalid JWT token."); log.trace("Invalid JWT token trace: {}", e); } catch (ExpiredJwtException e) { //JWT过期 log.info("Expired JWT token."); log.trace("Expired JWT token trace: {}", e); } catch (UnsupportedJwtException e) { //不支持该JWT log.info("Unsupported JWT token."); log.trace("Unsupported JWT token trace: {}", e); } catch (IllegalArgumentException e) { //参数错误异常 log.info("JWT token compact of handler are invalid."); log.trace("JWT token compact of handler are invalid trace: {}", e); } return false; }}

实现 UserDetails 接口,代表用户实体类,在我们的 User
对象上在进行包装,包含了权限等性质,可以供 Spring Security 使用

public class MyUserDetails implements UserDetails{ private User user; public MyUserDetails(User user) { this.user = user; } @Override public Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities() { List<Role> roles = user.getRoles(); List<GrantedAuthority> authorities = new ArrayList<>(); StringBuilder sb = new StringBuilder(); if (roles.size{ for (Role role : roles){ authorities.add(new SimpleGrantedAuthority(role.getName; } return authorities; } return AuthorityUtils.commaSeparatedStringToAuthorityList; } @Override public String getPassword() { return user.getPassword(); } @Override public String getUsername() { return user.getName(); } @Override public boolean isAccountNonExpired() { return true; } @Override public boolean isAccountNonLocked() { return true; } @Override public boolean isCredentialsNonExpired() { return true; } @Override public boolean isEnabled() { return true; }}

实现 UserDetailsService 接口,该接口仅有一个方法,用来获取
UserDetails,我们可以从数据库中获取 User 对象,然后将其包装成
UserDetails 并返回

@Servicepublic class MyUserDetailsService implements UserDetailsService { @Autowired UserRepository userRepository; @Override public UserDetails loadUserByUsername throws UsernameNotFoundException { //从数据库中加载用户对象 Optional<User> user = userRepository.findByName; //调试用,如果值存在则输出下用户名与密码 user.ifPresent->System.out.println("用户名:"+value.getName()+" 用户密码:"+value.getPassword; //若值不再则返回null return new MyUserDetails(user.orElse; }}

编写过滤器,用户如果携带 Token 则获取 Token,并根据 Token 生成
Authentication 认证对象,并存放到 SecurityContext 中,供 Spring
Security 进行权限控制

public class JwtAuthenticationTokenFilter extends GenericFilterBean { private final Logger log = LoggerFactory.getLogger(JwtAuthenticationTokenFilter.class); @Autowired private JWTTokenUtils tokenProvider; @Override public void doFilter(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse, FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException { System.out.println("JwtAuthenticationTokenFilter"); try { HttpServletRequest httpReq = (HttpServletRequest) servletRequest; String jwt = resolveToken; if (StringUtils.hasText && this.tokenProvider.validateToken { //验证JWT是否正确 Authentication authentication = this.tokenProvider.getAuthentication; //获取用户认证信息 SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication); //将用户保存到SecurityContext } filterChain.doFilter(servletRequest, servletResponse); }catch (ExpiredJwtException e){ //JWT失效 log.info("Security exception for user {} - {}", e.getClaims().getSubject(), e.getMessage; log.trace("Security exception trace: {}", e); ((HttpServletResponse) servletResponse).setStatus(HttpServletResponse.SC_UNAUTHORIZED); } } private String resolveToken(HttpServletRequest request){ String bearerToken = request.getHeader(WebSecurityConfig.AUTHORIZATION_HEADER); //从HTTP头部获取TOKEN if (StringUtils.hasText(bearerToken) && bearerToken.startsWith("Bearer ")){ return bearerToken.substring(7, bearerToken.length; //返回Token字符串,去除Bearer } String jwt = request.getParameter(WebSecurityConfig.AUTHORIZATION_TOKEN); //从请求参数中获取TOKEN if (StringUtils.hasText { return jwt; } return null; }}

编写 LoginController,用户通过用户名、密码访问 /auth/login,通过
LoginDTO 对象接收,创建一个 Authentication 对象,代码中为
UsernamePasswordAuthenticationToken,判断对象是否存在,通过
AuthenticationManager 的 authenticate
方法对认证对象进行验证,AuthenticationManager 的实现类 ProviderManager
会通过 AuthentionProvider 进行验证,默认 ProviderManager 调用
DaoAuthenticationProvider 进行认证处理,DaoAuthenticationProvider
中会通过 UserDetailsService 获取 UserDetails
,若认证成功则返回一个包含权限的 Authention,然后通过
SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication() 设置到
SecurityContext 中,根据 Authentication 生成 Token,并返回给用户

@RestControllerpublic class LoginController { @Autowired private UserRepository userRepository; @Autowired private AuthenticationManager authenticationManager; @Autowired private JWTTokenUtils jwtTokenUtils; @RequestMapping(value = "/auth/login",method = RequestMethod.POST) public String login(@Valid LoginDTO loginDTO, HttpServletResponse httpResponse) throws Exception{ //通过用户名和密码创建一个 Authentication 认证对象,实现类为 UsernamePasswordAuthenticationToken UsernamePasswordAuthenticationToken authenticationToken = new UsernamePasswordAuthenticationToken(loginDTO.getUsername(),loginDTO.getPassword; //如果认证对象不为空 if (Objects.nonNull(authenticationToken)){ userRepository.findByName(authenticationToken.getPrincipal().toString .orElseThrow->new Exception; } try { //通过 AuthenticationManager(默认实现为ProviderManager)的authenticate方法验证 Authentication 对象 Authentication authentication = authenticationManager.authenticate(authenticationToken); //将 Authentication 绑定到 SecurityContext SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication); //生成Token String token = jwtTokenUtils.createToken(authentication,false); //将Token写入到Http头部 httpResponse.addHeader(WebSecurityConfig.AUTHORIZATION_HEADER,"Bearer "+token); return "Bearer "+token; }catch (BadCredentialsException authentication){ throw new Exception; } }}

编写 Security 配置类,继承 WebSecurityConfigurerAdapter,重写
configure 方法

@Configuration@EnableWebSecurity@EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled = true)public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter { public static final String AUTHORIZATION_HEADER = "Authorization"; public static final String AUTHORIZATION_TOKEN = "access_token"; @Autowired private UserDetailsService userDetailsService; @Override protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception { auth //自定义获取用户信息 .userDetailsService(userDetailsService) //设置密码加密 .passwordEncoder(passwordEncoder; } @Override protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception { //配置请求访问策略 http //关闭CSRF、CORS .cors().disable.disable() //由于使用Token,所以不需要Session .sessionManagement().sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS) .and() //验证Http请求 .authorizeRequests() //允许所有用户访问首页 与 登录 .antMatchers("/","/auth/login").permitAll() //其它任何请求都要经过认证通过 .anyRequest().authenticated() //用户页面需要用户权限 .antMatchers("/userpage").hasAnyRole .and() //设置登出 .logout().permitAll(); //添加JWT filter 在 http .addFilterBefore(genericFilterBean(), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class); } @Bean public PasswordEncoder passwordEncoder() { return new BCryptPasswordEncoder(); } @Bean public GenericFilterBean genericFilterBean() { return new JwtAuthenticationTokenFilter(); }}

编写用于测试的Controller

@RestControllerpublic class UserController { @PostMapping public String login() { return "login"; } @GetMapping public String index() { return "hello"; } @GetMapping("/userpage") public String httpApi() { System.out.println(SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication().getPrincipal; return "userpage"; } @GetMapping("/adminpage") public String httpSuite() { return "userpage"; }}

在Windows 7中,当UAC(User Account
Control)启用的时候,UIPI的运行可以得到最明显的体现。在UAC中,当一个管理员用户登录系统后,操作系统会创建两个令牌对象(Token
Object):第一个是管理员令牌,拥有大多数特权(类似于Windows
Vista之前的System中的用户),而第二个是一个经过过滤后的简化版本,只拥有普通用户的权限。

默认情况下,以普通用户权限启动的进程拥有普通特权等级(UIPI的等级划分为低等级(low),普通(normal),高等级(high),系统(system))。相同的,以管理员权限运行的进程,例如,用户右键单击选择“以管理员身份运行”或者是通过添加“runas”参数调用ShellExecute运行的进程,这样的进程就相应地拥有一个较高(high)的特权等级。

这将导致系统会运行两种不同类型,不同特权等级的进程(当然,从技术上讲这两个进程都是在同一用户下)。我们可以使用Windows
Sysinternals工具集中的进程浏览器(Process
Explorer)查看各个进程的特权等级。
()

图片 1

图1 进程浏览器

下图展示了以不同特权等级运行的同一个应用程序,进程浏览器显示了它们拥有不同的特权等级:

图片 2

图2  不同特权等级的同一应用程序

所以,当你发现你的进程之间Windows消息通信发生问题时,不妨使用进程浏览器查看一下两个进程之间是否有合适的特权等级。

UIPI所带来的限制

正如我们前文所说,等级的划分,是为了防止以下犯上。所以,有了用户界面特权隔离,一个运行在较低特权等级的应用程序的行为就受到了诸多限制,它不可以:

验证由较高特权等级进程创建的窗口句柄

通过调用SendMessage和PostMessage向由较高特权等级进程创建的窗口发送Windows消息

使用线程钩子处理较高特权等级进程

使用普通钩子(SetWindowsHookEx)监视较高特权等级进程

向一个较高特权等级进程执行DLL注入

但是,一些特殊Windows消息是容许的。因为这些消息对进程的安全性没有太大影响。这些Windows消息包括:

0x000 – WM_NULL

0x003 – WM_MOVE

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