SpringSecurity（七）【密码加密】

七、密码加密

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简介

• 加密意义

2011年12月21日，有人在网络上公开了一个包含600万个 CSDN 用户资资料的数据库，数据全部为明文储存，包含用户名、密码以及注册邮箱。事件发生后CSDN在微博、官方网站等渠道发出了声明，解释说此数据库系2009年备份所用，因不明原因泄漏 已经向警方报案，后又在官网发出了公开道歉信。在接下来的十多天里，金山、网易 京东、当当、新浪等多家公司被卷入到这次事件中。整个事件中最触目惊心的莫过于 CSDN 把用户密码明文存储，由于很多用户是多个网站共用一个密码，因此一个网站密码泄漏就会造成很大的安全隐患。 由于有了这么多前车之鉴，我们现在做系统时，密码都要加密处理

在前面的案例中，凡是涉及密码的地方，我们都采用明文存储，在实际项目中这肯定是不可取的，因为这会带来极高的安全风险。在企业级应用中，密码不仅需要加密，还需要加盐，最大程度地保证密码安全。

• 常见方案

  • Hash 算法

  最早我们使用类似 SHA-256、SHA-512、MD5 等这样的单向 Hash 算法。用户注册成功后，保存在数据库中不再是用户的明文密码，而是经过 SHA-256 加密计算的一个字行串，当用户进行登录时，用户输入的明文密码用 SHA-256 进行加密，加密完成之后，再和存储在数据库中的密码进行比对，进而确定用户登录信息是否有效。如果系统遭遇攻击，最多也只是存储在数据库中的密文被泄漏

  这样就绝对安全了吗?由于彩虹表这种攻击方式的存在以及随着计算机硬件的发展，每秒执行数十亿次 HASH 计算己经变得轻轻松松，这意味着即使给密码加密加盐也不再安全

  彩虹表

  • 单向自适应函数

  在Spring Security中，我们现在是用一种自适应单向函数（AdaptiveOne-wayFunctions）来处理密码问题，这种自适应单向函数在进行密码匹配时，会有意占用大量系统资源（例如 CPU、内存等），这样可以增加恶意用户攻击系统的难度，在 Spring Securiy 中，开发者可以通过 bcrypt、PBKDF2、sCrypt 以及 argon2 来体验这种自适应单向函数加密。由于自适应单向函数有意占用大量系统资源，因此每个登录认证请求都会大大降低应用程序的性能，但是 Spring Secuity 不会采取任何措施来提高密码验证速度，因为它正是通过这种方式来增强系统的安全性

• 密码介绍

参考1：https://byronhe.gitbooks.io/libsodium/content/password_hashing

参考2：https://github.com/xitu/gold-miner/blob/master/TODO1/password-hashing-pbkdf2-scrypt-bcrypt-and-argon2.md

• BCryptPasswordEncoder

BCryptPasswordEncoder 使用 bcrypt 算法对密码进行加密，为了提高密码的安全性，bcrypt 算法故意降低运行速度，以增强密码破解的难度。同时 BCryptPasswordEncoder “为自己带盐” 开发者不需要额外维护一个 “盐” 字段，使用 BCryptPasswordEncoder 加密后的字符串就已经 “带盐” 了，即使相同的明文每次生成的加密字符串都不相同

• Argon2PasswordEncoder

Argon2PasswordEncoder 使用 Argon2 算法对密码进行加密，Argon2 曾在 Password Hashing Competition竞赛中获胜。为了解决在定制硬件上密码容易被破解的问题， Argon2 也是故意降低运算速度，同时需要大量内存，以确保系统的安全性

• Pbkdf2PasswordEncoder

Pbkdf2PasswordEncoder 使用 PBKDF2 算法对密码进行加密，和前面几种类似，PBKDF2 算法也是一种故意降低运算速度的算法，当需要 FIPS（Federal Information Processing Standard，美国联邦信息处理标准）认证时，PBKDF2算法是一个很好的选择

• SCryptPasswordEncoder

SCryptPasswordEncoder 使用 scrypt 算法对密码进行加密，和前面的几种类似，scrypt 也是一种故意降低运算速度的算法，而且需要大量内存

7.1 检验密码源码分析

PasswrodEncoder 与 DelegatingPasswordEncoder 关系

• 首先，我们来进行一下认证的源码分析，根据前面介绍，对于用户的认证是由 ProviderManager 去进行校验的

• 再认证的过程中，对于密码的匹配调用了 DaoAuthenticationProvider 类中的 additionalAuthenticationChecks() 方法。（注：这里并不是 AbstractUserDetailsAuthenticationProvider 中的 additionalAuthenticationChecks() 方法，而是 DaoAuthenticationProvider 继承了 AbstractUserDetailsAuthenticationProvider）如下图所示

可以看到这里的调用了this.passwordEncoder.matches(presentedPassword, userDetails.getPassword())，这个this.passwordEncoder 是 PasswordEncoder 接口

接口 PasswordEncoder 有诸多实现类，都是不同类型的密码匹配规则

继续debug，发现这个PasswordEncoder 实现类叫做 DelegatingPasswordEncoded

进入这个 DelegatingPasswordEncoded 代理类实现的matches()方法，发现这个代理 PasswordEncoder 根据密文的前缀{noop}来获取真正用来加密的实现类（典型的策略设计模式）

PasswrodEncoder 接口

public interface PasswordEncoder {

    String encode(CharSequence rawPassword);

    boolean matches(CharSequence rawPassword, String encodedPassword);

    default boolean upgradeEncoding(String encodedPassword) {
        return false;
    }
}
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• encode：用来进行明文加密
• matches：用来比较密码的方法
• upgradeEncoding：用来给密码进行升级的方法

7.2 使用自定义加密方式（一）

bcrypt 方式加密

1. 在测试类中，对我们输入的明文密码进行加密并输出

@Test
void contextLoads() {
    BCryptPasswordEncoder bCryptPasswordEncoder = new BCryptPasswordEncoder();
    // 参数是用户输入的明文
    String encode = bCryptPasswordEncoder.encode("123");
    System.out.println(encode);
    // 这里的"10"代表散列次数,在创建 BCryptPasswordEncoder 时,可以设置参数
    // 第一次加密: $2a$10$oCDDewSNLloZlagnFW0SYexBBBl6QnXwspj2..WZGNwO7tv7AbTPy
    // 第二次加密: $2a$10$EeuYmlPFpuxJHDTe.jXRzuUrDRu0YrChz4NqUVu5n6BqTZgtc/aoS
    // 第三次加密: $2a$10$AiUtLkjsyQ7m3oHVu6hZs.10/lf4ibUDs8ScmSC.XXRNNywsv8CjS
}
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2. 在数据库中修改对应的用户密码（注意：前缀值与加密的方式保持一致）

3. 在页面中进行登录测试，用例：
   • 用户名：root
   • 密码：123（这里输入明文，数据库存储的是密文）

7.3 使用自定义加密方式（二）

WebSecurityConfigurerAdapter -> AuthenticationManager -> PasswordEncoder -> DelegatingPasswordEncoder -> PasswordEncoderFactories

DelegatingPasswordEncoder

根据上面 PasswordEncoder 的介绍，可能会以为 SpringSecurity 中默认的密码加密方案应该是四种自适应单向加密函数中的一种，其实不然，在 SpringSecurity 5.0 之后，默认的密码加密方案其实是 DelegatingPasswordEncoder。从名字上来看， DelegatingPaswordEncoder 是一个代理类，而并非一种全新的密码加密方案，DelegatingPaswordEncoder 主要用来代理上面介绍的不同类型的密码加密方案。为什么采用 DelegatingPasswordEncoder 而不是某一个具体加密方式作为默认的密码加密方案呢？主要考虑了如下两方面的因素：

• 兼容性：使用 DelegatingPasswrordEncoder 可以帮助许多使用旧密码加密方式的系统顺利迁移到 SpringSecurity 中，它允许在同一个系统中同时存在多种不同的密码加密方案
• 便捷性：密码存储的最佳方案不可能一直不变，如果使用 DelegatingPasswordEncoder 作为默认的密码加密方案，当需要修改加密方案时，只需要修改很小一部分代码就可以实现

通过源码分析得知，如果再工厂中指定了 PasswordEncoder，就会使用指定 PasswordEncoder，否则就会使用默认 DelegatingPasswordEncoder，在 WebSecurityConfigurerAdapter 配置类中注入指定加密方式即可！

• 使用固定的加密方案，这时数据库存储的密码无需添加加密方案的前缀

    // 指定单一的加密方式
    @Bean
    public PasswordEncoder passwordEncoder() {
        return new BCryptPasswordEncoder();
    }
    
    // 注意密码不同区别
    @Bean
    public UserDetailsService userDetailsService() {
        // 定义内存用户信息管理者对象,将用户信息存储在内存当中
        InMemoryUserDetailsManager userDetailsService = new InMemoryUserDetailsManager();
        // 创建用户对象
        UserDetails userDetails = User.withUsername("aaa").password("$2a$10$AiUtLkjsyQ7m3oHVu6hZs.10/lf4ibUDs8ScmSC.XXRNNywsv8CjS").roles("admin").build();
        // 将用户对象交由用户管理者去管理
        userDetailsService.createUser(userDetails);
        return userDetailsService;
    }
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• 使用灵活密码加密方案（推荐），这时数据库存储的密码需要添加加密方案的前缀

7.4 密码自动升级

推荐使用 DelegatingPasswordEncoder 的另外一个好处就是自动进行密码加密方案的升级，这个功能在整合一些老的系统时非常有用

• 对源码分析，我们发现在完成密码认证之后，进行了是否进行密码更新的操作，如下图
• 在完成认证之后，返回的是createSuccessAuthentication()方法

• 而这个 createSuccessAuthentication() 是抽象类 AbstractUserDetailsAuthenticationProvider 中一个受保护（protected）的方法

• 真正执行这个方法的是 DaoAuthenticationProvider，它继承了上面这个抽象类，并对 createSuccessAuthentication() 方法进行了重写
• 根据判断 UserDetailsPasswordService 是否为null并 PasswordEncoder 对象是否需要进行 upgradeEncoding() 操作，去实现密码的更新

• 更新的接口 UserDetailsPasswordService 中的方法

总结

对原有的密码进行升级（认证之后会随着框架的版本升级进行默认算法的更新），我们只需要同时对 UserDetailsService 和 UserDetailsPasswordService 进行实现即可，这需要我们手动去配置才会生效，如果不配置不会生效

• 重写 DivUserDetailsService 方法

package com.vinjcent.config.security;

import com.vinjcent.pojo.Role;
import com.vinjcent.pojo.User;
import com.vinjcent.service.RoleService;
import com.vinjcent.service.UserService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetails;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetailsPasswordService;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetailsService;
import org.springframework.security.core.userdetails.UsernameNotFoundException;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.ObjectUtils;

import java.util.List;

@Component
public class DivUserDetailsService implements UserDetailsService, UserDetailsPasswordService {

    // dao ===> springboot + mybatis
    private final UserService userService;

    private final RoleService roleService;

    @Autowired
    public DivUserDetailsService(UserService userService, RoleService roleService) {
        this.userService = userService;
        this.roleService = roleService;
    }

    @Override
    public UserDetails loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException {
        // 1.查询用户
        User user = userService.queryUserByUsername(username);
        if (ObjectUtils.isEmpty(user)) throw new UsernameNotFoundException("用户名不正确!");
        // 2.查询权限信息
        List<Role> roles = roleService.queryRolesByUid(user.getId());
        user.setRoles(roles);
        return user;
    }

    // 默认使用 DelegatingPasswordEncoder,对密码进行更新时,使用的时 Bcrypt 加密
    @Override
    public UserDetails updatePassword(UserDetails user, String newPassword) {
        Integer result = userService.updatePassword(user.getUsername(), newPassword);
        if (result > 0) {
            ((User) user).setPassword(newPassword);
        }
        return user;
    }
}

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开启了自动更新密码的功能之后，认证会将原有的密码进行升级更新（原本是"{noop}123"）