三、Spring Security表单验证码

表单验证码登录

表单登录验证码验证，一般在用户名、密码提交登录前，添加过滤器，先验证验证码的有效性（开发中一般用的这种），然后再提交用户名、密码。文章下面还会使用另一种方法：验证码和用户名、密码一起同时提交登录。

在Spring Security中，两种实现方式为：

  • 使用自定义过滤器（Filter），在提交用户名、密码前，先验证验证码的有效性
  • 验证码和用户名、密码一起在Spring Security中进行验证

一、验证码生成

新建一个包validateCode放置所有验证码相关的类。

1.1、验证码实体对象

@Data
public class ValidateCode {
    private BufferedImage image;
    private String code;
    private LocalDateTime expireTime;

    /**
     * @param expirtSecond 设置过期时间，单位秒
     */
    public ValidateCode(BufferedImage image, String code, int expirtSecond){
        this.image = image;
        this.code = code;
        // expireSecond秒后的时间
        this.expireTime = LocalDateTime.now().plusSeconds(expirtSecond);
    }
    /**
     * 验证码是否过期
     */
    public boolean isExpired(){
        return LocalDateTime.now().isAfter(expireTime);
    }
}

1.2、生成验证码：

@Service
public class ValidateCodeCreateService {
    public ValidateCode createImageCode() {
        // 宽度
        // 从请求参数中获取数据，否则，读取配置文件配置值
        int width = 80;
        // 高度
        int height = 30;
        // 认证码长度
        int charLength = 4;
        // 过期时间（秒）
        int expireTime = 60;
        BufferedImage image = new BufferedImage(width, height,
                BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
        // 获取图形上下文
        Graphics g = image.getGraphics();
        // 生成随机类
        Random random = new Random();
        // 设定背景色
        g.setColor(getRandColor(200, 250));
        g.fillRect(0, 0, width, height);
        // 设定字体
        g.setFont(new Font("Times New Roman", Font.PLAIN, 18));
        // 随机产生155条干扰线，使图象中的认证码不易被其它程序探测到
        g.setColor(getRandColor(160, 200));
        for (int i = 0; i < 155; i++) {
            int x = random.nextInt(width);
            int y = random.nextInt(height);
            int xl = random.nextInt(12);
            int yl = random.nextInt(12);
            g.drawLine(x, y, x + xl, y + yl);
        }
        // 取随机产生的认证码
        String sRand = "";
        for (int i = 0; i < charLength; i++) {
            String rand = String.valueOf(random.nextInt(10));
            sRand += rand;
            // 将认证码显示到图象中
            g.setColor(new Color(20 + random.nextInt(110), 20 + random
                    .nextInt(110), 20 + random.nextInt(110)));
            // 调用函数出来的颜色相同，可能是因为种子太接近，所以只能直接生成
            g.drawString(rand, 13 * i + 6, 16);
        }
        // 图象生效
        g.dispose();
        return new ValidateCode(image, sRand, expireTime);
    }

    /**
     * 给定范围获得随机颜色
     */
    private Color getRandColor(int fc, int bc) {
        Random random = new Random();
        if (fc > 255) {
            fc = 255;
        }
        if (bc > 255) {
            bc = 255;
        }
        int r = fc + random.nextInt(bc - fc);
        int g = fc + random.nextInt(bc - fc);
        int b = fc + random.nextInt(bc - fc);
        return new Color(r, g, b);
    }
}

验证码图片生成接口

@RestController
public class ValidateCodeController {
    @Autowired
    private ValidateCodeCreateService validateCodeCreateService;

    @GetMapping("/get-validate-code")
    public void getImageCode(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws IOException {
        // 创建验证码
        ValidateCode validateCode = validateCodeCreateService.createImageCode();
        // 将验证码放到session中（也可放在Redis中，可设置过期时间）
        request.getSession().setAttribute("validate-code", validateCode);
        // 返回验证码给前端
        ImageIO.write(validateCode.getImage(), "JPEG", response.getOutputStream());
    }
}

二、登录页面配置

修改resources/templates下登录页面，添加验证码选项：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xmlns:th="http://www.thymeleaf.org"
      xmlns:sec="http://www.thymeleaf.org/thymeleaf-extras-springsecurity3">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>登录页面</title>
</head>
<body>

<form th:action="@{/my-login}" method="post">
    <div><label> 用户名 : <input type="text" name="username"/> </label></div>
    <div><label> 密码: <input type="password" name="password"/> </label></div>
    <div>验证码：
        <input type="text" class="form-control" name="validateCode" required="required" placeholder="验证码">
        <img src="get-validate-code" title="看不清，请点我" onclick="refresh(this)" />
    </div>
    <button type="submit" class="btn">登录</button>
</form>
<script>
    function refresh(obj) { obj.src = "get-validate-code"; }
</script>
</body>
</html>

WebSecurityConfig配置：

@EnableWebSecurity
public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    // ...
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
                .authorizeRequests()
                // 获取验证码允许匿名访问
                .antMatchers("/get-validate-code").permitAll()
                .anyRequest().authenticated()
            .and()
                .formLogin()
                .loginPage("/user-login").permitAll()
                .loginProcessingUrl("/my-login")
    // ...
    }
}

正常项目已经配置好，启动项目，访问localhost:8080/hello跳转到自定义的登录页面：

图片

随便输入内容提交，登录失败，返回：

图片

输入正确的用户名、密码，验证码随意输入登录，登录成功，返回：

图片

可以看到，这里Spring Security默认只验证用户名、密码，没有验证验证码是否正确。所以下面开始实现登录验证码验证，有以下两种种实现方式：

  1. 使用自定义过滤器(Filter)，在校验用户名、密码前判断验证码合法性，验证通过后，通过用户名和密码登录
  2. 验证码和用户名、密码一起提交到后台登录

三、过滤器验证

原理：在 Spring Security 处理登录请求前，先验证验证码，如果正确，放行去登录；如果不正确，返回失败处理。

2.1、验证码过滤器

自定义一个过滤器，OncePerRequestFilter（该Filter保证每次请求只过滤一次）：

public class ValidateCodeFilter extends OncePerRequestFilter {
    // URL正则匹配
    private static final PathMatcher pathMatcher = new AntPathMatcher();

    @Override
    protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain filterChain) throws ServletException, IOException {
        // 只有登录请求‘/authentication/form’,并且为'post'请求时，才校验
        if ("POST".equals(request.getMethod())
                && pathMatcher.match("/anthentication/form", request.getServletPath())) {
            try {
                codeValidate(request);
            } catch (ValidateCodeException e) {
               // 验证码不通过，跳到错误处理器处理
                response.setContentType("application/json;charset=UTF-8");
                response.getWriter().append(
                    new ObjectMapper().createObjectNode()
                        .put("status", "500")
                        .put("msg", e.getMessage())
                        .toString());
                // 异常后，不执行后面
                return;
            }
        }
        doFilter(request, response, filterChain);
    }

    private void codeValidate(HttpServletRequest request) throws JsonProcessingException {
        // 获取到传入的验证码
        String codeInRequest = request.getParameter("validateCode");
        ValidateCode codeInSession = (ValidateCode) request.getSession(false).getAttribute("validate-code");

        // 校验验证码是否正确
        if (StringUtils.isEmpty(codeInRequest)) {
            throw new ValidateCodeException("验证码的值不能为空");
        }
        if (codeInSession == null) {
            throw new ValidateCodeException("验证码不存在");
        }
        if (codeInSession.isExpired()) {
            throw new ValidateCodeException("验证码已过期");
        }
        if (!StringUtils.equals(codeInSession.getCode(), codeInRequest)) {
            throw new ValidateCodeException("验证码不匹配");
        }

        // 校验正确后，移除session中验证码
        request.getSession(false).removeAttribute("validate-code");
    }
}

class ValidateCodeException extends AuthenticationException {
    public ValidateCodeException(String message) {
        super(message);
    }
}

2.2、配置过滤器

Spring Security 对于用户名/密码登录验证是通过 UsernamePasswordAuthenticationFilter 处理的，只要在它之前执行验证码过滤器即可：

@EnableWebSecurity
public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    ...
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
                // 验证码过滤器在用户名、密码校验前
                .addFilterBefore(new ValidateCodeFilter(), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class)
                .authorizeRequests()
                .antMatchers("/get-validate-code").permitAll()
                .anyRequest().authenticated()
            .and()
                .formLogin()
                .loginPage("/user-login").permitAll()
                .loginProcessingUrl("/my-login")
    }
}

2.4、运行程序

启动项目，访问localhost:8080/login到登录页，随机输入内容登录：

图片

点击登录后，后台验证验证码错误，显示如下：

图片

输入正确的验证码，而用户名、密码错误：

图片

全部正确时，返回用户信息：

图片

四、和用户名、密码同时验证

上面使用过滤器实现了验证码功能，该过滤器是先验证验证码，验证成功就让 Spring Security 验证用户名和密码。

如果用户登录是需要多个登录字段，不单单是用户名和密码，这时候可以考虑自定义 Spring Security 的验证逻辑。

3.1、WebAuthenticationDetails

Spring security 默认只会处理用户名和密码信息，如果我们需要增加验证码字段验证，则需要拿到验证码。而WebAuthenticationDetails类提供了获取用户登录时携带的额外信息的功能，可以通过该类拿到验证码。所以我们需要自定义类继承该类拿到验证码：

public class CustomWebAuthenticationDetails extends WebAuthenticationDetails {
    @Getter // 设置getter方法，以便拿到验证码
    private final String validateCode;
    public CustomWebAuthenticationDetails(HttpServletRequest request) {
        super(request);
        // 拿页面传来的验证码
        validateCode = request.getParameter("validateCode");
    }
}

3.2、AuthenticationDetailSource

把自定义CustomWebAuthenticationDetails，放入 AuthenticationDetailsSource 中来替换原本的 WebAuthenticationDetails ，因此还得实现自定义 CustomAuthenticationDetailsSource ，设置为我们自定义的 CustomWebAuthenticationDetails：

@Component("authenticationDetailsSource")
public class CustomAuthenticationDetailsSource implements AuthenticationDetailsSource<HttpServletRequest, WebAuthenticationDetails> {
    @Override
    public WebAuthenticationDetails buildDetails(HttpServletRequest httpRequest) {
        return new CustomWebAuthenticationDetails(httpRequest);
    }
}

3.3、Spring Security配置

将 CustomAuthenticationDetailsSource 注入Spring Security中，替换掉默认的 AuthenticationDetailsSource。

修改 WebSecurityConfig，将其注入，然后在config()中使用 authenticationDetailsSource(authenticationDetailsSource)方法来指定它。

@EnableWebSecurity
public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter { 
    
    // 省略其他
    
    @Autowired
    private AuthenticationDetailsSource authenticationDetailsSource;
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
                .authorizeRequests()
                .antMatchers("/get-validate-code").permitAll()
                .anyRequest().authenticated()
              .and()
                .formLogin()
                .loginPage("/user-login").permitAll()
                .loginProcessingUrl("/my-login")
                .authenticationDetailsSource(authenticationDetailsSource);
        http.csrf().disable();
    }
}

3.4、AuthenticationProvider

通过自定义CustomWebAuthenticationDetails和CustomAuthenticationDetailsSource将验证码和用户名、密码一起加入了Spring Security中，但默认的认证中还不会对验证码进行校验，需要重写UserDetailsAuthenticationProvider进行校验。

@Component
public class CustomAuthenticationProvider extends AbstractUserDetailsAuthenticationProvider {
    @Autowired
    private CustomUserDetailsService userDetailsService;
    @Autowired
    private PasswordEncoder passwordEncoder;

    @Override
    protected void additionalAuthenticationChecks(UserDetails userDetails, UsernamePasswordAuthenticationToken authentication) throws AuthenticationException {
        // 获取登录提交的用户名和密码
        String inputPassword = (String) authentication.getCredentials();

        // 获取登录提交的验证码
        CustomWebAuthenticationDetails details = (CustomWebAuthenticationDetails) authentication.getDetails();
        String validateCode = details.getValidateCode();

        // 验证码校验
        checkValidateCode(validateCode);

        // 验证用户名
        if (!passwordEncoder.matches(inputPassword, userDetails.getPassword())) {
            throw new BadCredentialsException("密码错误");
        }
    }
    
    @Override
    protected UserDetails retrieveUser(String username, UsernamePasswordAuthenticationToken usernamePasswordAuthenticationToken) throws AuthenticationException {
        return userDetailsService.loadUserByUsername(username);
    }
    
    private void checkValidateCode(String validateCode) {
        ServletRequestAttributes requestAttributes = (ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.getRequestAttributes();
        HttpServletRequest request = requestAttributes.getRequest();
        ValidateCode codeInSession = (ValidateCode) request.getSession(false).getAttribute("validate-code");
        if (StringUtils.isEmpty(validateCode)) {
            throw new ValidateCodeException("验证码的值不能为空");
        }
        if (codeInSession == null) {
            throw new ValidateCodeException("验证码不存在");
        }
        if (codeInSession.isExpired()) {
            // 移除session中验证码
            request.getSession(false).removeAttribute("validate-code");
            throw new ValidateCodeException("验证码已过期");
        }
        if (!StringUtils.equals(codeInSession.getCode(), validateCode)) {
            throw new ValidateCodeException("验证码不匹配");
        }
        // 移除session中验证码
        request.getSession(false).removeAttribute("validate-code");
    }
}
class ValidateCodeException extends AuthenticationException {
    ValidateCodeException(String message) {
        super(message);
    }
}

在 WebSecurityConfig 中将其注入，并在 configure(AuthenticationManagerBuilder auth) 方法中通过 auth.authenticationProvider() 指定使用

@EnableWebSecurity
public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter { 
    @Autowired
    private CustomAuthenticationProvider authenticationProvider;
    @Override
    protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        // auth.userDetailsService(userDetailsService);
        auth.authenticationProvider(authenticationProvider);
    }
}

启动程序测试即可。

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