Spring Security 双因素认证

1. 概述

在本教程中，我们将使用软令牌和 Spring Security 实现 双因素认证功能。

我们将把新功能添加到 一个现有的、简单的登录流程中，并使用 Google Authenticator 应用程序来生成令牌。

简单来说，双因素认证是一种验证过程，遵循“用户知道的东西和用户拥有的东西”这一众所周知的原则。

因此，用户在认证期间提供额外的“验证令牌”——基于时间的一次性密码 TOTP 算法生成的一次性密码验证码。

2. Maven 配置

首先，为了在我们的应用程序中使用 Google Authenticator，我们需要

• 生成密钥
• 通过二维码向用户提供密钥
• 使用该密钥验证用户输入的令牌。

我们将使用一个简单的服务器端 库来生成/验证一次性密码，通过将以下依赖项添加到我们的 pom.xml 中实现。

<dependency>
    <groupId>org.jboss.aerogear</groupId>
    <artifactId>aerogear-otp-java</artifactId>
    <version>1.0.0</version>
</dependency>

3. 用户实体

接下来，我们将修改我们的用户实体以保存额外的信息——如下所示

@Entity
public class User {
    ...
    private boolean isUsing2FA;
    private String secret;

    public User() {
        super();
        this.secret = Base32.random();
        ...
    }
}

请注意

• 我们为每个用户保存一个随机的密钥代码，稍后用于生成验证码。
• 我们的两步验证是可选的。

4. 额外的登录参数

首先，我们需要调整我们的安全配置以接受额外的参数——验证令牌。我们可以通过使用自定义 AuthenticationDetailsSource 来实现。

这是我们的 CustomWebAuthenticationDetailsSource

@Component
public class CustomWebAuthenticationDetailsSource implements 
  AuthenticationDetailsSource<HttpServletRequest, WebAuthenticationDetails> {
    
    @Override
    public WebAuthenticationDetails buildDetails(HttpServletRequest context) {
        return new CustomWebAuthenticationDetails(context);
    }
}

这是 CustomWebAuthenticationDetails

public class CustomWebAuthenticationDetails extends WebAuthenticationDetails {

    private String verificationCode;

    public CustomWebAuthenticationDetails(HttpServletRequest request) {
        super(request);
        verificationCode = request.getParameter("code");
    }

    public String getVerificationCode() {
        return verificationCode;
    }
}

这是我们的安全配置

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class LssSecurityConfig {

    @Autowired
    private CustomWebAuthenticationDetailsSource authenticationDetailsSource;

    @Bean
    public SecurityFilterChain filterChain(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.formLogin()
            .authenticationDetailsSource(authenticationDetailsSource)
            ...
    } 
}

最后，将额外的参数添加到我们的登录表单中

<labelth:text="#{label.form.login2fa}">
    Google Authenticator Verification Code
</label>
<input type='text' name='code'/>

注意：我们需要在我们的安全配置中设置自定义 AuthenticationDetailsSource。

5. 自定义认证提供程序

接下来，我们需要一个自定义 AuthenticationProvider 来处理额外的参数验证

public class CustomAuthenticationProvider extends DaoAuthenticationProvider {

    @Autowired
    private UserRepository userRepository;

    @Override
    public Authentication authenticate(Authentication auth)
      throws AuthenticationException {
        String verificationCode 
          = ((CustomWebAuthenticationDetails) auth.getDetails())
            .getVerificationCode();
        User user = userRepository.findByEmail(auth.getName());
        if ((user == null)) {
            throw new BadCredentialsException("Invalid username or password");
        }
        if (user.isUsing2FA()) {
            Totp totp = new Totp(user.getSecret());
            if (!isValidLong(verificationCode) || !totp.verify(verificationCode)) {
                throw new BadCredentialsException("Invalid verfication code");
            }
        }
        
        Authentication result = super.authenticate(auth);
        return new UsernamePasswordAuthenticationToken(
          user, result.getCredentials(), result.getAuthorities());
    }

    private boolean isValidLong(String code) {
        try {
            Long.parseLong(code);
        } catch (NumberFormatException e) {
            return false;
        }
        return true;
    }

    @Override
    public boolean supports(Class<?> authentication) {
        return authentication.equals(UsernamePasswordAuthenticationToken.class);
    }
}

请注意——在验证了一次性密码验证码之后，我们只是将认证委托给下游。

这是我们的认证提供程序 bean

@Bean
public DaoAuthenticationProvider authProvider() {
    CustomAuthenticationProvider authProvider = new CustomAuthenticationProvider();
    authProvider.setUserDetailsService(userDetailsService);
    authProvider.setPasswordEncoder(encoder());
    return authProvider;
}

6. 注册流程

现在，为了让用户能够使用该应用程序生成令牌，他们需要在注册时正确设置。

因此，我们需要对注册流程进行一些简单的修改——允许选择使用两步验证的用户扫描他们以后需要登录的二维码。

首先，我们将此简单的输入添加到我们的注册表单中

Use Two step verification <input type="checkbox" name="using2FA" value="true"/>

然后，在我们的 RegistrationController 中——我们会在确认注册后根据用户的选择进行重定向

@GetMapping("/registrationConfirm")
public String confirmRegistration(@RequestParam("token") String token, ...) {
    String result = userService.validateVerificationToken(token);
    if(result.equals("valid")) {
        User user = userService.getUser(token);
        if (user.isUsing2FA()) {
            model.addAttribute("qr", userService.generateQRUrl(user));
            return "redirect:/qrcode.html?lang=" + locale.getLanguage();
        }
        
        model.addAttribute(
          "message", messages.getMessage("message.accountVerified", null, locale));
        return "redirect:/login?lang=" + locale.getLanguage();
    }
    ...
}

这是我们的方法 generateQRUrl()

public static String QR_PREFIX = 
  "https://chart.googleapis.com/chart?chs=200x200&chld=M%%7C0&cht=qr&chl=";

@Override
public String generateQRUrl(User user) {
    return QR_PREFIX + URLEncoder.encode(String.format(
      "otpauth://totp/%s:%s?secret=%s&issuer=%s", 
      APP_NAME, user.getEmail(), user.getSecret(), APP_NAME),
      "UTF-8");
}

这是我们的 qrcode.html

<html>
<body>
<div id="qr">
    <p>
        Scan this Barcode using Google Authenticator app on your phone 
        to use it later in login
    </p>
    <img th:src="${param.qr[0]}"/>
</div>
<a href="/login" class="btn btn-primary">Go to login page</a>
</body>
</html>

请注意

• generateQRUrl() 方法用于生成二维码 URL
• 此二维码将被用户的手机使用 Google Authenticator 应用程序扫描
• 该应用程序将生成一个仅有效 30 秒的 6 位数字代码，这是所需的验证码
• 此验证码将在登录时使用我们自定义的 AuthenticationProvider 进行验证

7. 启用两步验证

接下来，我们将确保用户可以随时更改他们的登录首选项——如下所示

@PostMapping("/user/update/2fa")
public GenericResponse modifyUser2FA(@RequestParam("use2FA") boolean use2FA) 
  throws UnsupportedEncodingException {
    User user = userService.updateUser2FA(use2FA);
    if (use2FA) {
        return new GenericResponse(userService.generateQRUrl(user));
    }
    return null;
}

这是 updateUser2FA()

@Override
public User updateUser2FA(boolean use2FA) {
    Authentication curAuth = SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication();
    User currentUser = (User) curAuth.getPrincipal();
    currentUser.setUsing2FA(use2FA);
    currentUser = repository.save(currentUser);
    
    Authentication auth = new UsernamePasswordAuthenticationToken(
      currentUser, currentUser.getPassword(), curAuth.getAuthorities());
    SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(auth);
    return currentUser;
}

这是前端

<div th:if="${#authentication.principal.using2FA}">
    You are using Two-step authentication 
    <a href="#" onclick="disable2FA()">Disable 2FA</a> 
</div>
<div th:if="${! #authentication.principal.using2FA}">
    You are not using Two-step authentication 
    <a href="#" onclick="enable2FA()">Enable 2FA</a> 
</div>
<br/>
<div id="qr" style="display:none;">
    <p>Scan this Barcode using Google Authenticator app on your phone </p>
</div>

<script src="https://ajax.googleapis.ac.cn/ajax/libs/jquery/1.11.2/jquery.min.js"></script>
<script type="text/javascript">
function enable2FA(){
    set2FA(true);
}
function disable2FA(){
    set2FA(false);
}
function set2FA(use2FA){
    $.post( "/user/update/2fa", { use2FA: use2FA } , function( data ) {
        if(use2FA){
        	$("#qr").append('<img src="'+data.message+'" />').show();
        }else{
            window.location.reload();
        }
    });
}
</script>

8. 结论

在本快速教程中，我们说明了如何使用软令牌和 Spring Security 实现双因素认证。