Hướng dẫn Spring Security + JWT (Json Web Token) + Hibernate

Nguồn: loda.me

Giới thiệu

Xin chào các bạn, Trong hai bài trước tôi đã giới thiệu cách sử dụng Spring Security và kết nối với database để xác thực người dùng.

1. Spring Security Cơ bản
2. Spring Security + Hibernate

Trong bài hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu một phần cực kỳ quan trọng trong các hệ thống bảo mật ngày nay, đó là JWT.

JWT (Json web Token) là một chuỗi mã hóa được gửi kèm trong Header của client request có tác dụng giúp phía server xác thực request người dùng có hợp lệ hay không. Được sử dụng phổ biến trong các hệ thống API ngày nay.

Cài đặt

Chúng ta sử dụng Maven giống bài trước, tuy nhiên có update thêm thư viện io.jsonwebtoken.jwtt để giúp chúng ta mã hóa thông tin thành jwt

pom.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>org.springframework</groupId>
    <artifactId>spring-security-jwt</artifactId>
    <version>0.1.0</version>

    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.0.5.RELEASE</version>
    </parent>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-thymeleaf</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.h2database</groupId>
            <artifactId>h2</artifactId>
            <scope>runtime</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
            <artifactId>jjwt</artifactId>
            <version>0.9.1</version>
        </dependency>
    </dependencies>

    <properties>
        <java.version>1.8</java.version>
    </properties>


    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

</project>

Cấu trúc thư mục code bao gồm:

Implement

Ban đầu, chúng ta sẽ tạo ra class User và UserDetails để giao tiếp với Spring Security. Phần này giống hệt với bài viết Spring Security + Hibernate

Trong bài viết có sử dụng Lombok

Tạo User

Tạo ra class User tham chiếu với database.

import javax.persistence.Column;
import javax.persistence.Entity;
import javax.persistence.GeneratedValue;
import javax.persistence.Id;
import javax.persistence.Table;

import lombok.Data;

@Entity 
@Table(name = "user")
@Data // lombok
public class User {
    @Id
    @GeneratedValue
    private Long id;

    @Column(nullable = false, unique = true)
    private String username;
    private String password;
}

Tạo UserRepository kế thừa JpaRepository để truy xuất thông tin từ database.

import org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;
import org.springframework.stereotype.Repository;

@Repository
public interface UserRepository extends JpaRepository<User, Long> {
    User findByUsername(String username);
}

Tham chiếu User với UserDetails

Mặc định Spring Security sử dụng một đối tượng UserDetails để chứa toàn bộ thông tin về người dùng. Vì vậy, chúng ta cần tạo ra một class mới giúp chuyển các thông tin của User thành UserDetails

CustomUserDetails.java

import org.springframework.security.core.GrantedAuthority;
import org.springframework.security.core.authority.SimpleGrantedAuthority;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetails;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;

@Data
@AllArgsConstructor
public class CustomUserDetails implements UserDetails {
    User user;

    @Override
    public Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities() {
        // Mặc định mình sẽ để tất cả là ROLE_USER. Để demo cho đơn giản.
        return Collections.singleton(new SimpleGrantedAuthority("ROLE_USER"));
    }

    @Override
    public String getPassword() {
        return user.getPassword();
    }

    @Override
    public String getUsername() {
        return user.getUsername();
    }

    @Override
    public boolean isAccountNonExpired() {
        return true;
    }

    @Override
    public boolean isAccountNonLocked() {
        return true;
    }

    @Override
    public boolean isCredentialsNonExpired() {
        return true;
    }

    @Override
    public boolean isEnabled() {
        return true;
    }
}

Khi người dùng đăng nhập thì Spring Security sẽ cần lấy các thông tin UserDetails hiện có để kiểm tra. Vì vậy, bạn cần tạo ra một class kế thừa lớp UserDetailsService mà Spring Security cung cấp để làm nhiệm vụ này.

UserService.java

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetails;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetailsService;
import org.springframework.security.core.userdetails.UsernameNotFoundException;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class UserService implements UserDetailsService {

    @Autowired
    private UserRepository userRepository;

    @Override
    public UserDetails loadUserByUsername(String username) {
        // Kiểm tra xem user có tồn tại trong database không?
        User user = userRepository.findByUsername(username);
        if (user == null) {
            throw new UsernameNotFoundException(username);
        }
        return new CustomUserDetails(user);
    }


}

JWT

Sau khi có các thông tin về người dùng, chúng ta cần mã hóa thông tin người dùng thành chuỗi JWT. Tôi sẽ tạo ra một class JwtTokenProvider để làm nhiệm vụ này.

import org.springframework.stereotype.Component;
import io.jsonwebtoken.*;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import me.loda.springsecurityhibernatejwt.user.CustomUserDetails;

@Component
@Slf4j
public class JwtTokenProvider {
    // Đoạn JWT_SECRET này là bí mật, chỉ có phía server biết
    private final String JWT_SECRET = "lodaaaaaa";

    //Thời gian có hiệu lực của chuỗi jwt
    private final long JWT_EXPIRATION = 604800000L;

    // Tạo ra jwt từ thông tin user
    public String generateToken(CustomUserDetails userDetails) {
        Date now = new Date();
        Date expiryDate = new Date(now.getTime() + JWT_EXPIRATION);
        // Tạo chuỗi json web token từ id của user.
        return Jwts.builder()
                   .setSubject(Long.toString(userDetails.getUser().getId()))
                   .setIssuedAt(now)
                   .setExpiration(expiryDate)
                   .signWith(SignatureAlgorithm.HS512, JWT_SECRET)
                   .compact();
    }

    // Lấy thông tin user từ jwt
    public Long getUserIdFromJWT(String token) {
        Claims claims = Jwts.parser()
                            .setSigningKey(JWT_SECRET)
                            .parseClaimsJws(token)
                            .getBody();

        return Long.parseLong(claims.getSubject());
    }

    public boolean validateToken(String authToken) {
        try {
            Jwts.parser().setSigningKey(JWT_SECRET).parseClaimsJws(authToken);
            return true;
        } catch (MalformedJwtException ex) {
            log.error("Invalid JWT token");
        } catch (ExpiredJwtException ex) {
            log.error("Expired JWT token");
        } catch (UnsupportedJwtException ex) {
            log.error("Unsupported JWT token");
        } catch (IllegalArgumentException ex) {
            log.error("JWT claims string is empty.");
        }
        return false;
    }
}

Cấu hình và phân quyền

Bây giờ, chúng ta bắt đầu cấu hình Spring Security bao gồm việc kích hoạt bằng @EnableWebSecurity.

Bước này giống với bài viết Spring + Hibernate nên tôi sẽ không nói những phần lặp lại.

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.security.authentication.AuthenticationManager;
import org.springframework.security.config.BeanIds;
import org.springframework.security.config.annotation.authentication.builders.AuthenticationManagerBuilder;
import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.HttpSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.EnableWebSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.WebSecurityConfigurerAdapter;
import org.springframework.security.crypto.bcrypt.BCryptPasswordEncoder;
import org.springframework.security.crypto.password.PasswordEncoder;
import org.springframework.security.web.authentication.UsernamePasswordAuthenticationFilter;
import me.loda.springsecurityhibernatejwt.jwt.JwtAuthenticationFilter;
import me.loda.springsecurityhibernatejwt.user.UserService;


@EnableWebSecurity
public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    @Autowired
    UserService userService;

    @Bean
    public JwtAuthenticationFilter jwtAuthenticationFilter() {
        return new JwtAuthenticationFilter();
    }

    @Bean(BeanIds.AUTHENTICATION_MANAGER)
    @Override
    public AuthenticationManager authenticationManagerBean() throws Exception {
        // Get AuthenticationManager bean
        return super.authenticationManagerBean();
    }

    @Bean
    public PasswordEncoder passwordEncoder() {
        // Password encoder, để Spring Security sử dụng mã hóa mật khẩu người dùng
        return new BCryptPasswordEncoder();
    }

    @Override
    protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth)
            throws Exception {
        auth.userDetailsService(userService) // Cung cáp userservice cho spring security
            .passwordEncoder(passwordEncoder()); // cung cấp password encoder
    }

    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
                .cors() // Ngăn chặn request từ một domain khác
                    .and()
                .authorizeRequests()
                    .antMatchers("/api/login").permitAll() // Cho phép tất cả mọi người truy cập vào địa chỉ này
                    .anyRequest().authenticated(); // Tất cả các request khác đều cần phải xác thực mới được truy cập

        // Thêm một lớp Filter kiểm tra jwt
        http.addFilterBefore(jwtAuthenticationFilter(), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);
    }
}

Điểm khác biệt ở đây là sự xuất hiện của JwtAuthenticationFilter. Đây là một lớp Filter do tôi tự tạo ra.

JwtAuthenticationFilter Có nhiệm vụ kiểm tra request của người dùng trước khi nó tới đích. Nó sẽ lấy Header Authorization ra và kiểm tra xem chuỗi JWT người dùng gửi lên có hợp lệ không.

@Slf4j
public class JwtAuthenticationFilter extends OncePerRequestFilter {
    @Autowired
    private JwtTokenProvider tokenProvider;

    @Autowired
    private UserService customUserDetailsService;
    @Override
    protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request,
                                    HttpServletResponse response, FilterChain filterChain)
            throws ServletException, IOException {
        try {
            // Lấy jwt từ request
            String jwt = getJwtFromRequest(request);

            if (StringUtils.hasText(jwt) && tokenProvider.validateToken(jwt)) {
                // Lấy id user từ chuỗi jwt
                Long userId = tokenProvider.getUserIdFromJWT(jwt);
                // Lấy thông tin người dùng từ id
                UserDetails userDetails = customUserDetailsService.loadUserById(userId);
                if(userDetails != null) {
                    // Nếu người dùng hợp lệ, set thông tin cho Seturity Context
                    UsernamePasswordAuthenticationToken
                            authentication = new UsernamePasswordAuthenticationToken(userDetails, null, userDetails.getAuthorities());
                    authentication.setDetails(new WebAuthenticationDetailsSource().buildDetails(request));

                    SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication);
                }
            }
        } catch (Exception ex) {
            log.error("failed on set user authentication", ex);
        }

        filterChain.doFilter(request, response);
    }

    private String getJwtFromRequest(HttpServletRequest request) {
        String bearerToken = request.getHeader("Authorization");
        // Kiểm tra xem header Authorization có chứa thông tin jwt không
        if (StringUtils.hasText(bearerToken) && bearerToken.startsWith("Bearer ")) {
            return bearerToken.substring(7);
        }
        return null;
    }
}

Tạo Controller

Vì phần này chúng ta làm việc với JWT, nên các request sẽ dưới dạng Rest API.

Tôi tạo ra 2 api:

1. /api/login: Cho phép request mà không cần xác thực.
2. /api/random: Là một api bất kỳ nào đó, phải xác thực mới lấy được thông tin.

@RestController
@RequestMapping("/api")
public class LodaRestController {

    @Autowired
    AuthenticationManager authenticationManager;

    @Autowired
    private JwtTokenProvider tokenProvider;

    @PostMapping("/login")
    public LoginResponse authenticateUser(@Valid @RequestBody LoginRequest loginRequest) {

        // Xác thực từ username và password.
        Authentication authentication = authenticationManager.authenticate(
                new UsernamePasswordAuthenticationToken(
                        loginRequest.getUsername(),
                        loginRequest.getPassword()
                )
        );

        // Nếu không xảy ra exception tức là thông tin hợp lệ
        // Set thông tin authentication vào Security Context
        SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication);

        // Trả về jwt cho người dùng.
        String jwt = tokenProvider.generateToken((CustomUserDetails) authentication.getPrincipal());
        return new LoginResponse(jwt);
    }

    // Api /api/random yêu cầu phải xác thực mới có thể request
    @GetMapping("/random")
    public RandomStuff randomStuff(){
        return new RandomStuff("JWT Hợp lệ mới có thể thấy được message này");
    }

}

Tạo thông tin User trong database

Trước hết bạn cần cấu hình cho hibernate kết tới tới h2 database trong file resources/appication.properties

spring.datasource.url=jdbc:h2:mem:testdb
spring.datasource.driverClassName=org.h2.Driver
spring.datasource.username=sa
spring.datasource.password=

spring.jpa.database-platform=org.hibernate.dialect.H2Dialect
# Enabling H2 Console
spring.h2.console.enabled=true

Để phục vụ demo, mỗi khi chạy chương trình, chúng ta cần insert một User vào database.

Có thể làm việc này bằng cách sử dụng CommandLineRunner. Một interface của Spring cung cấp, có tác dụng thực hiện một nhiệm vụ khi Spring khởi chạy lần đầu.

@SpringBootApplication
public class App implements CommandLineRunner {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(App.class, args);
    }

    @Autowired
    UserRepository userRepository;
    @Autowired
    PasswordEncoder passwordEncoder;

    @Override
    public void run(String... args) throws Exception {
        // Khi chương trình chạy
        // Insert vào csdl một user.
        User user = new User();
        user.setUsername("loda");
        user.setPassword(passwordEncoder.encode("loda"));
        userRepository.save(user);
        System.out.println(user);
    }
}

Chạy thử

Khi server on, chúng ta request thử tới địa chỉ http://localhost:8080/api/random mà không xác thực.

Kết quả trả về mã lỗi 403 kèm theo message Access Denied.

Để có thể request được, chúng ta đăng nhập vào hệ thống bằng api/login để lấy jwt.

Sau đó sử dụng thông tin jwt server trả về để thực hiện các request khác.

Kết

Trong bài này, chúng ta đã tìm hiểu cách sử dụng Spring Security và JWT để có thể xác thực người dùng trong các hệ thống Restful API. Chúng ta sẽ tìm hiểu các cách xác thực OAuth 2.0 ở các bài sau.

Như mọi khi, code bài viết được up tại Github

<i class="fab fa-github"></i>