Spring Security 之密码存储

喜欢ヅ旅行 2024-04-03 11:07 50阅读 0赞

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Spring Security的`PasswordEncoder`接口用于执行密码的单向转换，以便可以安全的存储密码。`PasswordEncoder`通常用于在认证时将用户提供的密码与存储的密码的比较。

##### 密码存储的历史 #####

多年来存储密码的标准机制不断发展，起初以明文的形式存储。大量恶意用户通过恶意注入等方式获取大量的用户名和密码。随着越来越多的用户认证成为现实，公共安全专家意识到我们需要做更多的工作来保护用户的密码。  
建议开发人员在通过单向散列（如SHA-256）加密密码后存储密码。当用户尝试进行身份验证时，哈希密码将与他们键入的密码的哈希值进行比较，因此，系统只需要存储密码的单向散列值，如果发生泄露，也只会暴露密码的单向散列值。由于散列是一种单向形式，在给定散列的情况下很难猜测出密码，因此不值得费尽心思找出系统中的每个密码。但是恶意用户创建了彩虹表（[Rainbow Tables][]），他们不是每次都猜测密码，而是计算一次密码并将其存储在查找表中。

为了降低彩虹表的有效性，建议开发者使用加盐(salt)的密码，盐(salt)为每个用户的密码生成一个随机数，将salt和用户密码通过哈希函数计算，得到唯一的哈希值。salt将以明文形式存储在用户密码中？，当用户认证的时候，存储的哈希值跟salt和用户密码的哈希值进行比较。

在现代，我们意识到加密哈希（如SHA-256）不再安全。原因是，使用目前的硬件我们可以每秒执行数十亿次哈希计算，这意味着我们可以轻松地分别破解每个密码。

因此现在建议开发者使用自适应单向函数存储密码，验证一个自适应单向函数密码会占用一定的资源（比如CPU、内存等）。自适应单向功能允许配置“工作因子”，随着硬件的改进，工作因子会增加，建议将“工作因子”调整为大约1秒，以验证系统上的密码。这种权衡使得攻击者很难破解密码，并且成本不会太高，不会给您自己的系统带来太大的负担。Spring Security 提供了“工作因子”，但还是建议用户自定义自己的“工作因子”，因为不同系统的性能差异大。可以使用的自适应单向函数，包括 [bcrypt][], [PBKDF2][], [scrypt][], 和[argon2][]。

由于自适应单向函数会占用大量资源，因此在验证用户名和密码时将显著降低应用程序的性能。Spring Security（或任何其他库）都无法加速密码验证，因为安全性是通过使用资源密集计算来获得的。建议用户将长期凭证（即用户名和密码）替换为短期凭证（即会话、OAuth令牌等）。可以快速验证短期凭证，而不会丢失任何安全性。

##### DelegatingPasswordEncoder #####

在Spring Security 5.0之前，默认密码编码器是`NoOpPasswordEncoder`，它需要纯文本密码。根据上面的密码历史部分，您可能会认为默认密码编码器现在类似于`BCryptPasswordEncoder`。然而，这忽略了三个现实问题：

*  有许多应用程序使用旧密码编码，无法轻松迁移
 *  密码存储的最佳做法将再次更改
 *  作为一个框架，Spring Security不能频繁进行更改

Spring Security引入了`DelegatingPasswordEncoder`，它通过以下方式解决了所有问题：

*  使用当前建议的方式确保密码被正确编码
 *  允许使用现代和传统格式验证密码
 *  允许将来升级编码

使用`PasswordEncoderFactories`能简单的构造出`DelegatingPasswordEncoder`  
*Example 1. Create Default DelegatingPasswordEncoder*

PasswordEncoder passwordEncoder =
        PasswordEncoderFactories.createDelegatingPasswordEncoder();

或者，您可以创建自己的自定义实例。例如：

String idForEncode = "bcrypt";
    Map encoders = new HashMap<>();
    encoders.put(idForEncode, new BCryptPasswordEncoder());
    encoders.put("noop", NoOpPasswordEncoder.getInstance());
    encoders.put("pbkdf2", new Pbkdf2PasswordEncoder());
    encoders.put("scrypt", new SCryptPasswordEncoder());
    encoders.put("sha256", new StandardPasswordEncoder());
    
    PasswordEncoder passwordEncoder =
        new DelegatingPasswordEncoder(idForEncode, encoders);

######  ######

密码存储格式  
密码的一般个是为：  
*Example 3. DelegatingPasswordEncoder Storage Format*

{id}encodedPassword

id表示使用哪种PasswordEncoder，必须位于密码的开头，以`{`开始，以`}`结束，如id未找到，则为null  
encodedPassword表示需要编码的原始密码  
如下是不同id的密码列表：

①{bcrypt}$2a$10$dXJ3SW6G7P50lGmMkkmwe.20cQQubK3.HZWzG3YB1tlRy.fqvM/BG
    ②{noop}password
    ③{pbkdf2}5d923b44a6d129f3ddf3e3c8d29412723dcbde72445e8ef6bf3b508fbf17fa4ed4d6b99ca763d8dc
    ④{scrypt}$e0801$8bWJaSu2IKSn9Z9kM+TPXfOc/9bdYSrN1oD9qfVThWEwdRTnO7re7Ei+fUZRJ68k9lTyuTeUp4of4g24hHnazw==$OAOec05+bXxvuu/1qZ6NUR+xQYvYv7BeL1QxwRpY5Pc=
    ⑤{sha256}97cde38028ad898ebc02e690819fa220e88c62e0699403e94fff291cfffaf8410849f27605abcbc0

①bcrypt的PasswordEncoder id，编码密码是：$2a 10 10 10dXJ3SW6G7P50lGmMkkmwe.20cQQubK3.HZWzG3YB1tlRy.fqvM/BG，匹配时委托给BCryptPasswordEncoder  
②noop的PasswordEncoder，编码密码是：password，匹配委托给NoOpPasswordEncoder  
③pbkdf2的PasswordEncoder，编码密码是：5d923b44a6d129f3ddf3e3c8d29412723dcbde72445e8ef6bf3b508fbf17fa4ed4d6b99ca763d8dc，匹配委托给Pbkdf2PasswordEncoder  
④scrypt的PasswordEncoder，编码密码是：$e0801$8bWJaSu2IKSn9Z9kM+TPXfOc/9bdYSrN1oD9qfVThWEwdRTnO7re7Ei+fUZRJ68k9lTyuTeUp4of4g24hHnazw==$OAOec05+bXxvuu/1qZ6NUR+xQYvYv7BeL1QxwRpY5Pc=，匹配委托给SCryptPasswordEncoder  
⑤sha256的PasswordEncoder，编码密码是：97cde38028ad898ebc02e690819fa220e88c62e0699403e94fff291cfffaf8410849f27605abcbc0，匹配委托给StandardPasswordEncoder

###### 编码Password ######

`idForEncode`将传入构造函数中，确认使用哪个PasswordEncoder加密密码。上面构造的`DelegatingPasswordEncoder`将委托给`BCryPtPassword`,并以`{bcrypt}`为前缀。  
*Example 5. DelegatingPasswordEncoder Encode Example*

{bcrypt}$2a$10$dXJ3SW6G7P50lGmMkkmwe.20cQQubK3.HZWzG3YB1tlRy.fqvM/BG

###### 匹配Password ######

匹配是基于`{id}`和该id传入构造器的PasswordEncoder的映射来完成。  
前面提供了几个密码存储的格式，默认情况下，使用未映射的id（或者空id）调用`matches(CharSequence rawPassword, String encodedPassword)`将抛出IllegalArgumentException，可以设置一个默认的`defaultPasswordEncoderForMatches`,使用`DelegatingPasswordEncoder.setDefaultPasswordEncoderForMatches(PasswordEncoder)`。  
通过使用id，我们可以匹配任何密码编码，并且使用现代的密码编码技术。这一点很重要，因为与加密不同，密码散列的设计使得无法简单地恢复明文。由于无法恢复明文，因此很难迁移密码。虽然用户迁移NoOpPasswordEncoder很简单，但我们选择在默认情况下包含它，以简化入门体验。

###### 入门体验 ######

如下示例是简单的示例，但这种方式不适应生产环境  
*Example 6. withDefaultPasswordEncoder Example*

User user = User.withDefaultPasswordEncoder()
      .username("user")
      .password("password")
      .roles("user")
      .build();
    System.out.println(user.getPassword());
    // {bcrypt}$2a$10$dXJ3SW6G7P50lGmMkkmwe.20cQQubK3.HZWzG3YB1tlRy.fqvM/BG

如果是创建多个用户，可以重用生成器。  
*Example 7. withDefaultPasswordEncoder Reusing the Builder*

UserBuilder users = User.withDefaultPasswordEncoder();
    User user = users
      .username("user")
      .password("password")
      .roles("USER")
      .build();
    User admin = users
      .username("admin")
      .password("password")
      .roles("USER","ADMIN")
      .build();

###### 使用Spring Boot CLI编码 ######

正确编码的最简单方式是使用[Spring Boot CLI][]。  
如下示例，将password使用DelegatingPasswordEncoder进行编码：  
*Example 8. Spring Boot CLI encodepassword Example*

spring encodepassword password
    {
        bcrypt}$2a$10$X5wFBtLrL/kHcmrOGGTrGufsBX8CJ0WpQpF3pgeuxBB/H73BK1DW6

###### 问题 ######

当密码存储格式中的id对应的PasswordEncoder 不存在时，会发生异常

java.lang.IllegalArgumentException: There is no PasswordEncoder mapped for the id "null"
    	at org.springframework.security.crypto.password.DelegatingPasswordEncoder$UnmappedIdPasswordEncoder.matches(DelegatingPasswordEncoder.java:233)
    	at org.springframework.security.crypto.password.DelegatingPasswordEncoder.matches(DelegatingPasswordEncoder.java:196)

解决该错误的最简单办法是使用显示的PasswordEncoder，

如果您从Spring Security 4.2.x迁移，可以通过定义NoOpPasswordEncoder bean来使用以前的方式。  
或者，您可以使用正确的id作为所有密码的前缀，并继续使用`DelegatingPasswordEncoder`。例如，如果您正在使用BCrypt，您将从以下位置迁移密码：

$2a$10$dXJ3SW6G7P50lGmMkkmwe.20cQQubK3.HZWzG3YB1tlRy.fqvM/BG

到

{
        bcrypt}$2a$10$dXJ3SW6G7P50lGmMkkmwe.20cQQubK3.HZWzG3YB1tlRy.fqvM/BG

有关映射的完整列表，请参阅 [PasswordEncoderFactories][]上的Javadoc。

##### BCryptPasswordEncoder #####

BCryptPasswordEncoder实现使用广泛支持的bcrypt算法对密码进行散列。为了能够更强的抵抗破解，bcrypt特意将计算速度放慢?与其他自适应单向函数一样，应将其调整为大约1秒来验证系统上的密码。  
`BCryptPasswordEncoder`的默认实现的长度是10，如BCryptPasswordEncoder中的Javadoc所述。  
我们鼓励您在自己的系统上调整和测试强度参数，以便验证密码大约需要1秒。  
*Example 9. BCryptPasswordEncoder*

// Create an encoder with strength 16
    BCryptPasswordEncoder encoder = new BCryptPasswordEncoder(16);
    String result = encoder.encode("myPassword");
    assertTrue(encoder.matches("myPassword", result));

##### Argon2PasswordEncoder #####

Argon2PasswordEncoder实现使用[Argon2][]算法对密码进行散列，Argon2是[密码哈希大赛][Link 1]的冠军。为了克服现代硬件上的密码破解，Argon2是一种需要大量内存的特意缓慢的算法。与其他自适应单向函数一样，应将其调整为大约1秒来验证系统上的密码。`Argon2PasswordEncoder`的当前实现需要BouncyCastle。  
*Example 10. Argon2PasswordEncoder*

// Create an encoder with all the defaults
    Argon2PasswordEncoder encoder = new Argon2PasswordEncoder();
    String result = encoder.encode("myPassword");
    assertTrue(encoder.matches("myPassword", result));

##### Pbkdf2PasswordEncoder #####

Pbkdf2PasswordEncoder实现使用[PBKDF2][PBKDF2 1]算法对密码进行散列。为了防止密码破解，PBKDF2是一种刻意缓慢的算法。与其他自适应单向函数一样，应将其调整为大约1秒来验证系统上的密码。当需要FIPS认证时，该算法是一个很好的选择。  
*Example 11. Pbkdf2PasswordEncoder*

// Create an encoder with all the defaults
    Pbkdf2PasswordEncoder encoder = new Pbkdf2PasswordEncoder();
    String result = encoder.encode("myPassword");
    assertTrue(encoder.matches("myPassword", result));

##### SCryptPasswordEncoder #####

SCryptPasswordEncoder实现使用[scrypt][scrypt 1]算法对密码进行散列。为了克服现代硬件上的密码破解，scrypt是一种需要大量内存的刻意缓慢的算法。与其他自适应单向函数一样，应将其调整为大约1秒来验证系统上的密码。  
*Example 12. SCryptPasswordEncoder*

// Create an encoder with all the defaults
    SCryptPasswordEncoder encoder = new SCryptPasswordEncoder();
    String result = encoder.encode("myPassword");
    assertTrue(encoder.matches("myPassword", result));

##### 其他PasswordEncoders #####

其他PasswordEncoder实现完全是为了向后兼容。它们都被弃用，以表明它们不再被认为是安全的。但是，由于难以迁移现有的遗留系统，因此没有删除它们的计划。

##### 密码存储配置 #####

Spring Security默认使用DelegatingPasswordEncoder，可以使用`PasswordEncoder`做为Spring bean来定制。如果您从Spring Security 4.2.x迁移，可以通过公开NoOpPasswordEncoder bean来使用以前的方式。

> ❗ 恢复到NoOpPasswordEncoder被认为是不安全的。相反，您应该迁移到使用DelegatingPasswordEncoder来支持安全密码编码。

*Example 13. NoOpPasswordEncoder*

@Bean
    public static PasswordEncoder passwordEncoder() {
        
        return NoOpPasswordEncoder.getInstance();
    }

> XML配置要求NoOpPasswordEncoder bean 的名字是passwordEncoder

##### 修改密码配置 #####

大多数允许用户指定密码的应用程序也需要更新密码的功能。  
[Well-Know URL][] 是一种密码修改机制。您可以配置Spring Security以提供此发现端点。例如，如果应用程序中的更改密码端点是/change password，则可以如下配置Spring Security：  
*Example 14. Default Change Password Endpoint*

http
        .passwordManagement(Customizer.withDefaults())

当密码管理器导航到/.well-known/change-password，Spring Security将重定向您的端点到/change-password。  
或者，如果您的端点不是/change-password，您也可以这样指定：

http
        .passwordManagement((management) -> management
            .changePasswordPage("/update-password")
        )

使用上述配置，当密码管理器导航到/.well-known/change-password，则Spring Security将重定向到/update-password。

[OAuth2]: https://itsaysay.blog.csdn.net/article/details/126204163
[Spring Security OAuth_Gitee]: https://itsaysay.blog.csdn.net/article/details/126210758
[Spring Security OAuth_GitHub]: https://itsaysay.blog.csdn.net/article/details/126208537
[Spring Security]: https://itsaysay.blog.csdn.net/article/details/126237129
[Spring Security OAuth Client]: https://itsaysay.blog.csdn.net/article/details/126296562
[Spring Security 1]: https://itsaysay.blog.csdn.net/article/details/126326208
[OAuth2AuthorizationRequestRedirectFilter]: https://itsaysay.blog.csdn.net/article/details/126354459
[Spring Security 2]: https://itsaysay.blog.csdn.net/article/details/126397563
[Spring Security 3]: https://itsaysay.blog.csdn.net/article/details/126446735
[Spring Security 4]: https://itsaysay.blog.csdn.net/article/details/126456539
[Rainbow Tables]: https://en.wikipedia.org/wiki/Rainbow_table
[bcrypt]: https://docs.spring.io/spring-security/reference/features/authentication/password-storage.html#authentication-password-storage-bcrypt
[PBKDF2]: https://docs.spring.io/spring-security/reference/features/authentication/password-storage.html#authentication-password-storage-pbkdf2
[scrypt]: https://docs.spring.io/spring-security/reference/features/authentication/password-storage.html#authentication-password-storage-scrypt
[argon2]: https://docs.spring.io/spring-security/reference/features/authentication/password-storage.html#authentication-password-storage-argon2
[Spring Boot CLI]: https://docs.spring.io/spring-boot/docs/current/reference/html/spring-boot-cli.html
[PasswordEncoderFactories]: https://docs.spring.io/spring-security/site/docs/5.0.x/api/org/springframework/security/crypto/factory/PasswordEncoderFactories.html
[Argon2]: https://en.wikipedia.org/wiki/Argon2
[Link 1]: https://en.wikipedia.org/wiki/Password_Hashing_Competition
[PBKDF2 1]: https://en.wikipedia.org/wiki/PBKDF2
[scrypt 1]: https://en.wikipedia.org/wiki/Scrypt
[Well-Know URL]: https://w3c.github.io/webappsec-change-password-url/