Spring Security PasswordEncoder 密码校验和密码加密流程

本文使用的源码是 Spring Security 5.1.2
http://central.maven.org/maven2/org/springframework/security/spring-security-core/5.1.2.RELEASE/spring-security-core-5.1.2.RELEASE-sources.jar

PasswordEncoder 使用

首先我们先来看看一个创建密码编码器工厂方法

org/springframework/security/crypto/factory/PasswordEncoderFactories.java

public static PasswordEncoder createDelegatingPasswordEncoder() {
    String encodingId = "bcrypt";
    Map<String, PasswordEncoder> encoders = new HashMap<>();
    encoders.put(encodingId, new BCryptPasswordEncoder());
    encoders.put("ldap", new org.springframework.security.crypto.password.LdapShaPasswordEncoder());
    encoders.put("MD4", new org.springframework.security.crypto.password.Md4PasswordEncoder());
    encoders.put("MD5", new org.springframework.security.crypto.password.MessageDigestPasswordEncoder("MD5"));
    encoders.put("noop", org.springframework.security.crypto.password.NoOpPasswordEncoder.getInstance());
    encoders.put("pbkdf2", new Pbkdf2PasswordEncoder());
    encoders.put("scrypt", new SCryptPasswordEncoder());
    encoders.put("SHA-1", new org.springframework.security.crypto.password.MessageDigestPasswordEncoder("SHA-1"));
    encoders.put("SHA-256", new org.springframework.security.crypto.password.MessageDigestPasswordEncoder("SHA-256"));
    encoders.put("sha256", new org.springframework.security.crypto.password.StandardPasswordEncoder());

    return new DelegatingPasswordEncoder(encodingId, encoders);
}

上述代码 encoders 的 Map 包含了很多种密码编码器，有 ldap 、MD4 、 MD5 、noop 、pbkdf2 、scrypt 、SHA-1 、SHA-256
上面静态工厂方法可以看出，默认是创建并返回一个 BCryptPasswordEncoder，同时该 BCryptPasswordEncoder（ PasswordEncoder 子类）也是 Spring Security 推荐的默认密码编码器，其中 noop 就是不做处理默认保存原密码。

一般我们代码中 @Autowired 注入并使用 PasswordEncoder 接口的实例，然后调用其 matches 方法去匹配原密码和数据库中保存的“密码”；密码的校验方式有多种，从 PasswordEncoder 接口实现的类是可以知道。

业务代码中注入 PasswordEncoder

@Autowired
private PasswordEncoder passwordEncoder;

科普一些基本知识

BCrypt 密码散列函数的概念介绍可以看一下维基百科或百度百科的内容（因为只是使用，暂时不需要对算法的了解和实现）

维基百科：BCrypt
百度百科：BCrypt

知识混淆点

加密/解密与 Hash 这两个概念不能混淆，比如：SHA 系列是 Hash 算法，不是加密算法，加密意味着可以解密，但是 Hash 是不可逆的（无法通过 Hash 值还原得到密码，只能比对 Hash 值看看是否相等）。

安全性问题

目前很大一部分存在安全问题的系统一般仅仅使用密码的 MD5 值进行保存，可以通过 MD5 查询库去匹配对大部分的密码（可以直接从彩虹表里反推出来），而且 MD5 计算 Hash 值碰撞容易构造，安全性大大降低。MD5 加盐在本地计算速度也是很快，也是密码短也是极其容易破解；更好的选择是 SHA-256、BCrypt 等等等

密码匹配流程的源码解释

本文简单说一下 BCryptPasswordEncoder 密码匹配的一个简单流程或者过程。

重点

如果是使用 BCryptPasswordEncoder 调用 encode() 方法编码输入密码的话，其实这个编码后的“密码”并不是我们平时输入的真正密码，而是密码加盐后的通过单向 Hash 算法（BCrypt）得到值。

这里面细心的同学可能会发现一些问题：

同一个密码计算 Hash 不应该是一样的吗？每次使用 BCryptPasswordEncoder 编码同一个密码都是不一样的？
BCryptPasswordEncoder 编码同一个密码后结果都不一样，怎么进行匹配？

下面通过源码简单说一下这个匹配的流程：
matches(CharSequence rawPassword, String encodedPassword) 方法根据两个参数都可以知道

第一个参数是原密码
第二个参数就是用 PasswordEncoder 调用 encode(CharSequence rawPassword) 编码过后保存在数据库的密码。

org/springframework/security/crypto/bcrypt/BCryptPasswordEncoder.java

public boolean matches(CharSequence rawPassword, String encodedPassword) {
    if (encodedPassword == null || encodedPassword.length() == 0) {
        logger.warn("Empty encoded password");
        return false;
    }

    if (!BCRYPT_PATTERN.matcher(encodedPassword).matches()) {
        logger.warn("Encoded password does not look like BCrypt");
        return false;
    }

    return BCrypt.checkpw(rawPassword.toString(), encodedPassword);
}

上述代码解读：首先判断是否数据库保存的“密码”（后面简称：“密码”）是否为空或者 null ，在通过正则表达式匹配“密码”是否符合格式，最后通过 BCrypt 的 checkpw(String plaintext, String hashed) 方法进行密码匹配

再详细看看 BCrypt 的 checkpw(String plaintext, String hashed) 方法：

org/springframework/security/crypto/bcrypt/BCrypt.java

public static boolean checkpw(String plaintext, String hashed) {
    return equalsNoEarlyReturn(hashed, hashpw(plaintext, hashed));
}

第二个参数 hashed 表明其实数据库查询出来的“密码”也就是 Hash 值；equalsNoEarlyReturn(hashed, hashpw(plaintext, hashed)) 代码中通过调用 hashpw 计算输入密码的 Hash 值（参数分别是输入的密码和保存在数据库的“密码”）

再继续看 hashpw 里面的部分代码（内容过长，省略部分代码，看看代码中的中文注释）：

org/springframework/security/crypto/bcrypt/BCrypt.java

public static String hashpw(String password, String salt) throws IllegalArgumentException {
    BCrypt B;
    String real_salt;
    byte passwordb[], saltb[], hashed[];
    char minor = (char) 0;
    int rounds, off = 0;
    StringBuilder rs = new StringBuilder();

    if (salt == null) {
        throw new IllegalArgumentException("salt cannot be null");
    }

    int saltLength = salt.length();

    if (saltLength < 28) {
        throw new IllegalArgumentException("Invalid salt");
    }

    if (salt.charAt(0) != '$' || salt.charAt(1) != '2') {
        throw new IllegalArgumentException("Invalid salt version");
    }
    if (salt.charAt(2) == '$') {
        off = 3;
    }
    else {
        minor = salt.charAt(2);
        if (minor != 'a' || salt.charAt(3) != '$') {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid salt revision");
        }
        off = 4;
    }

    if (saltLength - off < 25) {
        throw new IllegalArgumentException("Invalid salt");
    }

    // Extract number of rounds
    if (salt.charAt(off + 2) > '$') {
        throw new IllegalArgumentException("Missing salt rounds");
    }
    rounds = Integer.parseInt(salt.substring(off, off + 2));
    
    // 关键点：上面***一大堆就是校验是否符合相应格式，然后下面这行就是取出密码的盐，real_salt就是 Hash 计算前的密码盐（关于盐的介绍：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9B%90_(%E5%AF%86%E7%A0%81%E5%AD%A6)）
    
    real_salt = salt.substring(off + 3, off + 25);
    try {
        passwordb = (password + (minor >= 'a' ? "\000" : "")).getBytes("UTF-8");
    }
    catch (UnsupportedEncodingException uee) {
        throw new AssertionError("UTF-8 is not supported");
    }

    saltb = decode_base64(real_salt, BCRYPT_SALT_LEN);

    B = new BCrypt();
    hashed = B.crypt_raw(passwordb, saltb, rounds);

    rs.append("$2");
    if (minor >= 'a') {
        rs.append(minor);
    }
    rs.append("$");
    if (rounds < 10) {
        rs.append("0");
    }
    rs.append(rounds);
    rs.append("$");
    encode_base64(saltb, saltb.length, rs);
    encode_base64(hashed, bf_crypt_ciphertext.length * 4 - 1, rs);
    return rs.toString();
}

其实上面代码就是从数据库得到的“密码”（参数： salt ）进行一系列校验（长度校验等）并截取“密码”中相应的密码盐，利用这个密码盐进行同样的一系列计算 Hash 操作和 Base64 编码拼接一些标识符生成所谓的“密码”，最后 equalsNoEarlyReturn 方法对同一个密码盐生成的两个“密码”进行匹配。

上述大致就是密码匹配流程了，对于问题“ BCryptPasswordEncoder 编码同一个密码后结果都不一样，怎么进行匹配”的简单解答:

因为密码盐是随机生成的，但是可以根据数据库查询出来的“密码”拿到密码盐，同一个密码盐+原密码计算 Hash 结果值是能匹配的。

密码“加密”保存源码解释

看看加密的一个过程，

org/springframework/security/crypto/bcrypt/BCryptPasswordEncoder.java

public String encode(CharSequence rawPassword) {
    String salt;
    if (strength > 0) {
        if (random != null) {
            // 生成随机密码盐
            salt = BCrypt.gensalt(strength, random);
        }
        else {
            // 生成随机密码盐
            salt = BCrypt.gensalt(strength);
        }
    }
    else {
        // 生成随机密码盐
        salt = BCrypt.gensalt();
    }
    return BCrypt.hashpw(rawPassword.toString(), salt);
}

encode 方法传入是原密码，其中 int strength, SecureRandom random 这两个构造参数是 BCryptPasswordEncoder(int strength, SecureRandom random) 构造方法按需传入，如果不指定strength和random，默认执行 BCrypt.gensalt() 这行代码生成也相应密码随机盐。

先看看 gensalt(int log_rounds, SecureRandom random) 方法的代码（可以看看中文注释）:

org/springframework/security/crypto/bcrypt/BCrypt.java

public static String gensalt(int log_rounds, SecureRandom random) {
    // 一些检验
    if (log_rounds < MIN_LOG_ROUNDS || log_rounds > MAX_LOG_ROUNDS) {
        throw new IllegalArgumentException("Bad number of rounds");
    }
    StringBuilder rs = new StringBuilder();
    byte rnd[] = new byte[BCRYPT_SALT_LEN];

    // 生成随机字节并将其置于rnd字节数组
    random.nextBytes(rnd);

    rs.append("$2a$");
    if (log_rounds < 10) {
        // 不够长度补够
        rs.append("0");
    }
    // 拼接字符串得到相应的格式
    rs.append(log_rounds);
    rs.append("$");
    encode_base64(rnd, rnd.length, rs);
    return rs.toString();
}

最终上面的 gensalt 方法得到一个随机密码盐+无用字符串（这个字符串可以理解为你输入的密码）计算 Hash 操作和 Base64 编码拼接一些标识符生成假“密码”（这个假“密码”为了兼容方便调用 hashpw 方法），最后关键点就是调用 BCrypt.hashpw 方法取到密码盐生成相应的真实“密码”（这个得到的密码可以用于保存在数据库中了）。

对于问题“同一个密码计算 Hash 不应该是一样的吗？每次使用 BCryptPasswordEncoder 编码同一个密码都是不一样的？”的简单解答：

因为用到的随机密码盐每次都是不一样的，同一个密码和不同的密码盐组合计算出来的 Hash 值肯定不一样啦，所以编码同一个密码得到的结果都是不一样。

建议和想法

本文主要讲解一些安全性防护的思想，学习的过程思想很重要。

登录注册是每个系统都具备的功能，开发的同学记住一定不能保存明文密码，否则被脱库就会造成严重的后果。如果是通过上述的方法进行密码保存，即便拿到“密码”也非常难还原密码。

上述在密码编码的过程中的思想还是需要掌握：

只是保存散列码是不安全的，但是我们可以为密码加盐再通过一些 Hash 值低概率碰撞且计算速度慢的散列算法计算 Hash 值保存。
Spring Security 每次 Hash 之前用的盐都是随机，盐可以保存在最终生成的“密码”中，这样每个密码都是用了相应不同的随机盐+原密码计算 Hash 值得到，暴力破解难度也变大了。

Original url: Access
Created at: 2019-10-23 16:13:20
Category: default
Tags: none

未标明原创文章均为采集，版权归作者所有，转载无需和我联系，请注明原出处，南摩阿彌陀佛，知识，不只知道，要得到