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[ASP.net教程]第五章 编码/加密——《跟我学Shiro》


在涉及到密码存储问题上,应该加密/生成密码摘要存储,而不是存储明文密码。比如之前的600w csdn账号泄露对用户可能造成很大损失,因此应加密/生成不可逆的摘要方式存储。

 

5.1 编码/解码 

Shiro提供了base64和16进制字符串编码/解码的API支持,方便一些编码解码操作。Shiro内部的一些数据的存储/表示都使用了base64和16进制字符串。

Java代码  

  1. String str = "hello";  
  2. String base64Encoded = Base64.encodeToString(str.getBytes());  
  3. String str2 = Base64.decodeToString(base64Encoded);  
  4. Assert.assertEquals(str, str2);   

通过如上方式可以进行base64编码/解码操作,更多API请参考其Javadoc。

Java代码  

  1. String str = "hello";  
  2. String base64Encoded = Hex.encodeToString(str.getBytes());  
  3. String str2 = new String(Hex.decode(base64Encoded.getBytes()));  
  4. Assert.assertEquals(str, str2);   

通过如上方式可以进行16进制字符串编码/解码操作,更多API请参考其Javadoc。

 

还有一个可能经常用到的类CodecSupport,提供了toBytes(str, "utf-8") / toString(bytes, "utf-8")用于在byte数组/String之间转换。

 

5.2 散列算法

散列算法一般用于生成数据的摘要信息,是一种不可逆的算法,一般适合存储密码之类的数据,常见的散列算法如MD5、SHA等。一般进行散列时最好提供一个salt(盐),比如加密密码“admin”,产生的散列值是“21232f297a57a5a743894a0e4a801fc3”,可以到一些md5解密网站很容易的通过散列值得到密码“admin”,即如果直接对密码进行散列相对来说破解更容易,此时我们可以加一些只有系统知道的干扰数据,如用户名和ID(即盐);这样散列的对象是“密码+用户名+ID”,这样生成的散列值相对来说更难破解。

Java代码  

  1. String str = "hello";  
  2. String salt = "123";  
  3. String md5 = new Md5Hash(str, salt).toString();//还可以转换为 toBase64()/toHex()   

如上代码通过盐“123”MD5散列“hello”。另外散列时还可以指定散列次数,如2次表示:md5(md5(str)):“new Md5Hash(str, salt, 2).toString()”。

  

Java代码  

  1. String str = "hello";  
  2. String salt = "123";  
  3. String sha1 = new Sha256Hash(str, salt).toString();   

使用SHA256算法生成相应的散列数据,另外还有如SHA1、SHA512算法。     

 

Shiro还提供了通用的散列支持:

Java代码  

  1. String str = "hello";  
  2. String salt = "123";  
  3. //内部使用MessageDigest  
  4. String simpleHash = new SimpleHash("SHA-1", str, salt).toString();   

通过调用SimpleHash时指定散列算法,其内部使用了Java的MessageDigest实现。

 

为了方便使用,Shiro提供了HashService,默认提供了DefaultHashService实现。

Java代码  

  1. DefaultHashService hashService = new DefaultHashService(); //默认算法SHA-512  
  2. hashService.setHashAlgorithmName("SHA-512");  
  3. hashService.setPrivateSalt(new SimpleByteSource("123")); //私盐,默认无  
  4. hashService.setGeneratePublicSalt(true);//是否生成公盐,默认false  
  5. hashService.setRandomNumberGenerator(new SecureRandomNumberGenerator());//用于生成公盐。默认就这个  
  6. hashService.setHashIterations(1); //生成Hash值的迭代次数  
  7.   
  8. HashRequest request = new HashRequest.Builder()  
  9.             .setAlgorithmName("MD5").setSource(ByteSource.Util.bytes("hello"))  
  10.             .setSalt(ByteSource.Util.bytes("123")).setIterations(2).build();  
  11. String hex = hashService.computeHash(request).toHex();   

1、首先创建一个DefaultHashService,默认使用SHA-512算法;

2、可以通过hashAlgorithmName属性修改算法;

3、可以通过privateSalt设置一个私盐,其在散列时自动与用户传入的公盐混合产生一个新盐;

4、可以通过generatePublicSalt属性在用户没有传入公盐的情况下是否生成公盐;

5、可以设置randomNumberGenerator用于生成公盐;

6、可以设置hashIterations属性来修改默认加密迭代次数;

7、需要构建一个HashRequest,传入算法、数据、公盐、迭代次数。

 

SecureRandomNumberGenerator用于生成一个随机数:

Java代码  

  1. SecureRandomNumberGenerator randomNumberGenerator =  
  2.      new SecureRandomNumberGenerator();  
  3. randomNumberGenerator.setSeed("123".getBytes());  
  4. String hex = randomNumberGenerator.nextBytes().toHex();   

 

5.3 加密/解密

Shiro还提供对称式加密/解密算法的支持,如AES、Blowfish等;当前还没有提供对非对称加密/解密算法支持,未来版本可能提供。

 

AES算法实现:

Java代码  

  1. AesCipherService aesCipherService = new AesCipherService();  
  2. aesCipherService.setKeySize(128); //设置key长度  
  3. //生成key  
  4. Key key = aesCipherService.generateNewKey();  
  5. String text = "hello";  
  6. //加密  
  7. String encrptText =   
  8. aesCipherService.encrypt(text.getBytes(), key.getEncoded()).toHex();  
  9. //解密  
  10. String text2 =  
  11.  new String(aesCipherService.decrypt(Hex.decode(encrptText), key.getEncoded()).getBytes());  
  12.   
  13. Assert.assertEquals(text, text2);   

更多算法请参考示例com.github.zhangkaitao.shiro.chapter5.hash.CodecAndCryptoTest。

 

5.4 PasswordService/CredentialsMatcher

Shiro提供了PasswordService及CredentialsMatcher用于提供加密密码及验证密码服务。

Java代码  

  1. public interface PasswordService {  
  2.     //输入明文密码得到密文密码  
  3.     String encryptPassword(Object plaintextPassword) throws IllegalArgumentException;  
  4. }  

Java代码  

  1. public interface CredentialsMatcher {  
  2.     //匹配用户输入的token的凭证(未加密)与系统提供的凭证(已加密)  
  3.     boolean doCredentialsMatch(AuthenticationToken token, AuthenticationInfo info);  
  4. }   

Shiro默认提供了PasswordService实现DefaultPasswordService;CredentialsMatcher实现PasswordMatcher及HashedCredentialsMatcher(更强大)。

 

DefaultPasswordService配合PasswordMatcher实现简单的密码加密与验证服务

1、定义Realm(com.github.zhangkaitao.shiro.chapter5.hash.realm.MyRealm)

Java代码  

  1. public class MyRealm extends AuthorizingRealm {  
  2.     private PasswordService passwordService;  
  3.     public void setPasswordService(PasswordService passwordService) {  
  4.         this.passwordService = passwordService;  
  5.     }  
  6.      //省略doGetAuthorizationInfo,具体看代码   
  7.     @Override  
  8.     protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {  
  9.         return new SimpleAuthenticationInfo(  
  10.                 "wu",  
  11.                 passwordService.encryptPassword("123"),  
  12.                 getName());  
  13.     }  
  14. }   

为了方便,直接注入一个passwordService来加密密码,实际使用时需要在Service层使用passwordService加密密码并存到数据库。

 

2、ini配置(shiro-passwordservice.ini)

Java代码  

  1. [main]  
  2. passwordService=org.apache.shiro.authc.credential.DefaultPasswordService  
  3. hashService=org.apache.shiro.crypto.hash.DefaultHashService  
  4. passwordService.hashService=$hashService  
  5. hashFormat=org.apache.shiro.crypto.hash.format.Shiro1CryptFormat  
  6. passwordService.hashFormat=$hashFormat  
  7. hashFormatFactory=org.apache.shiro.crypto.hash.format.DefaultHashFormatFactory  
  8. passwordService.hashFormatFactory=$hashFormatFactory  
  9.   
  10. passwordMatcher=org.apache.shiro.authc.credential.PasswordMatcher  
  11. passwordMatcher.passwordService=$passwordService  
  12.   
  13. myRealm=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter5.hash.realm.MyRealm  
  14. myRealm.passwordService=$passwordService  
  15. myRealm.credentialsMatcher=$passwordMatcher  
  16. securityManager.realms=$myRealm   

2.1、passwordService使用DefaultPasswordService,如果有必要也可以自定义;

2.2、hashService定义散列密码使用的HashService,默认使用DefaultHashService(默认SHA-256算法);

2.3、hashFormat用于对散列出的值进行格式化,默认使用Shiro1CryptFormat,另外提供了Base64Format和HexFormat,对于有salt的密码请自定义实现ParsableHashFormat然后把salt格式化到散列值中;

2.4、hashFormatFactory用于根据散列值得到散列的密码和salt;因为如果使用如SHA算法,那么会生成一个salt,此salt需要保存到散列后的值中以便之后与传入的密码比较时使用;默认使用DefaultHashFormatFactory;

2.5、passwordMatcher使用PasswordMatcher,其是一个CredentialsMatcher实现;

2.6、将credentialsMatcher赋值给myRealm,myRealm间接继承了AuthenticatingRealm,其在调用getAuthenticationInfo方法获取到AuthenticationInfo信息后,会使用credentialsMatcher来验证凭据是否匹配,如果不匹配将抛出IncorrectCredentialsException异常。

 

3、测试用例请参考com.github.zhangkaitao.shiro.chapter5.hash.PasswordTest。

 

另外可以参考配置shiro-jdbc-passwordservice.ini,提供了JdbcRealm的测试用例,测试前请先调用sql/shiro-init-data.sql初始化用户数据。

 

如上方式的缺点是:salt保存在散列值中;没有实现如密码重试次数限制。

 

HashedCredentialsMatcher实现密码验证服务

Shiro提供了CredentialsMatcher的散列实现HashedCredentialsMatcher,和之前的PasswordMatcher不同的是,它只用于密码验证,且可以提供自己的盐,而不是随机生成盐,且生成密码散列值的算法需要自己写,因为能提供自己的盐。

 

1、生成密码散列值

此处我们使用MD5算法,“密码+盐(用户名+随机数)”的方式生成散列值:

Java代码  

  1. String algorithmName = "md5";  
  2. String username = "liu";  
  3. String password = "123";  
  4. String salt1 = username;  
  5. String salt2 = new SecureRandomNumberGenerator().nextBytes().toHex();  
  6. int hashIterations = 2;  
  7.   
  8. SimpleHash hash = new SimpleHash(algorithmName, password, salt1 + salt2, hashIterations);  
  9. String encodedPassword = hash.toHex();   

如果要写用户模块,需要在新增用户/重置密码时使用如上算法保存密码,将生成的密码及salt2存入数据库(因为我们的散列算法是:md5(md5(密码+username+salt2)))。

 

2、生成Realm(com.github.zhangkaitao.shiro.chapter5.hash.realm.MyRealm2)

Java代码  

  1. protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {  
  2.     String username = "liu"; //用户名及salt1  
  3.     String password = "202cb962ac59075b964b07152d234b70"; //加密后的密码  
  4.     String salt2 = "202cb962ac59075b964b07152d234b70";  
  5. SimpleAuthenticationInfo ai =   
  6.         new SimpleAuthenticationInfo(username, password, getName());  
  7.     ai.setCredentialsSalt(ByteSource.Util.bytes(username+salt2)); //盐是用户名+随机数  
  8.         return ai;  
  9. }   

此处就是把步骤1中生成的相应数据组装为SimpleAuthenticationInfo,通过SimpleAuthenticationInfo的credentialsSalt设置盐,HashedCredentialsMatcher会自动识别这个盐。

 

如果使用JdbcRealm,需要修改获取用户信息(包括盐)的sql:“select password, password_salt from users where username = ?”,而我们的盐是由username+password_salt组成,所以需要通过如下ini配置(shiro-jdbc-hashedCredentialsMatcher.ini)修改:

Java代码  

  1. jdbcRealm.saltStyle=COLUMN  
  2. jdbcRealm.authenticationQuery=select password, concat(username,password_salt) from users where username = ?  
  3. jdbcRealm.credentialsMatcher=$credentialsMatcher   

1、saltStyle表示使用密码+盐的机制,authenticationQuery第一列是密码,第二列是盐;

2、通过authenticationQuery指定密码及盐查询SQL;

 

此处还要注意Shiro默认使用了apache commons BeanUtils,默认是不进行Enum类型转型的,此时需要自己注册一个Enum转换器“BeanUtilsBean.getInstance().getConvertUtils().register(new EnumConverter(), JdbcRealm.SaltStyle.class);”具体请参考示例“com.github.zhangkaitao.shiro.chapter5.hash.PasswordTest”中的代码。

 

另外可以参考配置shiro-jdbc-passwordservice.ini,提供了JdbcRealm的测试用例,测试前请先调用sql/shiro-init-data.sql初始化用户数据。

 

3、ini配置(shiro-hashedCredentialsMatcher.ini)

Java代码  

  1. [main]  
  2. credentialsMatcher=org.apache.shiro.authc.credential.HashedCredentialsMatcher  
  3. credentialsMatcher.hashAlgorithmName=md5  
  4. credentialsMatcher.hashIterations=2  
  5. credentialsMatcher.storedCredentialsHexEncoded=true  
  6. myRealm=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter5.hash.realm.MyRealm2  
  7. myRealm.credentialsMatcher=$credentialsMatcher  
  8. securityManager.realms=$myRealm   

1、通过credentialsMatcher.hashAlgorithmName=md5指定散列算法为md5,需要和生成密码时的一样;

2、credentialsMatcher.hashIterations=2,散列迭代次数,需要和生成密码时的意义;

3、credentialsMatcher.storedCredentialsHexEncoded=true表示是否存储散列后的密码为16进制,需要和生成密码时的一样,默认是base64;

 

此处最需要注意的就是HashedCredentialsMatcher的算法需要和生成密码时的算法一样。另外HashedCredentialsMatcher会自动根据AuthenticationInfo的类型是否是SaltedAuthenticationInfo来获取credentialsSalt盐。

 

4、测试用例请参考com.github.zhangkaitao.shiro.chapter5.hash.PasswordTest。

 

密码重试次数限制

如在1个小时内密码最多重试5次,如果尝试次数超过5次就锁定1小时,1小时后可再次重试,如果还是重试失败,可以锁定如1天,以此类推,防止密码被暴力破解。我们通过继承HashedCredentialsMatcher,且使用Ehcache记录重试次数和超时时间。

 

com.github.zhangkaitao.shiro.chapter5.hash.credentials.RetryLimitHashedCredentialsMatcher:

Java代码  

  1. public boolean doCredentialsMatch(AuthenticationToken token, AuthenticationInfo info) {  
  2.        String username = (String)token.getPrincipal();  
  3.         //retry count + 1  
  4.         Element element = passwordRetryCache.get(username);  
  5.         if(element == null) {  
  6.             element = new Element(username , new AtomicInteger(0));  
  7.             passwordRetryCache.put(element);  
  8.         }  
  9.         AtomicInteger retryCount = (AtomicInteger)element.getObjectValue();  
  10.         if(retryCount.incrementAndGet() > 5) {  
  11.             //if retry count > 5 throw  
  12.             throw new ExcessiveAttemptsException();  
  13.         }  
  14.   
  15.         boolean matches = super.doCredentialsMatch(token, info);  
  16.         if(matches) {  
  17.             //clear retry count  
  18.             passwordRetryCache.remove(username);  
  19.         }  
  20.         return matches;  
  21. }   

如上代码逻辑比较简单,即如果密码输入正确清除cache中的记录;否则cache中的重试次数+1,如果超出5次那么抛出异常表示超出重试次数了。

 

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