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Java Spring Boot 项目中的密码加密与验证开发案例手册

news 来源：原创 2024/9/21 5:49:17

本手册主要针对Java项目中的账号密码加密与验证进行详细的步骤讲解和代码示例。适用于开发登录认证、用户管理等功能的场景。文档包含工具类的创建、数据库配置、服务层和控制器层的集成等常见操作。

1. 常用加密操作

在实现安全的登录功能时，密码加密与验证是不可或缺的一部分。常用的加密流程如下：

1.1 密码加密

在用户注册或修改密码时，应该对密码进行加密。常用的加密方法有：

MD5：已不建议使用，因为安全性不足。
SHA-256：推荐使用，安全性较好。
加盐：为了增加安全性，加密时应生成并使用一个随机的“盐值”。

加盐加密步骤：

生成随机的盐值。
将盐值与密码组合，生成哈希。
将哈希值和盐值存储到数据库中。

1.2 盐值生成

为了确保每个用户的密码加密结果唯一，使用随机盐值非常重要。通过 SecureRandom 类可以生成高质量的随机盐值。

public static String generateSalt() {byte[] salt = new byte[16];new SecureRandom().nextBytes(salt);return Base64.getEncoder().encodeToString(salt);
}

1.3 加密密码的存储与验证

存储时不直接保存用户密码，而是保存加密后的哈希值和对应的盐值。在用户登录时，使用存储的盐值对用户输入的密码进行加密，然后比对哈希值。

2. 系统结构与配置

2.1 项目结构概述

假设项目使用Spring Boot框架（lombok），项目的基本结构如下：

├─src
│  ├─main
│  │  ├─java
│  │  │  └─com
│  │  │      └─company
│  │  │          └─erp
│  │  │              ├─config
│  │  │              ├─constant
│  │  │              ├─dto
│  │  │              ├─entity
│  │  │              ├─mapper
│  │  │              ├─service
│  │  │              ├─util
│  │  │              └─web

2.2 数据库设计

为实现密码加密功能，需要修改数据库表结构，保存哈希后的密码和对应的盐值。
示例数据库表结构如下：

CREATE TABLE emp (id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,username VARCHAR(255) NOT NULL UNIQUE,password_hash VARCHAR(255) NOT NULL,salt VARCHAR(255) NOT NULL
);

3. 代码实现

3.1 工具类 `PasswordUtils`

加密和验证密码的工具类，包含生成盐值、加密密码和验证密码的方法。

public class PasswordUtils {// 生成随机盐值public static String generateSalt() {byte[] salt = new byte[16];new SecureRandom().nextBytes(salt);return Base64.getEncoder().encodeToString(salt);}// 使用盐值对密码进行哈希处理public static String hashPassword(String password, String salt) throws NoSuchAlgorithmException {MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-256");md.update(Base64.getDecoder().decode(salt));byte[] hashedPassword = md.digest(password.getBytes());return Base64.getEncoder().encodeToString(hashedPassword);}// 验证密码是否匹配public static boolean verifyPassword(String password, String salt, String storedHash) throws NoSuchAlgorithmException {String hash = hashPassword(password, salt);return hash.equals(storedHash);}
}

3.2 实体类 `Emp`

实体类代表数据库中的用户信息，需要包含加密后的密码和盐值。

@Data
public class Emp {private Integer id;private String username;private String passwordHash; // 存储加密后的密码private String salt; // 存储盐值
}

3.3 数据访问层 `EmpMapper`

通过 EmpMapper 进行数据库操作。它负责将用户信息插入数据库以及根据用户名查找用户信息。

public interface EmpMapper {@Insert("INSERT INTO emp (username, password_hash, salt) VALUES (#{username}, #{passwordHash}, #{salt})")void insert(Emp emp);@Select("SELECT * FROM emp WHERE username = #{username}")Emp findByUsername(String username);
}

3.4 服务层 `EmpService` 和 `EmpServiceImpl`

服务层负责处理用户注册和登录的业务逻辑，使用 PasswordUtils 工具类对密码进行加密和验证。

@Service
public class EmpServiceImpl implements EmpService {@Autowiredprivate EmpMapper empMapper;@Overridepublic void registerUser(String username, String password) {String salt = PasswordUtils.generateSalt();try {String hashedPassword = PasswordUtils.hashPassword(password, salt);Emp emp = new Emp();emp.setUsername(username);emp.setPasswordHash(hashedPassword);emp.setSalt(salt);empMapper.insert(emp);} catch (NoSuchAlgorithmException e) {throw new RuntimeException("Error while hashing password", e);}}@Overridepublic boolean authenticateUser(String username, String password) {Emp emp = empMapper.findByUsername(username);if (emp == null) {return false;}try {return PasswordUtils.verifyPassword(password, emp.getSalt(), emp.getPasswordHash());} catch (NoSuchAlgorithmException e) {throw new RuntimeException("Error while verifying password", e);}}
}

3.5 控制器层 `LoginController`

控制器层负责接收前端的登录和注册请求，并调用服务层进行用户验证。

@RestController
@RequestMapping("/v2")
public class LoginController {@Autowiredprivate EmpService empService;@PostMapping("/login")public String login(@RequestParam String username, @RequestParam String password) {boolean isAuthenticated = empService.authenticateUser(username, password);return isAuthenticated ? "Login successful" : "Invalid credentials";}@PostMapping("/register")public String register(@RequestParam String username, @RequestParam String password) {empService.registerUser(username, password);return "User registered successfully";}
}

4. 最佳实践与安全建议

加盐加密：确保密码在加密过程中使用随机生成的盐值，使得相同的密码不会产生相同的加密结果。
算法选择：推荐使用 SHA-256 或更高强度的算法进行加密。
HTTPS：在传输过程中使用 HTTPS 确保密码安全。
限制登录尝试：为防止暴力破解，限制登录失败的尝试次数。
使用更高的加密标准：如有需要，可以使用 PBKDF2、bcrypt 或 Argon2 等算法。

5. 完整案例

综合上面的手册内容，这里是一个用户注册和登录的完整流程：

用户通过前端界面输入用户名和密码。
后端在用户注册时，使用 PasswordUtils.generateSalt() 生成盐值，并使用 hashPassword() 方法对密码进行加密，然后将加密后的密码和盐值存储到数据库中。
用户登录时，系统从数据库中查找对应的盐值，使用 verifyPassword() 方法验证用户输入的密码是否匹配。

此流程确保了用户密码的安全性，并能够防止常见的攻击手段，如彩虹表攻击。