[网络协议]HTTP的认证方式之DIGEST 认证（摘要认证）

核心步骤：
步骤 1： 请求需认证的资源时，服务器会随着状态码 401Authorization Required，返回带WWW-Authenticate 首部字段的响应。该字段内包含质问响应方式认证所需的临时质询码（随机数，nonce）。首部字段 WWW-Authenticate 内必须包含realm 和nonce 这两个字段的信息。客户端就是依靠向服务器回送这两个值进行认证的。nonce 是一种每次随返回的 401 响应生成的任意随机字符串。该字符串通常推荐由Base64 编码的十六进制数的组成形式，但实际内容依赖服务器的具体实现。
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步骤 2：接收到401状态码的客户端，返回的响应中包含 DIGEST 认证必须的首部字段 Authorization 信息。首部字段 Authorization 内必须包含 username、realm、nonce、uri 和response的字段信息。其中，realm 和 nonce 就是之前从服务器接收到的响应中的字段。
username是realm 限定范围内可进行认证的用户名。
uri（digest-uri）即Request-URI的值，但考虑到经代理转发后Request-URI的值可能被修改因此事先会复制一份副本保存在 uri内。
response 也可叫做 Request-Digest，存放经过 MD5 运算后的密码字符串，形成响应码。

步骤 3：接收到包含首部字段 Authorization 请求的服务器，会确认认证信息的正确性。认证通过后则返回包含 Request-URI 资源的响应。并且这时会在首部字段 Authentication-Info 写入一些认证成功的相关信息。不过我下面的例子没有去写这个Authentication-Info，而是直接返回的数据。因为我实在session里缓存的认证结果。
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校验 response 的算法 　　浏览器 Authorization 的内容举例：
Digest username="q", realm="test", nonce="T53sV+xXH3FrrER4YZwpFQ==", uri="/portal/applications",?
response="f80492644b0700b404f2fb3f4d62861e", qop=auth, nc=00000001, cnonce="25c980f9f95fd544"
其中 response 是根据如下算法计算得到：
response = MD5(MD5(username:realm:password):nonce:nc:cnonce:qop:MD5(<request-method>:url))

服务端代码（SpringBoot项目）：

自定义注解 RequireAuth

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

/**
 * 自定义注解 , 用于授权认证的拦截
 * 
 * @author LZHH
 *
 * 2022年10月11日
 */
// can be used to method
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface RequireAuth {
    
}

拦截器 RequireAuthInterceptor

import java.text.MessageFormat;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

import org.springframework.web.method.HandlerMethod;
import org.springframework.web.servlet.handler.HandlerInterceptorAdapter;

/**
 * 拦截器 RequireAuthInterceptor
 * @author LZHH
 *
 * 2022年10月11日
 */
public class RequireAuthInterceptor extends HandlerInterceptorAdapter {
    
    // 为了 测试Digest nc 值每次请求增加
    private int nc = 0;

    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest req, HttpServletResponse res, Object handler) throws Exception {
        // 请求目标为 method of controller，需要进行验证
        if (handler instanceof HandlerMethod) {
            HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) handler;
            Object object = handlerMethod.getMethodAnnotation(RequireAuth.class);

            /* 方法没有 @RequireAuth 注解， 放行 */
            if (object == null) {
                return true; // 放行
            }

            /* 方法有 @RequireAuth 注解，需要拦截校验 */
            // 没有 Authorization 请求头，或者 Authorization 认证信息验证不通过，拦截
            if (!isAuth(req, res)) {
                // 验证不通过，拦截
                return false;
            }

            // 验证通过，放行
            return true;
        }

        // 请求目标不是 mehod of controller, 放行
        return true;
    }

    private boolean isAuth(HttpServletRequest req, HttpServletResponse res) {
        String authStr = req.getHeader("Authorization");
        System.out.println("请求 Authorization 的内容：" + authStr);
        if (authStr == null || authStr.length() <= 7) {
            // 没有 Authorization 请求头，开启质询
            return challenge(res);
        }

        DigestAuthInfo authObject = DigestUtils.getAuthInfoObject(authStr);
        // System.out.println(authObject);

        /*
         * 生成 response 的算法：
         *  response = MD5(MD5(username:realm:password):nonce:nc:cnonce:qop:MD5(<request-method>:url))
         */
        // 这里密码固定为 123456, 实际应用需要根据用户名查询数据库或缓存获得
        String HA1 = DigestUtils.MD5(authObject.getUsername() + ":" + authObject.getRealm() + ":123456");
        String HD = String.format(authObject.getNonce() + ":" + authObject.getNc() + ":" + authObject.getCnonce() + ":"
                + authObject.getQop());
        String HA2 = DigestUtils.MD5(req.getMethod() + ":" + authObject.getUri());
        String responseValid = DigestUtils.MD5(HA1 + ":" + HD + ":" + HA2);

        // 如果 Authorization 中的 response（浏览器生成的） 与期望的 response（服务器计算的） 相同，则验证通过
        System.out.println("Authorization 中的 response: " + authObject.getResponse());
        System.out.println("期望的 response: " + responseValid);
        if (responseValid.equals(authObject.getResponse())) {
            /* 判断 nc 的值，用来防重放攻击 */
            // 判断此次请求的 Authorization 请求头里面的 nc 值是否大于之前保存的 nc 值
            // 大于，替换旧值，然后 return true
            // 否则，return false
            
            // 测试代码 start
            int newNc = Integer.parseInt(authObject.getNc(), 16);
            System.out.println("old nc: " + this.nc + ", new nc: " + newNc);
            if (newNc > this.nc) {
                this.nc = newNc;
                return true;
            }
            return false;
            // 测试代码 end
        }

        // 验证不通过，重复质询
        return challenge(res);
    }

    /**
     * 质询：返回状态码 401 和 WWW-Authenticate 响应头
     * 
     * @param res 返回false，则表示拦截器拦截请求
     */
    private boolean challenge(HttpServletResponse res) {
        // 质询前，重置或删除保存的与该用户关联的 nc 值（nc：nonce计数器，是一个16进制的数值，表示同一nonce下客户端发送出请求的数量）
        // 将 nc 置为初始值 0， 这里代码省略
        
        // 测试代码 start
        this.nc = 0;
        // 测试代码 end
        
        res.setStatus(401);
        String str = MessageFormat.format("Digest realm={0},nonce={1},qop={2}", "\"no auth\"",
                "\"" + DigestUtils.generateToken() + "\"", "\"auth\"");
        res.addHeader("WWW-Authenticate", str);
        return false;
    }

}

注册拦截器 WebConfig

import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.InterceptorRegistry;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.WebMvcConfigurer;

/**
 * 注册拦截器 WebConfig
 * @author LZHH
 *
 * 2022年10月11日
 */
@Configuration
public class WebConfig implements WebMvcConfigurer {

    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        RequireAuthInterceptor requireAuthInterceptor = new RequireAuthInterceptor();
        registry.addInterceptor(requireAuthInterceptor);
    }
    
}

　　DIGEST认证信息model类 DigestAuthInfo

/**
 * DIGEST认证信息model类 DigestAuthInfo
 * @author LZHH
 *
 * 2022年10月11日
 */
public class DigestAuthInfo {
    private String username;
    private String realm;
    private String nonce;
    private String uri;
    private String response;
    private String qop;
    private String nc;
    public String cnonce;
    
    public String getUsername() {
        return username;
    }
    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }
    public String getRealm() {
        return realm;
    }
    public void setRealm(String realm) {
        this.realm = realm;
    }
    public String getNonce() {
        return nonce;
    }
    public void setNonce(String nonce) {
        this.nonce = nonce;
    }
    public String getUri() {
        return uri;
    }
    public void setUri(String uri) {
        this.uri = uri;
    }
    public String getResponse() {
        return response;
    }
    public void setResponse(String response) {
        this.response = response;
    }
    public String getQop() {
        return qop;
    }
    public void setQop(String qop) {
        this.qop = qop;
    }
    public String getNc() {
        return nc;
    }
    public void setNc(String nc) {
        this.nc = nc;
    }
    public String getCnonce() {
        return cnonce;
    }
    public void setCnonce(String cnonce) {
        this.cnonce = cnonce;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "DigestAuthInfo [username=" + username + ", realm=" + realm + ", nonce=" + nonce + ", uri=" + uri
                + ", response=" + response + ", qop=" + qop + ", nc=" + nc + ", cnonce=" + cnonce + "]";
    }
    
}

DIGEST认证的工具类 DigestUtils

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Base64;
import java.util.Random;

import org.junit.Test;

/**
 * DIGEST认证的工具类 DigestUtils
 * @author LZHH
 *
 * 2022年10月11日
 */
public class DigestUtils {

    /**
     * 根据当前时间戳生成一个随机字符串
     * @return
     */
    public static String generateToken() {
        String s = String.valueOf(System.currentTimeMillis() + new Random().nextInt());

        try {
            MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance("md5");
            byte[] digest = messageDigest.digest(s.getBytes());

            return Base64.getEncoder().encodeToString(digest);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            throw new RuntimeException();
        }
    }

    @Test
    public void testGenerateToken() {
        // heL2WICEml8/UGfAQsS9mQ==
        System.out.println(generateToken());
    }

    public static String MD5(String inStr) {
        MessageDigest md5 = null;

        try {
            md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.toString());
            e.printStackTrace();
            return "";
        }

        char[] charArray = inStr.toCharArray();
        byte[] byteArray = new byte[charArray.length];

        for (int i = 0; i < charArray.length; i++) {
            byteArray[i] = (byte) charArray[i];
        }

        byte[] md5Bytes = md5.digest(byteArray);
        StringBuffer hexValue = new StringBuffer();

        for (int i = 0; i < md5Bytes.length; i++) {
            int val = ((int) md5Bytes[i]) & 0xff;
            if (val < 16)
                hexValue.append("0");
            hexValue.append(Integer.toHexString(val));
        }

        return hexValue.toString();
    }
    
    /**
     * 该方法用于将 Authorization 请求头的内容封装成一个对象。
     * 
     * Authorization 请求头的内容为：
     *     Digest username="aaa", realm="no auth", nonce="b2b74be03ff44e1884ba0645bb961b53",
     *     uri="/BootDemo/login", response="90aff948e6f2207d69ecedc5d39f6192", qop=auth,
     *     nc=00000002, cnonce="eb73c2c68543faaa"
     */
    public static DigestAuthInfo getAuthInfoObject(String authStr) {
        if (authStr == null || authStr.length() <= 7)
            return null;

        if (authStr.toLowerCase().indexOf("digest") >= 0) {
            // 截掉前缀 Digest
            authStr = authStr.substring(6);
        }

        // 将双引号去掉
        authStr = authStr.replaceAll("\"", "");

        DigestAuthInfo digestAuthObject = new DigestAuthInfo();
        String[] authArray = new String[8];
        authArray = authStr.split(",");
        // System.out.println(java.util.Arrays.toString(authArray));

        for (int i = 0, len = authArray.length; i < len; i++) {
            String auth = authArray[i];
            String key = auth.substring(0, auth.indexOf("=")).trim();
            String value = auth.substring(auth.indexOf("=") + 1).trim();
            switch (key) {
                case "username":
                    digestAuthObject.setUsername(value);
                    break;
                case "realm":
                    digestAuthObject.setRealm(value);
                    break;
                case "nonce":
                    digestAuthObject.setNonce(value);
                    break;
                case "uri":
                    digestAuthObject.setUri(value);
                    break;
                case "response":
                    digestAuthObject.setResponse(value);
                    break;
                case "qop":
                    digestAuthObject.setQop(value);
                    break;
                case "nc":
                    digestAuthObject.setNc(value);
                    break;
                case "cnonce":
                    digestAuthObject.setCnonce(value);
                    break;
            }
        }
        return digestAuthObject;
    }
    
}

　测试接口类 loginController

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;

@Controller
public class LoginController {


    @RequireAuth
    @RequestMapping("/login")
    @ResponseBody
    public String login(HttpServletRequest req, HttpServletResponse res) {
        return "{code: 0, data: {username:\"test\"}}";
    }

    @RequireAuth
    @RequestMapping("/index")
    @ResponseBody
    public String index(HttpServletRequest req, HttpServletResponse res) {
        return "{code: 0, data: {xxx:\"xxx\"}}";
    }
    
    @RequestMapping("/index2")
    @ResponseBody
    public String index2(HttpServletRequest req, HttpServletResponse res) {
        return "{code: 0, data: {666:\"666\"}}";
    }
}

浏览器测试：

输入用户名和密码123456

客户端接口测试

import org.apache.http.HttpResponse;
import org.apache.http.auth.AuthScope;
import org.apache.http.auth.UsernamePasswordCredentials;
import org.apache.http.client.CredentialsProvider;
import org.apache.http.client.methods.HttpPost;
import org.apache.http.entity.StringEntity;
import org.apache.http.impl.client.BasicCredentialsProvider;
import org.apache.http.impl.client.CloseableHttpClient;
import org.apache.http.impl.client.HttpClients;
import org.apache.http.util.EntityUtils;

import java.io.IOException;
import java.net.URI;

/**
 * HTTP摘要认证
 *
 **/
public class HttpDigestClientUtil {

    public static String httpSendRequest(String url, String userName, String passWord, String param, String headValue) {
        CloseableHttpClient httpClient = null;
        String result = null;
        try {
            URI serverURI = new URI(url);

            CredentialsProvider credsProvider = new BasicCredentialsProvider();
            credsProvider.setCredentials(new AuthScope(serverURI.getHost(), serverURI.getPort()),
                    new UsernamePasswordCredentials(userName, passWord));
            httpClient = HttpClients.custom().setDefaultCredentialsProvider(credsProvider).build();

            HttpPost post = new HttpPost(url);

            // 构造消息头
            post.setHeader("Content-type", "application/json; charset=utf-8");
            if (headValue != null)
                post.setHeader("User-Identify", headValue);
            post.setEntity(new StringEntity(param, "UTF-8"));// JSON 参数
            HttpResponse response = httpClient.execute(post);
            result = EntityUtils.toString(response.getEntity());
            System.out.println("######返回的结果："+ result);
            System.out.println("######返回的状态和类型:"+ response.getStatusLine().getStatusCode()+";"+response.getEntity().getContentType());
            EntityUtils.consume(response.getEntity());

            httpClient.close();

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (httpClient != null) {
                try {
                    httpClient.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        return result;
    }

}

直接调用接口：

public class HttpDigestClientTest {

	public static void main(String[] args) {
		
		
		String result = HttpDigestClientUtil.httpSendRequest("http://localhost:8080/login","aaa","123456","111","66666666666666");
		System.out.println("6666666666666");
		System.out.println(result);

	}
}

结果：

通过接口调用只请求一次，其实是httpClient架包里面有判断，发现接口返回401,需要认证的时候，会再次加上摘要再次请求接口。

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参考：HTTP的几种认证方式之DIGEST 认证（摘要认证） - wenbin_ouyang - 博客园