深入Django：用户认证与权限控制实战指南

title: 深入Django：用户认证与权限控制实战指南
date: 2024/5/7 18:50:33
updated: 2024/5/7 18:50:33
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• 后端开发

tags:

• Auth
• Decorators
• Permissions
• Guardian
• RESTAuth
• SessionMgmt
• MFA

第1章：入门Django与设置

1.1 Django安装与环境配置

在开始使用Django之前，需要确保已经安装了Python环境。在安装好Python后，可以使用以下命令安装Django：

pip install Django

确保已安装Django后，可以使用以下命令检查版本：

django-admin --version

1.2 创建第一个Django项目和应用

创建一个新的Django项目：

django-admin startproject myproject

进入项目目录：

cd myproject

创建一个新的Django应用：

python manage.py startapp myapp

1.3 设置基础用户模型

Django默认提供一个基本的用户模型，如果需要定制用户模型，可以在myproject/settings.py中进行设置。

例如，可以添加一个新的字段age：

# myproject/settings.py

AUTH_USER_MODEL = 'myapp.NewUser'

# myapp/models.py

from django.contrib.auth.models import AbstractUser
from django.db import models


class NewUser(AbstractUser):
    age = models.PositiveIntegerField(null=True, blank=True)

    def __str__(self):
        return f'{self.username} ({self.email})'

在数据库迁移中应用新的用户模型：

python manage.py makemigrations
python manage.py migrate

现在，已经完成了基本的Django项目和应用的创建，并设置了一个基础的用户模型。

第2章：Django认证系统

2.1 用户模型详解

在Django中，AUTH_USER_MODEL设置决定了你如何处理用户。默认的用户模型是django.contrib.auth.models.User
，但如你之前设置的，可以创建自定义用户模型。例如，NewUser模型需要继承AbstractUser，并包含username,email, 和age等字段。

2.2 用户注册、登录与验证

• 注册：Django的UserCreationForm和UserChangeForm可以用于用户注册，通常在myapp/forms.py中定义。在views.py
  中使用UserCreationForm.as_view()创建视图。

from django.contrib.auth import get_user_model
from django.urls import reverse_lazy
from django.views import generic


class RegisterView(generic.CreateView):
    form_class = get_user_model().forms.UserCreationForm
    success_url = reverse_lazy('login')
    template_name = 'registration/register.html'

• 登录：LoginView和LogoutView在django.contrib.auth.views中，使用LoginView.as_view()和LogoutView.as_view()。

from django.contrib.auth.views import LoginView, LogoutView


class CustomLoginView(LoginView):
    template_name = 'registration/login.html'

• 验证：用户登录后，Django会自动验证用户。在views.py中，你可以使用@login_required装饰器确保只有登录用户才能访问某些视图。

from django.contrib.auth.decorators import login_required


@login_required
def protected_view(request):
    # 只有已登录用户可以访问的视图
    ...

2.3 自定义认证视图和URL

要自定义登录或注册视图，可以创建一个类视图并定义get和post方法。在urls.py中，使用path来映射URL到这些视图。

from django.urls import path

from .views import CustomLoginView, CustomRegisterView

urlpatterns = [
    path('login/', CustomLoginView.as_view(), name='login'),
    path('register/', CustomRegisterView.as_view(), name='register'),
]

2.4 CSRF保护

Django的CSRF（跨站请求伪造）保护是通过在表单中添加一个隐藏的CSRF
token来实现的。确保在所有需要用户交互的表单（如注册和登录表单）中使用{% csrf_token %}模板标签。

此外，你可以在settings.py中启用CSRF保护：

CSRF_COOKIE_NAME = 'my_custom_cookie_name'
CSRF_COOKIE_SECURE = True
CSRF_COOKIE_HTTPONLY = True

这将确保CSRF令牌的安全传输。

第3章：认证中间件和信号

3.1 中间件在认证中的作用

认证中间件

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是Django提供的一种处理请求和响应的机制，它位于视图函数之前和之后。在认证中，django.contrib.auth.middleware.AuthenticationMiddleware
负责检测请求是否已通过身份验证。如果用户未登录，中间件会重定向到登录页面。一旦用户登录，中间件会设置request.user
，使得视图可以访问用户信息。

3.2 用户登录状态管理

Django的认证系统会在用户登录后自动设置request.user，这使得在视图中可以通过request.user
访问用户信息。但如果你想在会话之外存储用户状态（例如，记住用户名），可以使用
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django.contrib.auth.middleware.SessionAuthenticationMiddleware
，它会将用户信息存储在会话中。如果需要自定义登录状态的持久性，可以考虑使用django.contrib.auth.backends.RemoteUserBackend
或创建自己的Backend实现。

3.3 认证信号与事件处理

认证信号是Django的一种通知机制，用于在认证过程中触发特定事件。例如，user_logged_in和user_logged_out
信号分别在用户登录和登出时发送。你可以通过注册接收器来处理这些信号，执行额外的操作，如发送邮件通知或更新用户会话记录。

from django.contrib.auth import get_user_model
from django.dispatch import receiver
from django.db.models.signals import post_save


# 注册接收器
@receiver(post_save, sender=get_user_model())
def create_or_update_user_profile(sender, instance, created, **kwargs):
    if created:
    # 用户创建时，创建用户profile
    else:
# 用户更新时，更新userprofile

通过这种方式，你可以扩展Django认证系统的功能，而无需直接修改核心代码。

第4章：权限系统基础

4.1 Django内置权限模型

Django的权限系统主要依赖于django.contrib.auth.models模块中的以下几个模型：

• User：表示用户，每个用户都有一个唯一的用户名和密码。
• Group：用于组织用户，一个用户可以属于多个组。
• Permission：表示一个操作或资源的权限，例如“管理博客”或“查看文章”。
• UserPermission（也称为user_has_perm）：关联用户和权限，表示用户拥有特定的权限。

4.2 用户角色与权限关联

在Django中，用户和权限通常是通过Group
来关联的。用户可以被添加到一个或多个组中，而组则被赋予了特定的权限。这样，如果一个用户属于某个具有特定权限的组，那么该用户就自动获得了该组的所有权限。通过这种方式，可以实现角色（如管理员、编辑员等）的权限管理。

4.3 分组与权限管理

• 创建和管理组：使用Group模型，你可以创建新的组，然后将用户添加到组中。例如：

group = Group.objects.create(name='Administrators')
user = User.objects.get(username='john')
group.user_set.add(user)

• 为组分配权限：使用Permission模型，为组赋予特定的权限，然后将组与这些权限关联起来。例如：

permission = Permission.objects.get(codename='add_article')
group.permissions.add(permission)

• 检查用户权限：在视图中，可以使用user.has_perm()或user.has_module_perms()方法检查用户是否具有特定的权限。

if request.user.has_perm('blog.add_article'):
# 用户有添加文章的权限

通过这种方式，Django的权限系统允许你以灵活的方式管理用户对应用的不同部分的访问。

第5章：自定义权限和验证

5.1 使用@permission_required装饰器

Django提供了一个名为@permission_required的装饰器，用于在视图函数中检查用户是否具有特定权限。例如：

from django.contrib.auth.decorators import permission_required


def some_view(request):
    @permission_required('blog.add_article')
    def inner_view(request):
        # 视图代码，如果用户没有添加文章的权限，将被重定向到登录页面
        ...

    return inner_view(request)

如果用户没有blog.add_article权限，请求会重定向到登录页面，或者根据设置显示一个403 Forbidden错误。

5.2 编写自定义权限类

Django允许你自定义权限类来实现更复杂的权限检查。创建一个继承自BasePermission的类，然后在has_permission方法中定义你的逻辑：

from django.contrib.auth.models import Permission
from django.contrib.auth.base_permissions import BasePermission


class IsSuperAdmin(BasePermission):
    def has_permission(self, request, view):
        # 检查用户是否是超级管理员
        return request.user.is_superuser

然后在视图中使用这个自定义权限：

def some_view(request):
    permission_classes = (IsSuperAdmin,)
    # 使用自定义权限检查
    if not request.user.has_perm(IsSuperAdmin()):
        return HttpResponseForbidden('You are not authorized.')
    ...

5.3 权限验证最佳实践

• 避免硬编码：不要在代码中硬编码用户的权限检查，而应使用Django的权限系统。
• 使用装饰器：@permission_required装饰器是快速添加权限检查的好工具，但也要注意不要过度使用，可能导致代码难以理解和维护。
• 权限分离：将权限管理与业务逻辑分离，确保权限检查独立于具体的视图。
• 使用权限类：自定义权限类可以提供更灵活的权限控制，例如基于角色、用户组或用户属性的权限。
• 错误处理：对于权限检查失败的情况，提供清晰的错误信息和适当的用户反馈，如重定向到登录页面或显示一个友好的错误消息。

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遵循这些最佳实践，可以确保你的权限系统既安全又易于管理。

第6章：权限管理框架（如django-guardian）

6.1 django-guardian的介绍

django-guardian是一个Django应用，用于在Django项目中实现更细粒度的权限控制。django-guardian允许你将权限授予单个对象，而不仅仅是对整个模型的访问权限。

6.2 细化权限控制

django-guardian为你提供了一种在Django中实现更细粒度的权限控制的方法。django-guardian的核心是ObjectPermission
模型，用于将权限与单个对象关联。

django-guardian允许你：

• 为单个对象设置和管理权限。
• 对对象进行精细的权限控制。
• 在视图中进行简单的权限检查。

6.3 实例演示

首先，安装django-guardian：

pip install django-guardian

在你的Django项目中，添加'guardian'到INSTALLED_APPS中，并在MIDDLEWARE
中添加'guardian.middleware.UpdatePermissionsMiddleware'。

接下来，让我们创建一个简单的应用，并在其中使用django-guardian：

1. 创建一个名为articles的应用：

   python manage.py startapp articles
   

2. 在articles应用中，创建一个名为models.py的文件，并添加以下代码：

   from django.db import models
   from django.contrib.auth.models import User
   from guardian.shortcuts import assign_perm, get_objects_for_user
   
   class Article(models.Model):
       title = models.CharField(max_length=100)
       content = models.TextField()
       author = models.ForeignKey(User, on_delete=models.CASCADE)
   
       def __str__(self):
           return self.title
   

3. 在articles应用中，创建一个名为views.py的文件，并添加以下代码：

   from django.shortcuts import render, get_object_or_404
   from django.contrib.auth.decorators import login_required
   from django.http import HttpResponseForbidden
   from articles.models import Article, assign_perm, get_objects_for_user
   
   @login_required
   def article_list(request):
       user = request.user
       articles = get_objects_for_user(user, 'articles.view_article', klass=Article)
       return render(request, 'articles/article_list.html', {'articles': articles})
   
   @login_required
   def assign_article_permissions(request, article_id):
       user = request.user
       article = get_object_or_404(Article, id=article_id)
       if request.method == 'POST':
           if user.has_perm('articles.change_article', article):
               assign_perm('articles.view_article', user, article)
               return HttpResponse('Assigned view permission.')
           else:
               return HttpResponseForbidden('You do not have the permission to change article.')
       return render(request, 'articles/assign_permissions.html', {'article': article})
   

4. 在articles应用中，创建一个名为templates/articles的文件夹，并在其中创建一个名为assign_permissions.html的文件：

   <form method="post">
       {% csrf_token %}
       <input type="submit" value="Assign Permission">
   </form>
   

5. 在articles应用中，创建一个名为urls.py的文件，并添加以下代码：

   from django.urls import path
   from . import views
   
   urlpatterns = [
       path('', views.article_list, name='article_list'),
       path('assign_permissions/<int:article_id>/', views.assign_article_permissions, name='assign_permissions'),
   ]
   

6. 在你的项目中，将articles应用的urls.py添加到主urls.py中：

   from django.contrib import admin
   from django.urls import path, include
   
   urlpatterns = [
       path('admin/', admin.site.urls),
       path('articles/', include('articles.urls')),
   ]
   

现在，你可以运行你的项目，并在文章列表中查看权限管理的实例。在这个例子中，我们使用django-guardian为每个用户分配了对文章的特定视图权限。

你可以使用django-guardian的assign_perm和get_objects_for_user
函数来分配和检查权限。在这个例子中，我们使用了一个名为view_article的权限，可以在admin.py中进行定义：

from django.contrib import admin
from django.contrib.auth.models import Permission
from articles.models import Article


class ArticleAdmin(admin.ModelAdmin):
    list_display = ('title', 'author')

    def save_model(self, request, obj, form, change):
        if not obj.pk:
            assign_perm('articles.view_article', request.user, obj)
        obj.save()


admin.site.register(Article, ArticleAdmin)

这样，当你在Django管理界面中创建一个新文章时，将自动为当前用户分配view_article权限。

django-guardian为你提供了一种更细粒度的权限控制方法，可以在Django项目中实现更强大的权限管理。

第7章：视图和模板的权限控制

7.1 在视图中检查权限

在Django中，视图是处理HTTP请求的函数或类。为了在视图中检查用户的权限，可以使用django-guardian提供的has_perm
和get_objects_for_user函数。以下是一个基本的视图检查权限的例子：

from django.shortcuts import render, redirect
from django.contrib.auth.decorators import login_required
from guardian.shortcuts import has_perm


@login_required
def some_view(request):
    user = request.user
    article = Article.objects.get(pk=1)  # 假设你有一个名为Article的模型

    # 检查用户是否有查看文章的权限
    if not has_perm('articles.view_article', article, user):
        return HttpResponseForbidden("You don't have permission to view this article.")

    # 如果用户有权限，继续执行
    # ...
    return render(request, 'some_template.html', {'article': article})

在这个例子中，has_perm函数检查用户是否有指定的权限（在这个例子中是articles.view_article）对给定的对象（article）。

7.2 在模板中显示权限相关信息

在模板中，你可能想要显示用户是否具有特定的权限。Django模板语言允许你使用条件语句来检查这些权限。以下是一个简单的例子：

{% if user.has_perm('articles.view_article', article) %}
<p>You have permission to view this article.</p>
{% else %}
<p>You do not have permission to view this article.</p>
{% endif %}

在这个模板片段中，如果用户具有articles.view_article权限，has_perm表达式会返回True，否则返回False，从而决定显示不同的内容。

你也可以在模板中使用get_objects_for_user来获取用户具有特定权限的对象，并根据这些对象的内容进行渲染：

{% if object_list %}
<ul>
    {% for object in object_list %}
    {% if user.has_perm('articles.view', object) %}
    <li>{{ object.title }} (You can view)</li>
    {% else %}
    <li>{{ object.title }} (You cannot view)</li>
    {% endif %}
    {% endfor %}
</ul>
{% else %}
<p>No objects found.</p>
{% endif %}

这样，模板会根据用户的权限动态地显示内容，提供一个用户友好的界面。

第8章：RESTful API的认证与权限

8.1 Django REST framework的认证集成

Django REST
framework提供了多种认证方式，包括基本认证（BasicAuthentication）、令牌认证（TokenAuthentication）和会话认证（SessionAuthentication）等。可以在项目的设置文件中进行配置。以下是一个基本的认证配置示例：

# settings.py

REST_FRAMEWORK = {
    'DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES': (
        'rest_framework.authentication.BasicAuthentication',
        'rest_framework.authentication.SessionAuthentication',
    )
}

在这个配置中，REST framework将使用基本认证和会话认证来处理API请求。

8.2 API权限控制策略

API权限控制是确保API的安全性和保护数据的重要部分。Django REST
framework提供了多种权限控制策略，包括只读权限（ReadOnly）、对象级权限（ObjectPermissions）和自定义权限类（CustomPermission）等。可以在视图中配置权限控制策略。以下是一个使用对象级权限的视图示例：

from rest_framework import viewsets, permissions

from myapp.models import Article
from myapp.serializers import ArticleSerializer


class ArticleViewSet(viewsets.ModelViewSet):
    queryset = Article.objects.all()
    serializer_class = ArticleSerializer
    permission_classes = [permissions.DjangoModelPermissions]

在这个视图中，我们使用了DjangoModelPermissions，这意味着用户只能访问他们拥有的对象。如果用户试图访问他们不拥有的对象，REST
framework将返回一个403 Forbidden响应。

如果你需要更细粒度的权限控制，可以使用自定义权限类。以下是一个简单的自定义权限类示例：

from rest_framework import permissions


class CustomPermission(permissions.BasePermission):
    def has_object_permission(self, request, view, obj):
        if request.user.is_staff:
            return True
        return False


class ArticleViewSet(viewsets.ModelViewSet):
    queryset = Article.objects.all()
    serializer_class = ArticleSerializer
    permission_classes = [CustomPermission]

在这个示例中，我们创建了一个名为CustomPermission的自定义权限类，它只允许管理员用户访问API。如果用户不是管理员，则返回一个403
Forbidden响应。

总之，Django REST framework为RESTful API的认证和权限控制提供了多种方式和工具，可以根据项目需求进行选择和定制。

第9章：高级主题

9.1 用户会话管理

在Web应用程序中，用户会话管理是非常重要的，它涉及到用户登录、注销和会话状态的管理。Django提供了内置的会话管理功能，而Django
REST framework也提供了相应的支持。通过使用SessionAuthentication认证类，Django REST framework可以与Django的会话管理系统集成，从而实现用户会话管理。

# settings.py

REST_FRAMEWORK = {
    'DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES': (
        'rest_framework.authentication.SessionAuthentication',
    )
}

通过将SessionAuthentication添加到DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES中，可以启用基于会话的认证，从而实现用户会话管理。

9.2 客户端认证（OAuth2、JWT等）

客户端认证是指在API请求中对客户端进行身份验证的过程。Django REST framework支持多种客户端认证方式，包括OAuth2和JWT（JSON Web
Token）等。这些认证方式可以通过第三方库来实现，比如djangorestframework-simplejwt用于JWT认证。

以下是一个简单的JWT认证配置示例：

# settings.py

REST_FRAMEWORK = {
    'DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES': (
        'rest_framework_simplejwt.authentication.JWTAuthentication',
    )
}

通过将JWTAuthentication添加到DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES中，可以启用JWT认证，从而实现客户端认证。

9.3 多因素认证（MFA）

多因素认证是指在用户登录或进行敏感操作时，除了用户名和密码外，还需要提供第二种或多种身份验证因素的过程。Django REST
framework本身并没有内置的多因素认证功能，但可以通过结合第三方库来实现。例如，可以使用django-mfa等库来实现多因素认证功能。

通过使用这些第三方库，可以实现诸如短信验证码、一次性密码（OTP）等多因素认证方式，从而提高系统的安全性。

综上所述，Django REST framework提供了丰富的支持，可以轻松实现用户会话管理、客户端认证和多因素认证等高级主题。开发人员可以根据项目需求选择合适的认证方式，并结合相关的第三方库来实现所需的功能。

第10章：实战项目

建立一个简单的博客系统是一个很好的实战项目，可以涵盖认证与权限控制等方面。下面是一个基本的Django REST
framework博客系统的示例，其中包括了认证与权限控制的应用。

首先，我们需要创建一个Django应用，并定义博客文章的模型、序列化器、视图和URL配置。

# models.py
from django.db import models


class Post(models.Model):
    title = models.CharField(max_length=100)
    content = models.TextField()
    author = models.ForeignKey('auth.User', on_delete=models.CASCADE)
    created_at = models.DateTimeField(auto_now_add=True)


# serializers.py
from rest_framework import serializers
from .models import Post


class PostSerializer(serializers.ModelSerializer):
    class Meta:
        model = Post
        fields = ['id', 'title', 'content', 'author', 'created_at']


# views.py
from rest_framework import viewsets
from .models import Post
from .serializers import PostSerializer


class PostViewSet(viewsets.ModelViewSet):
    queryset = Post.objects.all()
    serializer_class = PostSerializer


# urls.py
from django.urls import path, include
from rest_framework.routers import DefaultRouter
from .views import PostViewSet

router = DefaultRouter()
router.register(r'posts', PostViewSet)

urlpatterns = [
    path('', include(router.urls)),
]

接下来，我们将添加认证与权限控制。

# settings.py

INSTALLED_APPS = [
    # ...
    'rest_framework',
    'blog',  # assuming 'blog' is the name of the app
]

REST_FRAMEWORK = {
    'DEFAULT_PERMISSION_CLASSES': [
        'rest_framework.permissions.IsAuthenticated',
    ],
    'DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES': [
        'rest_framework.authentication.SessionAuthentication',
        'rest_framework.authentication.TokenAuthentication',
    ],
}

在上述代码中，我们将默认权限设置为IsAuthenticated，这意味着只有经过身份验证的用户才能访问API。我们还配置了SessionAuthentication和TokenAuthentication作为默认的认证类，这样用户可以使用会话验证或令牌验证进行身份验证。

最后，我们需要为用户创建博客文章的权限。我们可以使用Django的自定义权限类来实现这一点。

# permissions.py
from rest_framework import permissions


class IsAuthorOrReadOnly(permissions.BasePermission):
    def has_object_permission(self, request, view, obj):
        if request.method in permissions.SAFE_METHODS:
            return True
        return obj.author == request.user

然后，将这个权限类应用到我们的视图中。

# views.py
from rest_framework import viewsets
from .models import Post
from .serializers import PostSerializer
from .permissions import IsAuthorOrReadOnly


class PostViewSet(viewsets.ModelViewSet):
    queryset = Post.objects.all()
    serializer_class = PostSerializer
    permission_classes = [IsAuthorOrReadOnly]

现在，我们已经完成了一个简单的博客系统，并应用了认证与权限控制。用户需要经过身份验证才能访问API，并且只有文章的作者才有权限对文章进行修改或删除。

第11章：最佳实践与高级技巧

性能优化

1. 数据库优化：使用索引、合理设计数据库结构、避免N+1查询等。
2. 缓存：使用缓存技术（如Redis、Memcached）缓存频繁访问的数据。
3. 异步任务：将耗时任务异步化，可以使用Celery等工具。
4. 代码优化：避免过多的数据库查询、减少不必要的计算、优化算法等。

安全注意事项

1. 数据加密：对敏感数据进行加密存储。
2. 防止跨站脚本攻击（XSS） ：对用户输入进行过滤和转义。
3. 防止SQL注入：使用ORM或参数化查询来防止SQL注入攻击。
4. 权限控制：确保用户只能访问其有权限的资源。
5. 保持系统更新：定期更新框架、库和操作系统，以修复潜在的安全漏洞。

未来趋势与更新

1. 微服务架构：将应用拆分为小型的、独立部署的服务。
2. 容器化：使用Docker等容器技术实现应用的快速部署和扩展。
3. Serverless架构：无需管理服务器，按需运行代码，降低运维成本。
4. 人工智能与机器学习：将人工智能技术应用于应用开发中，实现智能化功能。
5. 持续集成与持续部署：采用CI/CD流程实现快速迭代和交付。

附录

Django官方文档链接

你可以在Django官方文档中找到最新的Django文档，包括教程、API参考和发布说明等。

常见问题解答

1. Stack Overflow：在Stack Overflow上搜索相关问题，通常能找到解决方案。
2. Django官方论坛：官方网站上有一个社区论坛，你可以在这里提问和寻求帮助。
3. GitHub Issues：如果你使用的是开源的Django项目或库，可以在对应的GitHub仓库的Issues中查找或提问问题。

工具和库推荐

1. Django REST framework：用于构建Web API的强大工具。
2. Celery：用于处理异步任务和定时任务的分布式任务队列。
3. Django Debug Toolbar：用于在开发阶段进行性能分析和调试的工具。
4. Django Channels：为Django引入了实时的、异步的通信协议，用于构建实时应用。
5. Django Allauth：提供了完整的用户认证和账户管理功能，包括社交账号登录、邮箱验证等。

这些工具和库都是Django社区广泛使用和推荐的，可以帮助你更高效地开发和管理Django应用。

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