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# 认证系统架构设计文档
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## 技术栈
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| 组件 | 技术选型 | 说明 |
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|------|----------|------|
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| Web 框架 | FastAPI 0.128+ | 异步、高性能、自动 OpenAPI 文档 |
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| ORM | SQLAlchemy 2.0+ | 异步支持、类型安全 |
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| 数据库 | SQLite (aiosqlite) | 开发环境，可切换 PostgreSQL |
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| 密码哈希 | Argon2 | 密码学家推荐的哈希算法 |
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| 令牌 | PyJWT | JSON Web Token 实现 |
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| 数据验证 | Pydantic v2 | 高性能数据验证 |
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| 配置管理 | pydantic-settings | 类型安全的环境变量配置 |
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## 项目结构
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app/
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├── __init__.py
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├── main.py # FastAPI 应用入口
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├── database.py # 数据库连接与会话管理
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├── core/ # 核心功能模块
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│ ├── config.py # 配置管理
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│ ├── security.py # 安全功能（密码哈希、JWT）
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│ └── exceptions.py # 自定义异常类
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│
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├── models/ # SQLAlchemy ORM 模型
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│ └── user.py # 用户数据模型
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├── schemas/ # Pydantic 数据模式
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│ ├── base.py # 基础响应格式
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│ ├── user.py # 用户相关 Schema
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│ └── auth.py # 认证相关 Schema
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│
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├── repositories/ # 数据访问层 (Repository Pattern)
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│ ├── base.py # 基础 CRUD 操作
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│ └── user.py # 用户数据仓库
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│
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├── services/ # 业务逻辑层 (Service Layer)
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│ ├── user.py # 用户服务
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│ └── auth.py # 认证服务
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│
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└── api/ # API 路由层
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├── deps.py # 依赖注入定义
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└── v1/
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├── router.py # 路由聚合
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└── endpoints/
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├── auth.py # 认证接口
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└── users.py # 用户接口
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```
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## 分层架构
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```
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┌─────────────────────────────────────────────┐
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│ API Layer │
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│ (FastAPI Endpoints + Deps) │
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├─────────────────────────────────────────────┤
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│ Service Layer │
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│ (Business Logic + Rules) │
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├─────────────────────────────────────────────┤
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│ Repository Layer │
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│ (Data Access + Queries) │
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├─────────────────────────────────────────────┤
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│ Model Layer │
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│ (SQLAlchemy ORM Models) │
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├─────────────────────────────────────────────┤
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│ Database │
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│ (SQLite / PostgreSQL) │
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└─────────────────────────────────────────────┘
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```
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### 各层职责
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| 层 | 职责 | 示例 |
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|----|------|------|
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| **API Layer** | 处理 HTTP 请求/响应、参数验证、依赖注入 | `auth.py`, `users.py` |
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| **Service Layer** | 业务逻辑、规则校验、跨仓库协调 | `AuthService`, `UserService` |
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| **Repository Layer** | 数据库操作封装、查询构建 | `UserRepository` |
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| **Model Layer** | 数据结构定义、表关系映射 | `User` |
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## 数据流
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### 用户注册流程
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```
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Client Request
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│
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▼
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┌─────────────────┐
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│ API Endpoint │ POST /api/v1/auth/register
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│ (auth.py) │ 接收请求、验证 Schema
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└────────┬────────┘
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│ UserCreate
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▼
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┌─────────────────┐
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│ UserService │ 检查用户名/邮箱唯一性
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│ (user.py) │ 哈希密码
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└────────┬────────┘
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│
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▼
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┌─────────────────┐
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│ UserRepository │ 创建用户记录
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│ (user.py) │ 提交事务
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└────────┬────────┘
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│
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▼
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┌─────────────────┐
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│ Database │ INSERT INTO users
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└─────────────────┘
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```
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### 用户登录流程
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```
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Client Request
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│
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▼
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┌─────────────────┐
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│ API Endpoint │ POST /api/v1/auth/login
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│ (auth.py) │ 接收凭证
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└────────┬────────┘
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│ LoginRequest
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▼
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┌─────────────────┐
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│ AuthService │ 1. 查找用户
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│ (auth.py) │ 2. 验证密码
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│ │ 3. 检查用户状态
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│ │ 4. 更新登录时间
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│ │ 5. 生成 JWT
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└────────┬────────┘
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│
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▼
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┌─────────────────┐
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│ UserRepository │ 查询用户
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│ (user.py) │ 更新 last_login_at
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└────────┬────────┘
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│
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▼
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TokenResponse
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```
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### 认证流程 (受保护接口)
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```
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Client Request + Bearer Token
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│
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▼
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┌─────────────────┐
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│ HTTPBearer │ 提取 Authorization header
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│ (FastAPI) │
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└────────┬────────┘
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│
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▼
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┌─────────────────┐
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│ get_current_user│ 1. 解码 JWT
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│ (deps.py) │ 2. 验证签名和过期
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│ │ 3. 查询用户
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│ │ 4. 检查用户状态
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└────────┬────────┘
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│ User
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▼
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┌─────────────────┐
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│ API Endpoint │ 使用已认证用户执行业务逻辑
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└─────────────────┘
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```
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## 安全设计
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### 密码存储
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使用 **Argon2id** 算法（密码哈希竞赛获胜算法）：
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```python
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# 参数配置
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time_cost=3 # 迭代次数
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memory_cost=65536 # 内存使用 (64MB)
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parallelism=4 # 并行度
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特性：
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- 抗 GPU/ASIC 攻击
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- 可调参数适应硬件升级
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- 自动包含盐值
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### JWT 令牌
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**Access Token:**
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- 算法：HS256
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- 有效期：30 分钟（可配置）
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- 包含：用户 ID、用户名、角色
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**Refresh Token:**
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- 算法：HS256
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- 有效期：7 天（可配置）
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- 仅包含：用户 ID
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### 防护措施
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| 威胁 | 防护 |
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| 暴力破解 | Argon2 计算成本 |
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| 时序攻击 | 无论用户是否存在都执行密码验证 |
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| Token 泄露 | 短期 Access Token + 长期 Refresh Token |
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| SQL 注入 | SQLAlchemy 参数化查询 |
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| XSS | JSON 响应（非 HTML） |
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## 扩展点
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### 邀请码注册
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```python
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# schemas/user.py
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class UserCreate(UserBase):
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password: str
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invite_code: str | None = None # 新增字段
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# services/user.py
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async def create_user(self, user_data: UserCreate) -> User:
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if settings.require_invite_code:
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await self._validate_invite_code(user_data.invite_code)
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# ... 原有逻辑
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```
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### OAuth2 登录
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```python
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# services/oauth.py
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class OAuthService:
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async def authenticate_google(self, code: str) -> User:
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...
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async def authenticate_github(self, code: str) -> User:
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...
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# api/v1/endpoints/oauth.py
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@router.get("/google/callback")
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async def google_callback(code: str, oauth: OAuthService = Depends()):
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user = await oauth.authenticate_google(code)
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tokens = auth_service.create_tokens(user)
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return tokens
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```
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### 令牌黑名单
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```python
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# models/token_blacklist.py
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class TokenBlacklist(Base):
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__tablename__ = "token_blacklist"
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jti: Mapped[str] = mapped_column(primary_key=True)
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expires_at: Mapped[datetime]
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# services/auth.py
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async def logout(self, token: str) -> None:
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payload = decode_token(token)
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await self.blacklist_repo.add(payload["jti"], payload["exp"])
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```
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## 配置参考
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```bash
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# .env 配置示例
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# 环境
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ENVIRONMENT=development # development | staging | production
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DEBUG=true
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# 安全
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SECRET_KEY=your-256-bit-secret-key
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ACCESS_TOKEN_EXPIRE_MINUTES=30
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REFRESH_TOKEN_EXPIRE_DAYS=7
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# 数据库
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DATABASE_URL=sqlite+aiosqlite:///./satonano.db
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# PostgreSQL: postgresql+asyncpg://user:pass@localhost/dbname
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# 密码策略
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PASSWORD_MIN_LENGTH=8
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PASSWORD_REQUIRE_UPPERCASE=true
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PASSWORD_REQUIRE_LOWERCASE=true
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PASSWORD_REQUIRE_DIGIT=true
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PASSWORD_REQUIRE_SPECIAL=false
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```
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## 测试建议
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```bash
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# 安装测试依赖
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uv add --dev pytest pytest-asyncio httpx
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# 运行测试
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uv run pytest tests/ -v
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```
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测试覆盖点：
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- 用户注册（正常、重复用户名、弱密码）
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- 用户登录（正常、错误密码、禁用用户）
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- 令牌刷新（正常、过期令牌、无效令牌）
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- 密码修改（正常、错误当前密码）
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- 权限验证（未认证、已认证、管理员）
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