如何在Java项目中做RBAC权限控制

Posted 2021-05-01 广东互动学堂

RBAC

基于角色的权限访问控制（Role-Based Access Control）。

RBAC支持三个著名的安全原则：最小权限原则，责任分离原则和数据抽象原则。

RBAC认为权限授权实际上是Who、What、How的问题。在RBAC模型中，who、what、how构成了访问权限三元组,也就是“Who对What(Which)进行How的操作”。

Who：权限的拥用者或主体（如Principal、User、Group、Role、Actor等等）。

What：权限针对的对象或资源（Resource、Class）。

How：具体的权限（Privilege,正向授权与负向授权）。

Shiro

Apache Shiro是一个强大且易用的Java安全框架,执行身份验证、授权、密码学和会话管理。

其基本功能点如下图所示：

Authentication：身份认证 / 登录，验证用户是不是拥有相应的身份；

Authorization：授权，即权限验证，验证某个已认证的用户是否拥有某个权限；即判断用户是否能做事情，常见的如：验证某个用户是否拥有某个角色。或者细粒度的验证某个用户对某个资源是否具有某个权限；

Session Manager：会话管理，即用户登录后就是一次会话，在没有退出之前，它的所有信息都在会话中；会话可以是普通 JavaSE 环境的，也可以是如 Web 环境的；

Cryptography：加密，保护数据的安全性，如密码加密存储到数据库，而不是明文存储；

Web Support：Web 支持，可以非常容易的集成到 Web 环境；

Caching：缓存，比如用户登录后，其用户信息、拥有的角色 / 权限不必每次去查，这样可以提高效率；

Concurrency：shiro 支持多线程应用的并发验证，即如在一个线程中开启另一个线程，能把权限自动传播过去；

Testing：提供测试支持；

Run As：允许一个用户假装为另一个用户（如果他们允许）的身份进行访问；

Remember Me：记住我，这个是非常常见的功能，即一次登录后，下次再来的话不用登录了。

Shiro 不会去维护用户、维护权限；这些需要我们自己去设计 / 提供；然后通过相应的接口注入给 Shiro 。

从应用程序角度观察如何使用Shiro完成工作

Subject：主体，代表了当前 “用户”，这个用户不一定是一个具体的人，与当前应用交互的任何东西都是 Subject，如网络爬虫，机器人等；即一个抽象概念；所有 Subject 都绑定到 SecurityManager，与 Subject 的所有交互都会委托给 SecurityManager；可以把 Subject 认为是一个门面；SecurityManager 才是实际的执行者；

SecurityManager：安全管理器；即所有与安全有关的操作都会与 SecurityManager 交互；且它管理着所有 Subject；可以看出它是 Shiro 的核心，它负责与后边介绍的其他组件进行交互，如果学习过 SpringMVC，你可以把它看成 DispatcherServlet 前端控制器；

Realm：域，Shiro 从从 Realm 获取安全数据（如用户、角色、权限），就是说 SecurityManager 要验证用户身份，那么它需要从 Realm 获取相应的用户进行比较以确定用户身份是否合法；也需要从 Realm 得到用户相应的角色 / 权限进行验证用户是否能进行操作；可以把 Realm 看成 DataSource，即安全数据源。

从 Shiro 内部来看Shiro 的架构

Subject：主体，可以看到主体可以是任何可以与应用交互的 “用户”；

SecurityManager：相当于 SpringMVC 中的 DispatcherServlet 或者 Struts2 中的 FilterDispatcher；是 Shiro 的心脏；所有具体的交互都通过 SecurityManager 进行控制；它管理着所有 Subject、且负责进行认证和授权、及会话、缓存的管理。

Authenticator：认证器，负责主体认证的，这是一个扩展点，如果用户觉得 Shiro 默认的不好，可以自定义实现；其需要认证策略（Authentication Strategy），即什么情况下算用户认证通过了；

Authrizer：授权器，或者访问控制器，用来决定主体是否有权限进行相应的操作；即控制着用户能访问应用中的哪些功能；

Realm：可以有 1 个或多个 Realm，可以认为是安全实体数据源，即用于获取安全实体的；可以是 JDBC 实现，也可以是 LDAP 实现，或者内存实现等等；由用户提供；注意：Shiro 不知道你的用户 / 权限存储在哪及以何种格式存储；所以我们一般在应用中都需要实现自己的 Realm；

SessionManager：如果写过 Servlet 就应该知道 Session 的概念，Session 呢需要有人去管理它的生命周期，这个组件就是 SessionManager；而 Shiro 并不仅仅可以用在 Web 环境，也可以用在如普通的 JavaSE 环境、EJB 等环境；所有呢，Shiro 就抽象了一个自己的 Session 来管理主体与应用之间交互的数据；这样的话，比如我们在 Web 环境用，刚开始是一台 Web 服务器；接着又上了台 EJB 服务器；这时想把两台服务器的会话数据放到一个地方，这个时候就可以实现自己的分布式会话（如把数据放到 Memcached 服务器）；

SessionDAO：DAO 大家都用过，数据访问对象，用于会话的 CRUD，比如我们想把 Session 保存到数据库，那么可以实现自己的 SessionDAO，通过如 JDBC 写到数据库；比如想把 Session 放到 Memcached 中，可以实现自己的 Memcached SessionDAO；另外 SessionDAO 中可以使用 Cache 进行缓存，以提高性能；

CacheManager：缓存控制器，来管理如用户、角色、权限等的缓存的；因为这些数据基本上很少去改变，放到缓存中后可以提高访问的性能

Cryptography：密码模块，Shiro 提高了一些常见的加密组件用于如密码加密 / 解密的。

使用Shiro做身份验证

身份认证流程

1. 首先调用 Subject.login(token) 进行登录，其会自动委托给 Security Manager，调用之前必须通过 SecurityUtils.setSecurityManager() 设置；

2. SecurityManager 负责真正的身份验证逻辑；它会委托给 Authenticator 进行身份验证；

3. Authenticator 才是真正的身份验证者，Shiro API 中核心的身份认证入口点，此处可以自定义插入自己的实现；

4. Authenticator 可能会委托给相应的 AuthenticationStrategy 进行多 Realm 身份验证，默认 ModularRealmAuthenticator 会调用 AuthenticationStrategy 进行多 Realm 身份验证；

5. Authenticator 会把相应的 token 传入 Realm，从 Realm 获取身份验证信息，如果没有返回 / 抛出异常表示身份验证失败了。此处可以配置多个 Realm，将按照相应的顺序及策略进行访问。

本文使用SqlLite+Druid做数据库设计。

首先建立SqlLite数据库shiro.db，并建立三张表。（推荐使用Navicat Premium客户端操作SqlLite）

create table users (

id bigint auto_increment,

username varchar(100),

password varchar(100),

password_salt varchar(100),

constraint pk_users primary key(id)

);

create unique index idx_users_username on users(username);

create table user_roles(

id bigint auto_increment,

username varchar(100),

role_name varchar(100),

constraint pk_user_roles primary key(id)

);

create unique index idx_user_roles on user_roles(username, role_name);

create table roles_permissions(

id bigint auto_increment,

role_name varchar(100),

permission varchar(100),

constraint pk_roles_permissions primary key(id)

);

create unique index idx_roles_permissions on roles_permissions(role_name, permission);

编写shiro配置文件

jdbcRealm=org.apache.shiro.realm.jdbc.JdbcRealm

dataSource=com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource

dataSource.driverClassName=org.sqlite.JDBC

dataSource.url=jdbc:sqlite::resource:shiro.db

jdbcRealm.dataSource=$dataSource

jdbcRealm.permissionsLookupEnabled = true

securityManager.realms=$jdbcRealm

数据库中增加记录users("administrator", "123","null")，编写测试代码

//classpath:指定配置文件在src目录下

Factory<org.apache.shiro.mgt.SecurityManager>factory=new IniSecurityManagerFactory("classpath:shiro.ini");

org.apache.shiro.mgt.SecurityManager securityManager = factory.getInstance();

SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);

Subject subject = SecurityUtils.getSubject();

UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("administrator", "123");

try {

subject.login(token);

} catch (AuthenticationException e) {

e.printStackTrace();

}

if(subject.isAuthenticated()){

System.out.println("身份验证成功！");

}

subject.logout();

ThreadContext.unbindSubject();

使用Shiro做授权管理

授权，也叫访问控制，即在应用中控制谁能访问哪些资源（如访问页面/编辑数据/页面操作等）。在授权中需了解的几个关键对象：主体（Subject）、资源（Resource）、权限（Permission）、角色（Role）。

主体

主体，即访问应用的用户，在 Shiro 中使用 Subject 代表该用户。用户只有授权后才允许访问相应的资源。

资源

在应用中用户可以访问的任何东西，比如访问 JSP 页面、查看/编辑某些数据、访问某个业务方法、打印文本等等都是资源。用户只要授权后才能访问。

权限

安全策略中的原子授权单位，通过权限我们可以表示在应用中用户有没有操作某个资源的权力。即权限表示在应用中用户能不能访问某个资源，如： 访问用户列表页面；查看/新增/修改/删除用户数据（即很多时候都是 CRUD（增查改删）式权限控制）。

如上可以看出，权限代表了用户有没有操作某个资源的权利，即反映在某个资源上的操作允不允许，不反映谁去执行这个操作。所以后续还需要把权限赋予给用户，即定义哪个用户允许在某个资源上做什么操作（权限），Shiro 不会去做这件事情，而是由实现人员提供。

Shiro 支持粗粒度权限（如用户模块的所有权限）和细粒度权限（操作某个用户的权限，即实例级别的）。

角色

角色代表了操作集合，可以理解为权限的集合，一般情况下我们会赋予用户角色而不是权限，即这样用户可以拥有一组权限，赋予权限时比较方便。典型的如：项目经理、技术总监、CTO、开发工程师等都是角色，不同的角色拥有一组不同的权限。

隐式角色：

即直接通过角色来验证用户有没有操作权限，如在应用中 CTO、技术总监、开发工程师可以使用打印机，假设某天不允许开发工程师使用打印机，此时需要从应用中删除相应代码；再如在应用中 CTO、技术总监可以查看用户、查看权限；突然有一天不允许技术总监查看用户、查看权限了，需要在相关代码中把技术总监角色从判断逻辑中删除掉；即粒度是以角色为单位进行访问控制的，粒度较粗；如果进行修改可能造成多处代码修改。

显示角色：

在程序中通过权限控制谁能访问某个资源，角色聚合一组权限集合；这样假设哪个角色不能访问某个资源，只需要从角色代表的权限集合中移除即可；无须修改多处代码；即粒度是以资源/实例为单位的；粒度较细。

授权流程

1. 首先调用 Subject.isPermitted*/hasRole*接口，其会委托给 SecurityManager，而 SecurityManager 接着会委托给 Authorizer；

2. Authorizer 是真正的授权者，如果我们调用如 isPermitted(“user:view”)，其首先会通过 PermissionResolver 把字符串转换成相应的 Permission 实例；

3. 在进行授权之前，其会调用相应的 Realm 获取 Subject 相应的角色/权限用于匹配传入的角色/权限；

4. Authorizer 会判断 Realm 的角色/权限是否和传入的匹配，如果有多个 Realm，会委托给 ModularRealmAuthorizer 进行循环判断，如果匹配如 isPermitted*/hasRole* 会返回 true，否则返回 false 表示授权失败。

基于角色的访问控制（隐式角色）

数据库中增加记录user_roles("administrator", "role1")，编写测试代码

if(subject.hasRole("role1")) {

System.out.println("角色权限验证成功！");

}

基于资源的访问控制（显示角色）

数据库中增加记录roles_permissions("role1", "*:view")，编写测试代码

if(subject.isPermitted("test1:view")) {

System.out.println("资源权限验证成功！");

}

字符串通配符权限

规则：“资源标识符：操作：对象实例 ID” 即对哪个资源的哪个实例可以进行什么操作。其默认支持通配符权限字符串，“:”表示资源/操作/实例的分割；“,”表示操作的分割；“*”表示任意资源/操作/实例。

• 单个资源单个权限

system:user:update

• 单个资源多个权限

system:user:update,system:user:delete

• 单个资源全部权限

system:user:*

• 所有资源某个权限

*:view

用户拥有所有资源的“view”所有权限。

• 单个实例单个权限

user:view:1

对资源 user 的 1 实例拥有 view 权限。

• 单个实例所有权限

user:*:1

• 所有实例单个权限

auth:*

• 所有实例所有权限

user:*:*

• Shiro 对权限字符串缺失部分的处理

如“user:view”等价于“user:view:*”；而“organization”等价于“organization:*”或者“organization:*:*”。可以这么理解，这种方式实现了前缀匹配。

另外如“user:*”可以匹配如“user:delete”、“user:delete”可以匹配如“user:delete:1”、“user:*:1”可以匹配如“user:view:1”、“user”可以匹配“user:view”或“user:view:1”等。即*可以匹配所有，不加*可以进行前缀匹配；但是如“*:view”不能匹配“system:user:view”，需要使用“*:*:view”，即后缀匹配必须指定前缀（多个冒号就需要多个*来匹配）。