Spring security-完美权限管理系统（授权过程分析）

Posted 2021-04-28 Ccww技术博客

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1. 权限管理相关概念

  权限管理是一个几乎所有后台系统的都会涉及的一个重要组成部分，主要目的是对整个后台管理系统进行权限的控制。常见的基于角色的访问控制，其授权模型为“用户-角色-权限”，简明的说，一个用户拥有多个角色，一个角色拥有多个权限。其中，

• 用户： 不用多讲，大家也知道了； 

• 角色： 一个集合的概念，角色管理是确定角色具备哪些权限的一个过程 ；

• 权限：
  1）.页面权限，控制你可以看到哪个页面，看不到哪个页面；
  2）. 操作权限，控制你可以在页面上进行哪些操作（查询、删除、编辑等）；
  3）.数据权限，是控制你可以看到哪些数据。

实质是：
 权限（Permission） = 资源（Resource） + 操作（Privilege）
 角色（Role） = 权限的集合（a set of low-level permissions）
 用户（User） = 角色的集合（high-level roles）

权限管理过程：

1. 鉴权管理，即权限判断逻辑，如菜单管理（普通业务人员登录系统后，是看不到【用户管理】菜单的）、功能权限管理（URL访问的管理）、行级权限管理等

2. 授权管理，即权限分配过程，如直接对用户授权，直接分配到用户的权限具有最优先级别、对用户所属岗位授权，用户所属岗位信息可以看作是一个分组，和角色的作用一样，但是每个用户只能关联一个岗位信息等。 

  在实际项目中用户数量多，逐一的为每个系统用户授权，这是极其繁琐的事，所以可以学习linux文件管理系统一样，设置group模式，一组有多个用户，可以为用户组授权相同的权限，简便多了。这样模式下：
  每个用户的所有权限=用户个人的权限+用户组所用的权限
用户组、用户、与角色三者关系如下：

再结合权限管理的页面权限、操作权限，如菜单的访问、功能模块的操作、按钮的操作等等，可把功能操作与资源统一管理，即让它们直接与权限关联起来，关系图如下：

2. 授权过程分析

2.1 授权访问权限工作流程：

FilterSecurityInterceptor
 doFilter()->invoke()
 ->AbstractSecurityInterceptor
 beforeInvocation()获取ConfigAttribute属性信息（从数据库或者其他数据源地方）
 ->SecurityMetadataSource
 getAttributes()
 ->AccessDecisionManager() 基于AccessDecisionVoter实现授权访问
 Decide()
 ->AccessDecisionVoter 受AccessDecisionManager委托实现授权访问
 vote()

默认授权过程会使用这样的工作流程，接下来来分析各个组件的功能与源码。

2.2 AbstractSecurityInterceptor分析

  FilterSecurityInterceptor为授权拦截器， 在FilterSecurityInterceptor中有一个封装了过滤链、request以及response的FilterInvocation对象进行操作，在FilterSecurityInterceptor，主要由invoke()调用其父类AbstractSecurityInterceptor的方法。 

invoke()分析：

public void invoke(FilterInvocation fi) throws IOException, ServletException {
 .....
 // 获取accessDecisionManager权限决策后结果状态、以及权限属性
 InterceptorStatusToken token = super.beforeInvocation(fi);

 try {
 fi.getChain().doFilter(fi.getRequest(), fi.getResponse());
 }
 finally {
 super.finallyInvocation(token);
 }

 super.afterInvocation(token, null);
 }
}

  AbstractSecurityInterceptor 的授权过滤器主要方法beforeInvocation(),afterInvocation()以及authenticateIfRequired(),其最主要的方法beforeInvocation() 分析如下：

protected InterceptorStatusToken beforeInvocation(Object object) {
 ....
 //从SecurityMetadataSource的权限属性
 Collection<ConfigAttribute> attributes = this.obtainSecurityMetadataSource()
 .getAttributes(object);
 if (attributes == null || attributes.isEmpty()) {
 .....
 publishEvent(new PublicInvocationEvent(object));
 return null; // no further work post-invocation
 }

 //调用认证环节获取authenticated（包含用户的详细信息）
 Authentication authenticated = authenticateIfRequired();

 // Attempt authorization
 try {
 //进行关键的一步：授权的最终决策
 this.accessDecisionManager.decide(authenticated, object, attributes);
 }
 catch (AccessDeniedException accessDeniedException) {
 publishEvent(new AuthorizationFailureEvent(object, attributes, authenticated,
 accessDeniedException));

 throw accessDeniedException;
 }



 // Attempt to run as a different user
 Authentication runAs = this.runAsManager.buildRunAs(authenticated, object,
 attributes);

 if (runAs == null) {
 if (debug) {
 logger.debug("RunAsManager did not change Authentication object");
 }

 // no further work post-invocation
 return new InterceptorStatusToken(SecurityContextHolder.getContext(), false,
 attributes, object);
 }
 else {
 if (debug) {
 logger.debug("Switching to RunAs Authentication: " + runAs);
 }

 SecurityContext origCtx = SecurityContextHolder.getContext();
 SecurityContextHolder.setContext(SecurityContextHolder.createEmptyContext());
 SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(runAs);

 // need to revert to token.Authenticated post-invocation
 return new InterceptorStatusToken(origCtx, true, attributes, object);
 }
}

2.3 SecurityMetadataSource

   SecurityMetadataSource是从数据库或者其他数据源中加载ConfigAttribute，为了在AccessDecisionManager.decide() 最终决策中进行match。其有三个方法：

Collection<ConfigAttribute> getAttributes(Object var1) throws IllegalArgumentException;//加载权限资源

Collection<ConfigAttribute> getAllConfigAttributes();//加载所有权限资源

boolean supports(Class<?> var1);

2.4 AccessDecisionManager

  AccessDecisionManager被AbstractSecurityInterceptor 拦截器调用进行最终访问控制决策。
  而且由AuthenticationManager创建的Authentication object中的GrantedAuthority，首先被授权模块中的 AccessDecisionManager读取使用，当复杂的GrantedAuthority，getAuthority（）为null，因此需要AccessDecisionManager专门支持GrantedAuthority实现以便了解其内容。

AccessDecisionManager接口方法：

 void decide(Authentication authentication, Object secureObject, Collection<ConfigAttribute> attrs) throws AccessDeniedException;

 boolean supports(ConfigAttribute attribute);

 boolean supports(Class clazz);

2.5 AccessDecisionVoter

  AccessDecisionManager.decide()将使用AccessDecisionVoter进行投票决策。AccessDecisionVoter进行投票访问控制决策，访问不通过就抛出AccessDeniedException。

AccessDecisionVoter接口方法：

int vote(Authentication authentication, Object object, Collection<ConfigAttribute> attrs);

 boolean supports(ConfigAttribute attribute);

 boolean supports(Class clazz);

AccessDecisionVoter的核心方法vote() 通常是获取Authentication的GrantedAuthority与已定义好的ConfigAttributes进行match，如果成功为投同意票，匹配不成功为拒绝票，当ConfigAttributes中无属性时，才投弃票。

  Spring Security提供了三种投票方式去实现AccessDecisionManager接口进行投票访问控制决策：

• ConsensusBased： 大多数voter同意访问就授权访问

• AffirmativeBased： 只要一个以上voter同意访问就授权访问，全部

• UnanimousBased ： 只有全体同意了才授权访问

  且AccessDecisionVoter用三个静态变量表示voter投票情况：

• ACCESS_ABSTAIN： 弃权

• ACCESS_DENIED： 拒绝访问

• ACCESS_GRANTED： 允许访问

  Note： 当所有voter都弃权时使用变量allowIfEqualGrantedDeniedDecisions来判断，true为通过，false抛出AccessDeniedException。

  此外可自定义AccessDecisionManager实现接口，因为可能某些AccessDecisionVoter具有权重比高投票权或者某些AccessDecisionVoter具有一票否定权。AccessDecisionVoter的Spring security实现类RoleVoter和AuthenticatedVoter。RoleVoter为最为常见的AccessDecisionVoter，其为简单的权限表示，并以前缀为ROLE_，vote匹配规则也跟上面一样。

源码分析：

 Public int vote(Authentication authentication,Object object,Collection<ConfigAttribute>attributes){
 //用户传递的authentication为null，拒绝访问
 if(authentication==null){

 return ACCESS_DENIED;

 }

 int result=ACCESS_ABSTAIN;

 Collection<?extendsGrantedAuthority>authorities=extractAuthorities(authentication);


 //依次进行投票
 for(ConfigAttributeattribute:attributes){
 if(this.supports(attribute)){
 result=ACCESS_DENIED;

 //Attempt to find a matching granted authority

 for(GrantedAuthorityauthority:authorities){

 if(attribute.getAttribute().equals(authority.getAuthority())){

 returnACCESS_GRANTED;
 }
 }
 }
 }

3. 案例-自定义组件

自定义组件：

1. 自定义FilterSecurityInterceptor，可仿写FilterSecurityInterceptor，实现抽象类AbstractSecurityInterceptor以及Filter接口，其主要的是把自定义的SecurityMetadataSource与自定义accessDecisionManager配置到自定义FilterSecurityInterceptor的拦截器中

2. 自定义SecurityMetadataSource，实现接口FilterInvocationSecurityMetadataSource，实现从数据库或者其他数据源中加载ConfigAttribute（即是从数据库或者其他数据源中加载资源权限）

3. 自定义accessDecisionManager，可使用基于AccessDecisionVoter实现权限认证的官方UnanimousBased

4. 自定义AccessDecisionVoter

3.1 自定义MyFilterSecurityInterceptor

自定义MyFilterSecurityInterceptor主要工作为：

• 加载自定义的SecurityMetadataSource到自定义的FilterSecurityInterceptor中；

• 加载自定义的AccessDecisionManager到自定义的FilterSecurityInterceptor中；

• 重写invoke方法

@Component
 public class MyFilterSecurityInterceptor extends AbstractSecurityInterceptor implements Filter {
 private FilterInvocationSecurityMetadataSource securityMetadataSource;


 @Override
 public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {

 }

 @Override
 public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
 FilterInvocation fi = new FilterInvocation(request, response, chain);
 invoke(fi);
 }

 private void invoke(FilterInvocation fi) throws IOException, ServletException {
 //fi里面有一个被拦截的url
 //里面调用MyInvocationSecurityMetadataSource的getAttributes(Object object)这个方法获取fi对应的所有权限
 //再调用MyAccessDecisionManager的decide方法来校验用户的权限是否足够
 InterceptorStatusToken token = super.beforeInvocation(fi);
 try {
 //执行下一个拦截器
 fi.getChain().doFilter(fi.getRequest(), fi.getResponse());
 } finally {
 super.afterInvocation(token, null);
 }
 }

 @Override
 public void destroy() {

 }

 @Override
 public Class<?> getSecureObjectClass() {
 return null;
 }

 @Override
 public SecurityMetadataSource obtainSecurityMetadataSource() {
 return this.securityMetadataSource;
 }

 public FilterInvocationSecurityMetadataSource getSecurityMetadataSource() {
 return this.securityMetadataSource;
 }

 //设置自定义的FilterInvocationSecurityMetadataSource
 @Autowired
 public void setSecurityMetadataSource(MyFilterInvocationSecurityMetadataSource messageSource) {
 this.securityMetadataSource = messageSource;
 }

 //设置自定义的AccessDecisionManager
 @Override
 @Autowired
 public void setAccessDecisionManager(AccessDecisionManager accessDecisionManager) {
 super.setAccessDecisionManager(accessDecisionManager);
 }
 }

3.2 自定义MyFilterInvocationSecurityMetadataSource

自定义MyFilterInvocationSecurityMetadataSource主要工作为：

• 从数据源中加载ConfigAttribute到SecurityMetadataSource资源器中

• 重写getAttributes()加载ConfigAttribute为AccessDecisionManager.decide()授权决策做准备。

 @Component
 public class MyFilterInvocationSecurityMetadataSource implements FilterInvocationSecurityMetadataSource {
 private Map<String, Collection<ConfigAttribute>> configAttubuteMap = null;

 private void loadResourceDefine() {
 //todo 加载数据库的所有权限
 Collection<ConfigAttribute> attributes;
 }

 @Override
 public Collection<ConfigAttribute> getAttributes(Object object) throws IllegalArgumentException {
 AntPathRequestMatcher matcher;
 String resUrl;
 HttpServletRequest request = ((FilterInvocation) object).getRequest();
 //1.加载权限资源数据
 if (configAttubuteMap == null) {
 loadResourceDefine();
 }
 Iterator<String> iterator = configAttubuteMap.keySet().iterator();
 while (iterator.hasNext()) {
 resUrl = iterator.next();
 matcher = new AntPathRequestMatcher(resUrl);
 if (matcher.matches(request)) {
 return configAttubuteMap.get(resUrl);
 }
 }
 return null;
 }

 @Override
 public Collection<ConfigAttribute> getAllConfigAttributes() {
 return null;
 }

 @Override
 public boolean supports(Class<?> clazz) {
 return FilterInvocation.class.isAssignableFrom(clazz);
 }
 }

3.3 自定义MyAccessDecisionManager

自定义MyAccessDecisionManager主要工作为：

• 重写最终授权决策decide()，自定义授权访问策略

 @Component
 public class MyAccessDecisionManager implements AccessDecisionManager {
 @Override
 public void decide(Authentication authentication, Object object, Collection<ConfigAttribute> configAttributes) throws AccessDeniedException, InsufficientAuthenticationException {
 ConfigAttribute c;
 String needRole;
 if(null== configAttributes || configAttributes.size() <=0) {
 return;
 }
 //1.获取已定义的好资源权限配置
 Iterator<ConfigAttribute> iterable=configAttributes.iterator();
 while (iterable.hasNext()){
 c=iterable.next();
 needRole=c.getAttribute();
 //2.依次比对用户角色对应的资源权限
 for (GrantedAuthority grantedAuthority:authentication.getAuthorities()){
 if(needRole.trim().equals(grantedAuthority.getAuthority())){
 return;
 }
 }
 }

 }

 @Override
 public boolean supports(ConfigAttribute attribute) {
 return true;
 }

 @Override
 public boolean supports(Class<?> clazz) {
 return true;
   

3.4 配置SecurityConfig

配置SecurityConfig主要工作为：

• 将FilterSecurityInterceptor拦截器加载WebSecurityConfig中

protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
 http.headers().frameOptions().disable().and()
 //表单登录
 .formLogin()
 .loginPage(SecurityConstants.APP_FORM_LOGIN_PAGE)
 .loginProcessingUrl(SecurityConstants.APP_FORM_LOGIN_URL)
 .successHandler(authenticationSuccessHandler())
 .failureHandler(authenticationFailureHandler())
 .and()
 //应用sms认证配置
 .apply(smsAuthenticationSecurityConfig)
 .and()
 //允许通过
 .authorizeRequests()
 .antMatchers(SecurityConstants.APP_MOBILE_VERIFY_CODE_URL,
 SecurityConstants.APP_USER_REGISTER_URL,
 SecurityConstants.APP_FORM_LOGIN_INDEX_URL)
 .permitAll()//以上的请求都不需要认证
 .and()
 //“记住我”配置
 .rememberMe()
 .tokenRepository(jdbcTokenRepository())//token入库处理类
 .tokenValiditySeconds(SecurityConstants.REMEMBER_ME_VERIFY_TIME)//remember-me有效时间设置
 .rememberMeParameter(SecurityConstants.REMEMBER_ME_PARAM_NAME)//请求参数名设置
 .and()
 .csrf().disable();
 //增加自定义权限授权拦截器
 http.addFilterBefore(myFilterSecurityInterceptor,FilterSecurityInterceptor.class);
 }

总结

   Spring Security授权过程中，主要涉及了上面上面所述的组件，其中主要的还是跟着源码多跑几遍，了解其中的原理，才能更加流畅的码代码。到此为止写完Spring Security的认证和授权分析流程，接下来会结合前面小节，写一个Spring security完美的权限管理系统。