shiro安全框架

原文：http://blog.csdn.net/boonya/article/details/8233303

 

可能大家早先会见过 J-security，这个是 Shiro 的前身。在 2009 年 3 月初之前，这个安全框架叫做 J-security，由于某些原因，更名为 Shiro（或者 Ki，意为 Fortress），是 Apache 的孵化项目，鉴于本文编写时 Shiro 的还没有正式发布的版本，本文使用的是 Jsecurity 的稳定版本 0.9，本文中 Shiro 等同于 Jsecurity。

本文代码的开发环境：

Jsecurity 0.9
• Grails 1.2.0
• Grails Shiro Plugin 1.0.1
• SpringSource Tool Suite 2.3

 

• 易于理解的 Java Security API；
• 简单的身份认证（登录），支持多种数据源（LDAP，JDBC，Kerberos，ActiveDirectory 等）；
• 对角色的简单的签权（访问控制），支持细粒度的签权；
• 支持一级缓存，以提升应用程序的性能；
• 内置的基于 POJO 企业会话管理，适用于 Web 以及非 Web 的环境；
• 异构客户端会话访问；
• 非常简单的加密 API；
• 不跟任何的框架或者容器捆绑，可以独立运行。

JAAS —面世的时间最早，但是鉴于其在使用上有很大的限制，很少有人真正的使用它。可以说它不是一个好的应用程序级别的安全框架；

下面就开始我们的 Shiro 之旅吧！

图 1. 整体架构

 

• SecurityManager

  典型的 Facade，Shiro 通过它对外提供安全管理的各种服务。

• Authenticator

  对“Who are you ？”进行核实。通常涉及用户名和密码。

  这个组件负责收集 principals 和 credentials，并将它们提交给应用系统。如果提交的 credentials 跟应用系统中提供的 credentials 吻合，就能够继续访问，否则需要重新提交 principals 和 credentials，或者直接终止访问。

• Authorizer

  身份份验证通过后，由这个组件对登录人员进行访问控制的筛查，比如“who can do what”， 或者“who can do which actions”。Shiro 采用“基于 Realm”的方法，即用户（又称 Subject）、用户组、角色和 permission 的聚合体。

• Session Manager

  这个组件保证了异构客户端的访问，配置简单。它是基于 POJO/J2SE 的，不跟任何的客户端或者协议绑定。

从 Shiro 的框架图，已经能够体会到这个工具的简单了。下面让我们来看看 Shiro 是如何工作的。先了解一下它的安全模型吧！见下图：

图 2. 安全模型

 

• Subject 是安全领域术语，除了代表人，它还可以是应用。在单应用中，可将其视为 User 的同义词。
• Principal 是 Subject 的标识，一般情况下是唯一标识，比如用户名。
• Role 和 Permission 分别代表了不同粒度的权限，从上图中可以看出 Role 的粒度更大些，Permission 代表了系统的原子权限，比如数据的修改、删除权限。对于简单的权限应用，可以不需要 Permission。
• Realm 是一个执行者，负责真正的认证和鉴权。

 

• role 没有实质内容，只是代表一组 permission，目的是为了管理的方便，一般都是动态定义；
• permission 一般都是预先定义好的，不允许动态改变，除非源代码改动，它才会变化，它是整个安全模块的基础；
• 要使 permission 也能动态定义，并非不可能，但是这将使鉴权非常复杂，甚至可能导致鉴权语句遍布整个程序，得不偿失；
• 当然有一个例外：如果知道 permission 动态定义的规则和鉴权规则，如 Grails 的 fileter 中“${controllerName}:${actionName}:${params.id}”也可实现 permission 的动态定义

图 3. 关键类

AuthenticationToken 和 AuthenticationInfo

RememberMe

Credentials 和 CredentialsMatcher

图 4. CredentialsMatcher 的作用

PAM= Pluggable Authentication Modules

AuthorizationInfo

PermissionResolver 和 Permission

图 5. PermissionResolver 和 Permission 的关系

内置的权限有 2 个：

AllPermission，总是返回 true
• WildcardPermission，权限字符串的表示方式。

如果要比较权限字符串，可以使用 permission1.implies(permission2)，它分别比较对应位置的字符串，在如下情况中，结果会返回 true：

permission1 中的子串有 * 或 permission1 子串 ==permission2 子串；
• permission1 无子串，permission2 有；
• permission1 有子串，permission2 无，permission1 的所有子串都是 *。

 

• 权限的比较实际是字符串的比较，只不过是考虑到了字符串的分级
• 字符串的分级划分完全由使用者自己决定，Shiro 的惯例是 3 级：资源 : 操作 : 实例。
• 字符串的使用必须一致，分隔符之间不要有空格，避免无意间引入的不一致。如：定义使用“file : create, update : 1”，而验证使用“file : update”，那么分解之后一个是“ update ”，一个是“ update”，因空格而引起不等。

Realm

图 6. JdbcRealm 的继承链

Session

SecurityManager

Filter

图 7. Filter 的作用

 

• web.xml 中只需配置 JSecurityFilter。对于 Spring 应用，则使用 SpringJSecurityFilter；
• 子 filter 作为主 filter 的配置参数值出现，特点是：顺序相关
  1.  
     • 对于多个 URL，验证顺序是由上至下，类似 Exception 的匹配。因此，使用顺序应该是由细到粗。
     • 对于同一 URL，子 filter 的验证顺序是从左至右的 AND 操作。
• 如果配置值中含有分隔符，如 Permission，就需要使用引号来转义。

Subject

Configuration

图 8. 配置关系

 

• JSecurityFilter 创建 Configuration 实例，并将 ini 参数值传给 Configuation。在 Spring 环境中，分别使用 SpringJSecurityFilter 和 SpringIniWebConfiguration。
• Configuration 实际就是 SecurityManager 的 Factroy，对 SpringIniWebConfiguration 而言，它需要知道 SecurityManager 的 BeanName，该值由 SpringJSecurityFilter 的初始化参数“securityManagerBeanName”值决定。即 SpringJSecurityFilter，实际有两个初始化参数：

 
• config，是 ini 配置文件内容
• securityManagerBeanName，是 SecurityManager 的 BeanName

SecurityUtils

杂项

AOP，提供 AOP 方面的支持，实现对某个类某个方法的拦截，从而使权限控制延伸至类的方法。
• Cache，提供缓存支持
• Codec，提供编码方面的支持
• Crypto，提供加密支持
• IO，从多个资源位置读写原始数据
• JNDI，提供 jndi 支持
• util，工具类支持
• 标签类，用于 Web 页面

在开始案例的学习之前，先作好准备工作 -- 获得 Shiro 相关的 jar 包，获取途径有两种：

直接到 J-security 的网站上 

下 载

，本文用到的就是这个；
1. 由于 Shiro 目前是 Apache 的孵化项目，还没有发布正式的版本，但是我们可以到 Subversion 上下载代码，之后使用 Maven 构建

   mkdir shiro

   cd shiro

   svn co https://svn.apache.org/repos/asf/incubator/shiro/trunk/

   mvn install

示例一：让 Shiro 为你的应用服务

 

• 用户登录后方可进入系统；
• 假定一个 message 的安全内容，用户可以创建 message 的内容，但是如果需要修改 / 删除 message 的内容就必须具有相应的权限；
• Admin 具有所有的权限；
• message 的权限跟角色关联。

图 9 程序执行的流程

好了，开始程序的编写啦！

创建安全领域类

清单 1. User/Role/Permission 的 Domain class

 class User { 
    String username 
    String password    
    static hasMany= [roles: Role] 
    static belongsTo= Role
    ……
 } 
 class Role { 
    String rolename    
    static hasMany= [users: User, permissions: Permission] 
    ……
 } 
 class Permission { 
    String permission 
    
    static hasMany= [roles: Role] 
    static belongsTo= Role 
    ……
 } 

 

这里使用了最简单的情形，即权限传递结构为：Permission -> Role -> User。通常情况下，Permission 也可以分配给单个 User。

创建一个安全实体

清单 2. message 的 Domain class

 class Message { 
 String details 
 User user 
    static constraints = { 
 } 
 } 

 

配置 web.xml

清单 3. 在 web.xml 加入 SecurityFilter 的内容：

 <filter> 
        <filter-name>SecurityFilter</filter-name> 
        <filter-class> 
 org.jsecurity.spring.SpringJSecurityFilter 
 </filter-class> 
        <init-param> 
            <param-name>securityManagerBeanName</param-name> 
            <param-value>jsecSecurityManager</param-value> 
        </init-param> 
 </filter> 
 <filter-mapping> 
        <filter-name>SecurityFilter</filter-name> 
        <url-pattern>/*</url-pattern> 
 </filter-mapping> 

 

 

• 这个 Filter 应该在 Grails 的 web.xml 中所有缺省的 Filter 最后；
• url-pattern 不要使用“/**”，因为这样会造成登录页的 css 和图片无法访问。解决办法，可以通过遵循“只能通过 Controller/Action 访问”这个规则，并使用 Grails 的 Filter 机制，可以保证所有安全 URL 不被非法访问。

创建 realm

清单 4. conf/spring/resources.groovy

 beans = { 
    credentialMatcher( 
 org.jsecurity.authc.credential.Sha1CredentialsMatcher) { 
        storedCredentialsHexEncoded = true 
 }    

    permissionResolver( 
 org.jsecurity.authz.permission.WildcardPermissionResolver) 
    
    realm(org.jsecurity.realm.jdbc.JdbcRealm){ 
        permissionResolver = ref("permissionResolver") 
        dataSource = ref("dataSource") 
        permissionsLookupEnabled= true 
        permissionsQuery= "select permission from 
 permission, role_permissions, role where 
 permission.id= permission_id and role_id= role.id and rolename= ?"
        userRolesQuery= "select rolename from role, role_users, user 
 where role.id=role_id and user_id= user.id and username=?"
        authenticationQuery= "select password from user where username=?"
    } 
    
 jsecSecurityManager( 
 org.jsecurity.web.DefaultWebSecurityManager) { 
 bean ->bean.destroyMethod = "destroy"
        realms = [ ref("realm") ] 
    } 
 } 

 

接分配给 User，即 Permission 和 User 之间是多对多关系，那么 permissionsQuery 应该使用 union，即“role 相关 permission union user 相关 permission”。对于 User 有多个 Role 的情况，JdbcRealm 会循环得出总的结果。

安全守护神：SecurityFilters

清单 5. SecurityFilters

 import org.jsecurity.SecurityUtils 

 class SecurityFilters { 
    def filters = { 
        authc(controller:'*', action:'*', ) { 
            before = { 
                if(controllerName!='auth'){ 
                    def subject = SecurityUtils.subject 
                    if (!subject.authenticated) { 
                        redirect( 
                                controller: 'auth', 
                                action: 'login', 
                                params: [ 
                                targetUri: request.forwardURI - request.contextPath 
                                 ]) 
                        return false 
                    } 
                } 
            } 
        } 
        
        admin(controller: 'user|role|permission', action: '*'){ 
            before = { 		
                def subject= SecurityUtils.subject 
                if(!subject.hasRole('admin')){ 
                    redirect(controller: 'auth', action: 'unauthorized') 
                    return false 
                } 
            } 
        } 
        
        editmessage(controller: 'message', action: 'update|delete'){ 
            before = { 
                def subject= SecurityUtils.subject 
                if(!subject.isPermitted( 
"${controllerName}:${actionName}:${params.id}")){ 
                    redirect(controller: 'auth', action: 'unauthorized') 
                    return false 
                } 
            } 
        } 
    } 
 } 

 

 

• authc 表示的是所有用户对应用系统的任何访问都要经过 auth 认证，对于没有认证的用户的访问会重定向到登录界面；
• admin 表示的是属于 admin 角色的用户对 user/role/permission 具有所有权限，对于非 admin 角色的用户会对其提示没有 user/role/permission 的访问权限；
• editmessage 表示当用户对 message 进行修改或者删除的时候对其进行鉴权，只有具有 message 的 update/delete 权限的用户才能对 message 进行修改。

认证的代码

清单 6. 认证代码

 def signIn = { 
       // 创建 AuthenticationToken 
        def authToken = new UsernamePasswordToken( 
         params.username, 
         params.password) 
        if (params.rememberMe) { 
            authToken.rememberMe = true 
        } 
        try{        
            // 使用 SecurityManager 的 login 登录    
            this.jsecSecurityManager.login(authToken) 
	    flash.message = message(code: "$params.username") 	    
            def targetUri = params.targetUri ?: "/"
            log.info "Redirecting to '${targetUri}'."	    
            redirect(uri: targetUri) 
        } 
        catch (AuthenticationException ex){ 
            // 如果出现异常，显示出错信息
            log.info "Authentication failure for user '${params.username}'."
            flash.message = message(code: "login.failed") 
            def m = [ username: params.username ] 			
            if (params.rememberMe) { 
                m['rememberMe'] = true 
            } 
            if (params.targetUri) { 
                m['targetUri'] = params.targetUri 
            } 
            redirect(action: 'login', params: m) 
        } 
    } 

 

 

•  
  •  
    • 如果对所有 message 具有修改权限，权限字符串可以为：message:delete,update:*；
    • 如果针对某一个 message 具有修改权限，权限字符串可以为：message:update,delete:messageid。

示例二：使用 Shiro Plugin 快速构建安全模块

使用步骤如下：

安装 Shiro Plugin，在你的 grails 项目中运行：

grails install-plugin shiro

， 会创建 grails-app/realms 目录，并提供如下新的 Grails 命令：
• grails create-auth-controller，创建 AuthController 以及登录窗口，Controller 提供了登录、登出和权限验证失败处理等 Action。
• grails create-db-realm，创建一个访问数据库的 Realm
• grails create-ldap-realm，创建一个访问 ldap 的 Realm
• grails create-wildcard-realm，创建一个访问数据库的 Realm，但使用的是 Shiro 的 WildcardPermission。
• grails quick-start，它是 create-auth-controller 和 create-db-realm 的集合体，是 Shiro 的快速入门，在接下来的内容中将详细介绍它的使用。
1. 下面进行 Shiro 快速入门。在 grails 项目的目录下执行：grails quick-start，这个命令会创 建如下内容：
   • 在 grails-app/realms 下创建 ShiroDbRealm，这个 realm 是访问控制的信息库，用来决定一个用户有权访问哪些内容；
   • 在 grails-app/domain 创建 ShiroRole.groovy 和 ShiroUser.groovy；
   • 在 grails-app/controllers 下创建 AuthController，这里提供了登录和退出的 action；
   • 在 grails-app/views 下创建 auth 文件夹以及 login.gsp；
   • 在 grails-app/conf/ 下创建 SecurityFilters.groovy，这里管理着对所有 controller 和 action 的访问控制。
2. 启动程序，当访问 controller 的时候，页面就会重定向到登录页面。但是这个时候是无法登录，因为我们没有添加用户。
3. 进入到 grails-app/conf/ 修改 BootStrap.groovy， 
   
   清单 7. 修改后的 BootStrap.groovy
   

    def init = { servletContext -> 
    def user = new User(username: "user", 
   		 passwordHash: new Sha1Hash("user").toHex()) 
   	 user.save() 
   	 def role= new Role(name:"admin").addToUsers(user).save() 		
        } 

   
   

   重新启动程序，就能使用 user/user 登陆了。

4. 在 plugin 缺省创建的 SecurityFilters 中使用了对所有 URL 进行 before 拦截，但是我们根据实际情况进行修改，例如我们要示例一的 filter 内容，就可以做如下更改： 
   
   清单 8. 更改后的 SecurityFilters
   

    auth(controller: "*", action: "*"){ 
   	  before={ 
   	    accessControl{true} 
   	  } 
    } 
   　　　 management(controller: "user|role|permission", action: "*"){ 
   	   before={ 
   	      accessControl{role("admin")} 
   	   } 
   	 } 
   	 message(controller: "message", action: "delete|update"){ 
   	   before={ 
   	      accessControl{ 	　　
   　　　　　　　   permission("message:${actionName}:${params.id}") 
   	      } 
   	   } 
   	 } 

   
   

   看到这里，读者可能已经注意到了，这里的代码比示例一中的 Filter 的代码简单的许多。对，Shiro 插件已经将示例一中的类似代码封装到 ShiroGrailsPlugin.groovy 中了，我们使用的时候只需要：

   调用 accessControl 方法，该方法的参数可以是 Map、Closure 或者 Map+Closure；

   使用 role( …… )，验证访问对象是否具有相应的角色；

   使用 permission( …… )，验证访问对象是否具有相应的 Permission。

5. 授权部分内容参见上一示例，这里不做冗述。
6. Shiro Plugin 中除了为我们提供了上述方便之外，还提供了一些常用的 taglib 来增强用户界面 , 这些 taglib 都在 pluginPath/grails-app/taglib /ShiroTagLib.groovy 中定义，我们可以直接在 gsp 中使用它们。

   比如，只有具有修改权限的用户才能够看到一些修改类的按钮显示，可以这样写：

   
   
   清单 9. Taglib 的使用
   

    <shiro:hasPermission permission="message:update,delete"> 
      <span class="button"> 
    <g:actionSubmit class="edit" value="Edit" /> 
    </span> 
      <span class="button"> 
    <g:actionSubmit class="delete" 
    onclick="return confirm('Are you sure?');" 
    value="Delete" /> 
    </span> 
    </shiro:hasPermission> 

   
   

   如下是经常使用到的 Tag：

   • principal， 输出当前用户的标识
   • hasRole，判断当前用户是否属于给定的角色，参数：name
   • hasPermission, 判断当前用户是否具有指定的权限，参数：type，action 或者 permission
   • isLoggedIn， 判断当前用户是否已经登录
   • hasAnyRole，判断当前用户是否属于给定的某个角色，参数：in

如果您已经非常了解了 Shiro，可以采用示例一的方式自己写所有的代码，但是对于初学者，作者还建议使用 Shiro plugin，这个插件帮助我们生成了安全相关的基本内容，以及提供了方便的 Tag。

这里给大家举的示例只是抛砖引玉。Shiro 真正的精髓还需要在项目中慢慢的体会。本文是引领我们走向 Shiro 的第一步。在这里要感谢胡键对本文编写的大力支持。

下载本文中的示例代码