Realm 及相关对象

Realm

【Realm】及【Authorizer】部分都已经详细介绍过 Realm 了,接下来再来看一下一般真实环境下的 Realm 如何实现。

1、定义实体及关系

即用户 - 角色之间是多对多关系,角色 - 权限之间是多对多关系;且用户和权限之间通过角色建立关系;在系统中验证时通过权限验证,角色只是权限集合,即所谓的显示角色;其实权限应该对应到资源(如菜单、URL、页面按钮、Java 方法等)中,即应该将权限字符串存储到资源实体中,但是目前为了简单化,直接提取一个权限表,【综合示例】部分会使用完整的表结构。

用户实体包括:编号 (id)、用户名 (username)、密码 (password)、盐 (salt)、是否锁定 (locked);是否锁定用于封禁用户使用,其实最好使用 Enum 字段存储,可以实现更复杂的用户状态实现。 角色实体包括:、编号 (id)、角色标识符(role)、描述(description)、是否可用(available);其中角色标识符用于在程序中进行隐式角色判断的,描述用于以后再前台界面显示的、是否可用表示角色当前是否激活。 权限实体包括:编号(id)、权限标识符(permission)、描述(description)、是否可用(available);含义和角色实体类似不再阐述。

另外还有两个关系实体:用户 - 角色实体(用户编号、角色编号,且组合为复合主键);角色 - 权限实体(角色编号、权限编号,且组合为复合主键)。

sql 及实体请参考源代码中的 sql\shiro.sql 和 com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.entity 对应的实体。

2、环境准备

为了方便数据库操作,使用了 "org.springframework: spring-jdbc: 4.0.0.RELEASE" 依赖,虽然是 spring4 版本的,但使用上和 spring3 无区别。其他依赖请参考源码的 pom.xml。

3、定义 Service 及 Dao

为了实现的简单性,只实现必须的功能,其他的可以自己实现即可。

PermissionService

public interface PermissionService {
    public Permission createPermission(Permission permission);
    public void deletePermission(Long permissionId);
}

实现基本的创建 / 删除权限。

RoleService

public interface RoleService {
    public Role createRole(Role role);
    public void deleteRole(Long roleId);
    //添加角色-权限之间关系
    public void correlationPermissions(Long roleId, Long... permissionIds);
    //移除角色-权限之间关系
    public void uncorrelationPermissions(Long roleId, Long... permissionIds);//
}

相对于 PermissionService 多了关联 / 移除关联角色 - 权限功能。

UserService

public interface UserService {
    public User createUser(User user); //创建账户
    public void changePassword(Long userId, String newPassword);//修改密码
    public void correlationRoles(Long userId, Long... roleIds); //添加用户-角色关系
    public void uncorrelationRoles(Long userId, Long... roleIds);// 移除用户-角色关系
    public User findByUsername(String username);// 根据用户名查找用户
    public Set<String> findRoles(String username);// 根据用户名查找其角色
    public Set<String> findPermissions(String username); //根据用户名查找其权限
}

此处使用 findByUsername、findRoles 及 findPermissions 来查找用户名对应的帐号、角色及权限信息。之后的 Realm 就使用这些方法来查找相关信息。

UserServiceImpl

public User createUser(User user) {
    //加密密码
    passwordHelper.encryptPassword(user);
    return userDao.createUser(user);
}
public void changePassword(Long userId, String newPassword) {
    User user =userDao.findOne(userId);
    user.setPassword(newPassword);
    passwordHelper.encryptPassword(user);
    userDao.updateUser(user);
}

在创建账户及修改密码时直接把生成密码操作委托给 PasswordHelper。

PasswordHelper

public class PasswordHelper {
    private RandomNumberGenerator randomNumberGenerator =
     new SecureRandomNumberGenerator();
    private String algorithmName = "md5";
    private final int hashIterations = 2;
    public void encryptPassword(User user) {
        user.setSalt(randomNumberGenerator.nextBytes().toHex());
        String newPassword = new SimpleHash(
                algorithmName,
                user.getPassword(),
                ByteSource.Util.bytes(user.getCredentialsSalt()),
                hashIterations).toHex();
        user.setPassword(newPassword);
    }
}

之后的 CredentialsMatcher 需要和此处加密的算法一样。user.getCredentialsSalt() 辅助方法返回 username+salt。

为了节省篇幅,对于 DAO/Service 的接口及实现,具体请参考源码com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6。另外请参考 Service 层的测试用例 com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.service.ServiceTest。

4、定义 Realm

RetryLimitHashedCredentialsMatcher
和第五章的一样,在此就不罗列代码了,请参考源码 com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.credentials.RetryLimitHashedCredentialsMatcher。

UserRealm

另外请参考 Service 层的测试用例 com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.service.ServiceTest。

public class UserRealm extends AuthorizingRealm {
    private UserService userService = new UserServiceImpl();
    protected AuthorizationInfo doGetAuthorizationInfo(PrincipalCollection principals) {
        String username = (String)principals.getPrimaryPrincipal();
        SimpleAuthorizationInfo authorizationInfo = new SimpleAuthorizationInfo();
        authorizationInfo.setRoles(userService.findRoles(username));
        authorizationInfo.setStringPermissions(userService.findPermissions(username));
        return authorizationInfo;
    }
    protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
        String username = (String)token.getPrincipal();
        User user = userService.findByUsername(username);
        if(user == null) {
            throw new UnknownAccountException();//没找到帐号
        }
        if(Boolean.TRUE.equals(user.getLocked())) {
            throw new LockedAccountException(); //帐号锁定
        }
        //交给AuthenticatingRealm使用CredentialsMatcher进行密码匹配,如果觉得人家的不好可以在此判断或自定义实现
        SimpleAuthenticationInfo authenticationInfo = new SimpleAuthenticationInfo(
                user.getUsername(), //用户名
                user.getPassword(), //密码
                ByteSource.Util.bytes(user.getCredentialsSalt()),//salt=username+salt
                getName()  //realm name
        );
        return authenticationInfo;
    }
}

1、UserRealm 父类 AuthorizingRealm 将获取 Subject 相关信息分成两步 :获取身份验证信息(doGetAuthenticationInfo)及授权信息(doGetAuthorizationInfo);

2、doGetAuthenticationInfo 获取身份验证相关信息 :首先根据传入的用户名获取 User 信息;然后如果 user 为空,那么抛出没找到帐号异常 UnknownAccountException;如果 user 找到但锁定了抛出锁定异常 LockedAccountException;最后生成 AuthenticationInfo 信息,交给间接父类 AuthenticatingRealm 使用 CredentialsMatcher 进行判断密码是否匹配,如果不匹配将抛出密码错误异常 IncorrectCredentialsException;另外如果密码重试此处太多将抛出超出重试次数异常 ExcessiveAttemptsException;在组装 SimpleAuthenticationInfo 信息时,需要传入:身份信息(用户名)、凭据(密文密码)、盐(username+salt),CredentialsMatcher 使用盐加密传入的明文密码和此处的密文密码进行匹配。

3、doGetAuthorizationInfo 获取授权信息 :PrincipalCollection 是一个身份集合,因为我们现在就一个 Realm,所以直接调用 getPrimaryPrincipal 得到之前传入的用户名即可;然后根据用户名调用 UserService 接口获取角色及权限信息。

5、测试用例

为了节省篇幅,请参考测试用例 com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.UserRealmTest。包含了:登录成功、用户名错误、密码错误、密码超出重试次数、有 / 没有角色、有 / 没有权限的测试。

AuthenticationToken

AuthenticationToken 用于收集用户提交的身份(如用户名)及凭据(如密码):

public interface AuthenticationToken extends Serializable {
    Object getPrincipal(); //身份
    Object getCredentials(); //凭据
}

扩展接口 RememberMeAuthenticationToken:提供了 "boolean isRememberMe()" 现"记住我"的功能; 扩展接口是 HostAuthenticationToken:提供了 "String getHost()" 方法用于获取用户 "主机" 的功能。

Shiro 提供了一个直接拿来用的 UsernamePasswordToken,用于实现用户名 / 密码 Token 组,另外其实现了 RememberMeAuthenticationToken 和 HostAuthenticationToken,可以实现记住我及主机验证的支持。

AuthenticationInfo

AuthenticationInfo 有两个作用:

  1. 如果 Realm 是 AuthenticatingRealm 子类,则提供给 AuthenticatingRealm 内部使用的 CredentialsMatcher 进行凭据验证;(如果没有继承它需要在自己的 Realm 中自己实现验证);
  2. 提供给 SecurityManager 来创建 Subject(提供身份信息);

MergableAuthenticationInfo 用于提供在多 Realm 时合并 AuthenticationInfo 的功能,主要合并 Principal、如果是其他的如 credentialsSalt,会用后边的信息覆盖前边的。

比如 HashedCredentialsMatcher,在验证时会判断 AuthenticationInfo 是否是 SaltedAuthenticationInfo 子类,来获取盐信息。

Account 相当于我们之前的 User,SimpleAccount 是其一个实现;在 IniRealm、PropertiesRealm 这种静态创建帐号信息的场景中使用,这些 Realm 直接继承了 SimpleAccountRealm,而 SimpleAccountRealm 提供了相关的 API 来动态维护 SimpleAccount;即可以通过这些 API 来动态增删改查 SimpleAccount;动态增删改查角色 / 权限信息。及如果您的帐号不是特别多,可以使用这种方式,具体请参考 SimpleAccountRealm Javadoc。

其他情况一般返回 SimpleAuthenticationInfo 即可。

PrincipalCollection

因为我们可以在 Shiro 中同时配置多个 Realm,所以呢身份信息可能就有多个;因此其提供了 PrincipalCollection 用于聚合这些身份信息:

public interface PrincipalCollection extends Iterable, Serializable {
    Object getPrimaryPrincipal(); //得到主要的身份
    <T> T oneByType(Class<T> type); //根据身份类型获取第一个
    <T> Collection<T> byType(Class<T> type); //根据身份类型获取一组
    List asList(); //转换为List
    Set asSet(); //转换为Set
    Collection fromRealm(String realmName); //根据Realm名字获取
    Set<String> getRealmNames(); //获取所有身份验证通过的Realm名字
    boolean isEmpty(); //判断是否为空
}

因为 PrincipalCollection 聚合了多个,此处最需要注意的是 getPrimaryPrincipal,如果只有一个 Principal 那么直接返回即可,如果有多个 Principal,则返回第一个(因为内部使用 Map 存储,所以可以认为是返回任意一个);oneByType / byType 根据凭据的类型返回相应的 Principal;fromRealm 根据 Realm 名字(每个 Principal 都与一个 Realm 关联)获取相应的 Principal。

MutablePrincipalCollection 是一个可变的 PrincipalCollection 接口,即提供了如下可变方法:

public interface MutablePrincipalCollection extends PrincipalCollection {
    void add(Object principal, String realmName); //添加Realm-Principal的关联
    void addAll(Collection principals, String realmName); //添加一组Realm-Principal的关联
    void addAll(PrincipalCollection principals);//添加PrincipalCollection
    void clear();//清空
}

目前 Shiro 只提供了一个实现 SimplePrincipalCollection,还记得之前的 AuthenticationStrategy 实现嘛,用于在多 Realm 时判断是否满足条件的,在大多数实现中(继承了 AbstractAuthenticationStrategy)afterAttempt 方法会进行 AuthenticationInfo(实现了 MergableAuthenticationInfo)的 merge,比如 SimpleAuthenticationInfo 会合并多个 Principal 为一个 PrincipalCollection。

对于 PrincipalMap 是 Shiro 1.2 中的一个实验品,暂时无用,具体可以参考其 Javadoc。接下来通过示例来看看 PrincipalCollection。

1、准备三个 Realm

MyRealm1

public class MyRealm1 implements Realm {
    @Override
    public String getName() {
        return "a"; //realm name 为 "a"
    }
    //省略supports方法,具体请见源码
    @Override
    public AuthenticationInfo getAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
        return new SimpleAuthenticationInfo(
                "zhang", //身份 字符串类型
                "123",   //凭据
                getName() //Realm Name
        );
    }
}

MyRealm2

和 MyRealm1 完全一样,只是 Realm 名字为 b。

MyRealm3

public class MyRealm3 implements Realm {
    @Override
    public String getName() {
        return "c"; //realm name 为 "c"
    }
    //省略supports方法,具体请见源码
    @Override
    public AuthenticationInfo getAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
        User user = new User("zhang", "123");
        return new SimpleAuthenticationInfo(
                user, //身份 User类型
                "123",   //凭据
                getName() //Realm Name
        );
    }
}

和 MyRealm1 同名,但返回的 Principal 是 User 类型。

2、ini 配置(shiro-multirealm.ini)

[main]
realm1=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.MyRealm1
realm2=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.MyRealm2
realm3=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.MyRealm3
securityManager.realms=$realm1,$realm2,$realm3

3、测试用例(com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.PrincialCollectionTest)

因为我们的 Realm 中没有进行身份及凭据验证,所以相当于身份验证都是成功的,都将返回:

Object primaryPrincipal1 = subject.getPrincipal();
PrincipalCollection princialCollection = subject.getPrincipals();
Object primaryPrincipal2 = princialCollection.getPrimaryPrincipal();

我们可以直接调用 subject.getPrincipal 获取 PrimaryPrincipal(即所谓的第一个);或者通过 getPrincipals 获取 PrincipalCollection;然后通过其 getPrimaryPrincipal 获取 PrimaryPrincipal。

Set<String> realmNames = princialCollection.getRealmNames();

获取所有身份验证成功的 Realm 名字。

Set<Object> principals = princialCollection.asSet(); //asList 和 asSet 的结果一样

将身份信息转换为 Set/List,即使转换为 List,也是先转换为 Set 再完成的。

Collection<User> users = princialCollection.fromRealm("c");

根据 Realm 名字获取身份,因为 Realm 名字可以重复,所以可能多个身份,建议 Realm 名字尽量不要重复。

AuthorizationInfo

AuthorizationInfo 用于聚合授权信息的:

public interface AuthorizationInfo extends Serializable {
    Collection<String> getRoles(); //获取角色字符串信息
    Collection<String> getStringPermissions(); //获取权限字符串信息
    Collection<Permission> getObjectPermissions(); //获取Permission对象信息
}

当我们使用 AuthorizingRealm 时,如果身份验证成功,在进行授权时就通过 doGetAuthorizationInfo 方法获取角色 / 权限信息用于授权验证。

Shiro 提供了一个实现 SimpleAuthorizationInfo,大多数时候使用这个即可。

对于 Account 及 SimpleAccount,之前的【6.3 AuthenticationInfo】已经介绍过了,用于 SimpleAccountRealm 子类,实现动态角色 / 权限维护的。

Subject

Subject 是 Shiro 的核心对象,基本所有身份验证、授权都是通过 Subject 完成。

1、身份信息获取

Object getPrincipal(); //Primary Principal
PrincipalCollection getPrincipals(); // PrincipalCollection

2、身份验证

void login(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException;
boolean isAuthenticated();
boolean isRemembered();

通过 login 登录,如果登录失败将抛出相应的 AuthenticationException,如果登录成功调用 isAuthenticated 就会返回 true,即已经通过身份验证;如果 isRemembered 返回 true,表示是通过记住我功能登录的而不是调用 login 方法登录的。isAuthenticated/isRemembered 是互斥的,即如果其中一个返回 true,另一个返回 false。

3、角色授权验证

boolean hasRole(String roleIdentifier);
boolean[] hasRoles(List<String> roleIdentifiers);
boolean hasAllRoles(Collection<String> roleIdentifiers);
void checkRole(String roleIdentifier) throws AuthorizationException;
void checkRoles(Collection<String> roleIdentifiers) throws AuthorizationException;
void checkRoles(String... roleIdentifiers) throws AuthorizationException;

hasRole 进行角色验证,验证后返回 true/false;而 checkRole 验证失败时抛出 AuthorizationException 异常。

4、权限授权验证

boolean isPermitted(String permission);
boolean isPermitted(Permission permission);
boolean[] isPermitted(String... permissions);
boolean[] isPermitted(List<Permission> permissions);
boolean isPermittedAll(String... permissions);
boolean isPermittedAll(Collection<Permission> permissions);
void checkPermission(String permission) throws AuthorizationException;
void checkPermission(Permission permission) throws AuthorizationException;
void checkPermissions(String... permissions) throws AuthorizationException;
void checkPermissions(Collection<Permission> permissions) throws AuthorizationException;

isPermitted 进行权限验证,验证后返回 true/false;而 checkPermission 验证失败时抛出 AuthorizationException。

5、会话

Session getSession(); //相当于getSession(true)
Session getSession(boolean create); 

类似于 Web 中的会话。如果登录成功就相当于建立了会话,接着可以使用 getSession 获取;如果 create=false 如果没有会话将返回 null,而 create=true 如果没有会话会强制创建一个。

6、退出

void logout();

7、RunAs

void runAs(PrincipalCollection principals) throws NullPointerException, IllegalStateException;
boolean isRunAs();
PrincipalCollection getPreviousPrincipals();
PrincipalCollection releaseRunAs();

RunAs 即实现 "允许 A 假设为 B 身份进行访问";通过调用 subject.runAs(b) 进行访问;接着调用 subject.getPrincipals 将获取到 B 的身份;此时调用 isRunAs 将返回 true;而 a 的身份需要通过 subject. getPreviousPrincipals 获取;如果不需要 RunAs 了调用 subject. releaseRunAs 即可。

8、多线程

<V> V execute(Callable<V> callable) throws ExecutionException;
void execute(Runnable runnable);
<V> Callable<V> associateWith(Callable<V> callable);
Runnable associateWith(Runnable runnable);

实现线程之间的 Subject 传播,因为 Subject 是线程绑定的;因此在多线程执行中需要传播到相应的线程才能获取到相应的 Subject。最简单的办法就是通过 execute(runnable/callable 实例) 直接调用;或者通过 associateWith(runnable/callable 实例) 得到一个包装后的实例;它们都是通过:1、把当前线程的 Subject 绑定过去;2、在线程执行结束后自动释放。

Subject 自己不会实现相应的身份验证 / 授权逻辑,而是通过 DelegatingSubject 委托给 SecurityManager 实现;及可以理解为 Subject 是一个面门。

对于 Subject 的构建一般没必要我们去创建;一般通过 SecurityUtils.getSubject() 获取:

public static Subject getSubject() {
    Subject subject = ThreadContext.getSubject();
    if (subject == null) {
        subject = (new Subject.Builder()).buildSubject();
        ThreadContext.bind(subject);
    }
    return subject;
}

即首先查看当前线程是否绑定了 Subject,如果没有通过 Subject.Builder 构建一个然后绑定到现场返回。

如果想自定义创建,可以通过:

new Subject.Builder().principals(身份).authenticated(true/false).buildSubject()

这种可以创建相应的 Subject 实例了,然后自己绑定到线程即可。在 new Builder() 时如果没有传入 SecurityManager,自动调用 SecurityUtils.getSecurityManager 获取;也可以自己传入一个实例。

对于 Subject 我们一般这么使用:

  1. 身份验证(login)
  2. 授权(hasRole /isPermitted 或 checkRole /checkPermission
  3. 将相应的数据存储到会话(Session)
  4. 切换身份(RunAs)/ 多线程身份传播
  5. 退出

而我们必须的功能就是 1、2、5。到目前为止我们就可以使用 Shiro 进行应用程序的安全控制了,但是还是缺少如对 Web 验证、Java 方法验证等的一些简化实现。