基于shiro的权限设计

shiro介绍

Apache shiro是一个权限控制框架，它将安全认证抽取出来，实现用户身份认证，权限授权，加密，会话管理等功能，是一个通用的安全认证框架，而且还可以用于分布式集群。功能如下

1.验证用户
2.对用户执行访问控制，如：判断用户是否具有角色admin，判断用户是否拥有访问的资源权限。
3.无论c/s还是b/s都可以使用session api
4.可以使用多个用户数据源。例如一个是Oracle数据库，另外一个是MySQL数据库。
5.单点登录（SSO）功能
6."Remember Me"服务，类似于购物车的功能，shiro官方建议开启。

shiro核心部分

如图所示，shiro的4大组成部分：身份认证，授权，会话管理，加密

Authentication：身份认证，简称“登录”。

Authorization：授权，给用户分配角色或者权限资源

Session Manager：用户Session管理器，可以让c/s程序也可以使用Session控制权限。

Cryptography：将JDK中复杂的密码加密方式进行封装。

此外，shiro还提供一些扩展功能：

Web Support：针对web应用提供一些常用功能

Caching：缓存可以使得程序运行更有效率。

Concurrency：多线程相关功能。

Testing：帮助我们进行测试相关的功能。

"Run As"：一个允许用户假设为另一个用户身份(如果允许)的功能，有时候在管理脚本时很有用。

"Remember Me"：记住用户身份，提供类似购物车的功能。

shiro运行的大致流程：

Subject：主体，是与程序进行交互的对象，可以是人也可以是服务或者其他程序，通常理解为用户。所有的Subject实例都必须绑定到一个SecurityManager上。我们与Subject交互，运行时shiro会自动转化为与SecurityManager交互的特定的subject的交互。
SecurityManager：SecurityManager是shiro的核心，初始化时协调各个模块运行。然而，一旦SecurityManager协调完毕，SecurityManager会被单独留下，且我们只需要去操作Subject即可，无需操作SecurityManager。但是需要了解的是当我们与一个Subject进行交互时，实质上是SecurityManager在处理Subject的安全操作。
Realms：Realms在shiro中是程序和安全数据之间的“桥梁”或“连接器”。它用于获取安全数据来判断subject是否可以登陆，subject拥有什么权限。在配置realms时，需要至少一个realm。而且shiro还提供了一些常用的realms来连接数据源如LDAP数据源的JndiLdapRealm，JDBC数据源的JdbcRealm，ini文件数据源的iniRealm，Properties文件数据源的PropertiesRealm，等等，我们也可以插入自己的Realm实现来代表自定义的数据源。像其他组件一样，Realms也是由SecurityManager控制。

shiro架构

Subject：(org.apache.shiro.subject.Subject) 即主体，简称用户，主体既可以是用户也可以是程序，主体访问系统，系统需要对主体进行认证、授权。外部应用与subject进行交互，Subject记录了当前操作用户，将用户的概念理解为当前操作的主体，可能是一个通过浏览器请求的用户，也可能是一个运行的程序。Subject在shiro中是一个接口，接口中定义了很多认证授权相关的方法，外部程序通过subject进行认证授权，而Subject是通过SecurityManager安全管理器进行认证授权。
SecurityManager：：(org.apache.shiro.mgt.SecurityManager)如上所述，SecurityManager是shiro的核心，协调shiro的各个组件。SecurityManager就是安全管理器，负责对全部的subject进行安全管理。通过SecurityManager可以完成Subject的认证、授权等，实质上SecurityManager是通过Authenticator对主体进行认证，通过Authorizer对主体进行授权，通过SessionManager进行会话管理等等。SecurityManager是一个接口，继承了Authenticator，Authorizer，SessionManager这三个接口。
Authenticator：(org.apache.shiro.authc.Authenticator) 即认证器，对用户身份进行认证，Authenticator是一个接口，shiro提供ModularRealmAuthenticator实现类，通过ModularRealmAuthenticator基本上可以满足大多数需求，也可以自定义认证器。
Authorizer：(org.apache.shiro.authz.Authorizer)即授权器，用户在通过认证器认证通过后，在访问时需要通过授权器判断用户是否有此功能的操作权限。最终是通过认证器对主体进行授权的。
Realm：：(org.apache.shiro.realm.Realm)Realm即领域，相当于DataSource数据源，通过Realm存取认证、授权相关数据。SecurityManager通过认证器对主体进行安全认证需要通过Realm获取用户身份数据，比如：如果用户身份数据在数据库，那么Realm就需要从数据库获取用户的身份信息。授权也是如此，也需要通过Realm取出授权相关信息。注意：不要将Realm理解成只是从数据源获取数据，在Realm中还有认证授权校验的相关代码
SessionManager：(org.apache.shiro.session.SessionManager)会话管理。web应用中一般是web容器对Session进行管理，shiro框架定义了一套会话管理，它不依赖于web容器的Session，所以shiro可以使用在非web应用上，也可以将分布式应用的会话集中在一点进行管理，此特性可使它实现单点登录。
SessionDAO：SessionDAO即会话dao，是对Session会话操作的一套接口，比如要将Session存储到数据库，可以通过JDBC将会话存储到数据库。针对个性化的Session数据存储(存到数据库)需要使用SessionDAO。
CacheManager：(org.apahce.shiro.cache.CacheManager)缓存管理器，主要对Session和授权数据进行缓存，比如将授权数据通过cachemanager进行缓存管理，和ehcache整合对缓存数据进行管理，可以减少不必要的后台访问，提高应用效率，增加用户体验。
Cryptography：(org.apache.shiro.crypto.*)密码管理，提供了一套加密/解密组件，对JDK中的加密解密算法进行了封装，方便开发。比如提供常用的散列、加/解密等功能，比如MD5散列算法。

shiro相关jar

    org.apache.shiro
    shiro-core
    1.2.3


    org.apache.shiro
    shiro-web
    1.2.3


    org.apache.shiro
    shiro-spring
    1.2.3


    org.apache.shiro
    shiro-ehcache
    1.2.3


    org.apache.shiro
    shiro-quartz
    1.2.3

如果为了方便，可以使用所有

    org.apache.shiro
    shiro-all
    1.2.3

shiro认证（就是登录过程）

shiro认证过程

流程如下：
1.应用程序构建了一个终端用户认证信息AuthenticationToken实例后，调用Subject.login方法。
2.Subject的实例通常是DelegatingSubject类（或子类）的实例对象，在认证开始时，会委托应用程序设置的SecurityManager实例调用SecurityManager.login(token)方法。
3.SecurityManager接受到token（令牌）信息后会委托内置的Authenticator的实例（通常是ModularRealmAuthenticator类的实例）调用authenticator.authenticate(token)。ModularRealmAuthenticator在认证过程中会对设置的一个或者多个Realm实例进行适配，它实际上为shiro提供了一个可插拔的认证机制。
4.如果在应用程序中配置国歌Realm，ModularRealmAuthenticator会根据配置的AuthenticationStrategy（认证策略）来进行多Realm的认证过程。在Realm被调用后，AuthenticationStrategy将对没有给Realm的结果做出响应。注意：如果应用程序中仅配置了一个Realm，Realm将被直接调用而无需在配置认证策略。
5.判断每一个Realm是否支持提交的token，如果支持，Realm将调用getAuthenticationInfo(token)；getAuthenticationInfo方法就是实际认证处理，我们通过覆盖Realm的doGetAuthenticationInfo方法来编写我们自定义的认证处理。

shiro认证的流程图如下：

shiro的入门程序（用户登陆和退出）

首先创建shiro-first.ini文件，并配置用户名密码

#对用户信息进行配置
[users]
#用户账号和密码
zhangsan=123456
lisi=654321

入门程序认证代码

// 用户登录和退出
    @Test
    public void testLoginAndLogout() {
 
        // 创建SecurityManager工厂。通过ini配置文件创建securityManager
        Factory factory = new IniSecurityManagerFactory("classpath:shiro-first.ini");
 
        // 创建SecurityManager
        SecurityManager securityManager = factory.getInstance();
 
        // 将securityManager设置到当前的运行环境中
        SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);
 
        // 从SecurityUtils中创建一个subject
        Subject subject = SecurityUtils.getSubject();
 
        // 在认证提交前准备token(令牌)
        // 这里的账号和密码 将来是由用户输入进去的
        UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("zhangsan", "123456");
       
        //执行认证提交
        try {
            //执行认证提交
            subject.login(token);
        } catch (AuthenticationException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        // 是否认证通过
        boolean isAuthenticated = subject.isAuthenticated();
        System.out.println("是否认证通过："+isAuthenticated);
        
        //退出操作
        subject.logout();
        
        // 是否认证通过
        isAuthenticated = subject.isAuthenticated();
        System.out.println("是否认证通过："+isAuthenticated);
    }

常见的认证异常

UnknownAccountException
账号不存在异常如下：org.apache.shiro.authc.UnknownAccountException: No account found for user…
IncorrectCredentialsException
当输入密码错误会抛此异常，如下：org.apache.shiro.authc.IncorrectCredentialsException: Submitted credentials for token [org.apache.shiro.authc.UsernamePasswordToken - zhangsan, rememberMe=false] did not match the expected credentials.
更多如下：
DisabledAccountException（帐号被禁用）
LockedAccountException（帐号被锁定）
ExcessiveAttemptsException（登录失败次数过多）
ExpiredCredentialsException（凭证过期）等

自定义Realm

上边的程序中使用的是Shiro自带的iniRealm。iniRealm从配置文件中读取用户的信息，大部分情况下需要从系统的数据库中读取用户信息，所以需要自定义Realm。
shiro中提供的Realm接口的实现

实现自定义的Realm

public class CustomRealm extends AuthorizingRealm {
    // 设置Realm的名称
    @Override
    public String getName() {
        return super.getName();
    }
 
    // 支持UsernamePasswordToken
    @Override
    public boolean supports(AuthenticationToken token) {
        return token instanceof UsernamePasswordToken;
    }
 
    // 用于认证
    @Override
    protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
 
        // token是用户输入的
        // 第一步从token中取出身份信息
        String usercode = (String) token.getPrincipal();
 
        // 第二步：根据用户输入的usercode从数据库查询
        // ......
 
        // 如果查询不到返回null
        // 数据库中用户账号是zhangsan
        if (!usercode.equals("zhangsan")) {
            return null;
        }
 
        // 模拟从数据库中查询到密码
        String password = "123456";
 
        // 如果查询到返回认证信息AuthenticationInfo
        SimpleAuthenticationInfo simpleAuthenticationInfo = new SimpleAuthenticationInfo(usercode, password,
                this.getName());
 
        return simpleAuthenticationInfo;
    }
 
    // 用于授权
    @Override
    protected AuthorizationInfo doGetAuthorizationInfo(PrincipalCollection principals) {
 
        return null;
    }
}

需要在shiro-realm.ini配置realm注入到securityManager

[main]
#自定义realm
customRealm=liuxun.test.shiro.realm.CustomRealm
#将realm设置到SecurityManager，相当于Spring中的注入
securityManager.realms=$customRealm

测试代码同入门程序，只需要将ini的地址改为shiro-realm.ini即可。

散列算法

用户登录一般都是加密的，所以需要用到散列算法。散列算法一般用于生成一段文本的摘要信息，散列算法不可逆，将内容可以生成摘要，无法将摘要转成原始内容。散列算法常用于对密码进行散列，常用的散列算法有MD5、SHA。
一般散列算法需要提供一个salt（盐）与原始内容生成摘要信息，这样做的目的是为了安全性，比如：111111的md5值是：96e79218965eb72c92a549dd5a330112，拿着“96e79218965eb72c92a549dd5a330112”去md5破解网站很容易进行破解，如果要是对111111和salt（盐，一个随机数）进行散列，这样虽然密码都是111111加不同的盐会生成不同的散列值。
下面是md5散列测试程序：

package liuxun.test.shiro.authentication;
 
import org.apache.shiro.crypto.hash.Md5Hash;
import org.apache.shiro.crypto.hash.SimpleHash;
 
public class MD5Test {
    public static void main(String[] args) {
        //原始密码
        String source = "123456";
        //盐
        String salt = "qwerty";
        //散列次数
        int hashIterations = 2;
        //上边散列1次：48474f975022f960bc2afbe49be581e8
        //上边散列2次：13f79dafcbbedc313273e2b891ac84d3
        
        //构造方法中：
        //第一个参数：明文，原始密码
        //第二个参数：盐，通过使用随机字符串
        //第三个参数：散列的次数，比如散列两次，相当于md5(md5(''))
        Md5Hash md5Hash = new Md5Hash(source, salt, hashIterations);
        
        String password_md5 = md5Hash.toString();
        System.out.println(password_md5);
        
        //使用后SimpleHash
        //第一个参数：散列算法
        SimpleHash simpleHash = new SimpleHash("md5", source, salt, hashIterations);
        System.out.println(simpleHash.toString());
    }
}

建议对MD5进行散列时加salt(盐)，相当于对原始密码+盐进行散列
正常使用时散列算法：
在程序中对"原始密码+盐"进行散列，将散列值存储到数据库中，并且还要将盐存储在数据库中，如果进行密码比对时，使用相同方法，将原始密码+盐进行散列，进行比对。

自定义的Realm加入散列算法

实际应用中是将盐和散列后的值存在数据库中，自动Realm从数据库中取出盐和加密后的值，由shiro完成密码校验。
代码如下：

// 用于认证
    @Override
    protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
 
        // token保存了用户输入的身份信息userName和password
        // 第一步：从token中取出身份信息
        String userCode = (String) token.getPrincipal();
 
        // 第二步：根据用户输入的userCode从数据库查询
        // ....
        // 如果查询不到返回null 假设用户输入的账号是zhansgan
        // 模拟从数据库中查询账号是zhangsan的用户
        if (!userCode.equals("zhangsan")) {
            return null;
        }
 
        // 模拟从数据库中查询到密码(散列值)
        // 按照固定规则加密的结果，此密码是在数据库中存储的，原始密码是123456 盐是qwerty
        String password = "48474f975022f960bc2afbe49be581e8";
        // 盐，随机字符串，此随机字符串也是在数据库中存储的,模拟从数据库中获取
        String salt = "qwerty";
 
        // 如果查询到则返回认证信息AuthenticationInfo
        SimpleAuthenticationInfo simpleAuthenticationInfo = new SimpleAuthenticationInfo(userCode, password,
                ByteSource.Util.bytes(salt), this.getName());
        
        return simpleAuthenticationInfo;
    }

在classpath下配置shiro-realm-md5.ini

[main]
#定义凭证匹配器
credentialsMatcher=org.apache.shiro.authc.credential.HashedCredentialsMatcher
#散列算法
credentialsMatcher.hashAlgorithmName=md5
#散列次数
credentialsMatcher.hashIterations=1
 
#将凭证匹配器设置到Realm
customRealm=liuxun.test.shiro.realm.CustomRealmMd5
customRealm.credentialsMatcher=$credentialsMatcher
#将Realm设置到securityManager
securityManager.realms=$customRealm

测试代码同上，修改ini文件路径即可

shiro授权（查看用户有没有权限）

授权有三个核心元素：权限、角色和用户。
shiro权限声明通常是使用冒号分隔的表达式，权限表达式示例如下：
user:view 可查询用户数据
user:view, edit 可查询或编辑用户数据
user:*或user 可对用户数据进行所有操作
user:edit:123 可编辑id为123的用户数据。
Shiro支持两种角色模式：
1、传统角色：一个角色代表着一系列的操作，当需要对某一操作进行授权验证时，只需判断是否是该角色即可。这种角色权限相对简单、模糊，不利于扩展。
2、权限角色：一个角色拥有一个权限的集合。授权验证时，需要判断当前角色是否拥有该权限。这种角色权限可以对该角色进行详细的权限描述，适合更复杂的权限设计。

shiro授权的过程（可与认证过程比较来看）

1.在应用程序中调用授权验证方法（Subject的isPermitted或hasRole等）
2.Subject的实例通常是DelegatingSubject(或子类)的实例对象，在认证开始时，会委托应用程序设置的securityManager实例调用相应的isPermitted或hasRole方法。
3.接下来SecurityManager会委托内置的Authorizer的实例(默认是ModularRealmAuthorizer类的实例，类似于认证实例，它同样支持一个或多个Realm实例认证)调用相应的授权方法。
4.每一个Realm将检查是否实现了相同的Authorizer接口。然后，将调用Realm自己相应的授权验证方法。
注意：
当使用多个Realm时，不同于认证策略处理方式，在授权处理过程中：
(1) 当调用Realm出现异常时，将立即抛出异常，结束授权验证。
(2) 只要有一个Realm验证成功，那么将认为授权成功，立即返回，结束认证。
Shiro有3中认证策略的具体实现：
(1) AtLeastOneSuccessfulStrategy 只要有一个（或更多）的Realm验证成功，那么认证将被视为成功 (2) FirstSuccessfulStrategy 第一个Realm验证成功，整体认证将被视为成功，且后续Realm将被忽略 (3) AllSuccessfulStrategy 所有Realm成功，认证才视为成功

shiro的授权流程

shiro的授权方式

shiro支持三种方式的授权：编程式、注解式、标签式
方式一：编程式，通过写if/else授权代码块完成
Subject subject = SecurityUtils.getSubject();
if(subject.hasRole("admin")){
//有权限
}else{
// 无权限
}
方式二：注解式，通过在执行的Java方法上放置相应的注解完成。
@RequiresRoles("admin")
public void hello(){
//有权限
}
方式三：JSP/GSP标签，页面通过相应的标签完成

创建存放权限的配置文件shiro-permission.ini 如下：

#用户
[users]
#用户zhang的密码是123，此用户具有role1和role2两个角色
zhang=123,role1,role2
wang=123,role2
 
#权限
[roles]
#角色role1对资源user拥有create、update权限
role1=user:create,user:update
#角色role2对资源user拥有create、delete权限
role2=user:create,user:delete
#role3对资源user拥有create权限
role3=user:create

在ini文件中用户、角色、权限的配置规则是：
" 用户名=密码,角色1,角色2 .... "
“ 角色=权限1,权限2...... ”
首先根据用户名查找角色，再根据角色查找权限，角色是权限的集合

权限字符串规则

权限字符串的规则是：“资源标识符：操作：资源实例标识符”，意思是对哪个资源的哪个实例具有什么操作，“:”是资源/操作/实例的分割符，权限字符串也可以使用通配符。
例子：
用户创建权限：user:create，或user:create:
用户修改实例001的权限：user:update:001
用户实例001的所有权限：user：*：001

权限测试代码

测试代码同认证代码，注意ini地址改为shiro-permission.ini，主要掌握其授权方法
注意：在用户认证通过后才能执行下边的授权

// 角色授权、资源授权测试
    @Test
    public void testAuthorization() {
 
        // 创建SecurityManager工厂
        Factory factory = new IniSecurityManagerFactory("classpath:shiro-permission.ini");
 
        // 创建SecurityManager
        SecurityManager securityManager = factory.getInstance();
 
        // 将SecurityManager设置到系统运行环境，和Spring整合后将SecurityManager配置在Spring容器中，一般单例管理
        SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);
 
        // 创建subject
        Subject subject = SecurityUtils.getSubject();
 
        // 创建token令牌
        UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("zhangsan", "123");
 
        // 执行认证
        try {
            subject.login(token);
        } catch (AuthenticationException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
        System.out.println("认证状态：" + subject.isAuthenticated());
 
        // 认证通过后执行授权
 
        // 基于角色的授权
        // hasRole传入角色标识
        boolean ishasRole = subject.hasRole("role1");
        System.out.println("单个角色判断 " + ishasRole);
        // hasAllRoles 是否拥有多个角色
        boolean hasAllRoles = subject.hasAllRoles(Arrays.asList("role1", "role2", "role3"));
        System.out.println("多个角色判断 " + hasAllRoles);
        
        //使用check方法进行授权，如果授权不通过会抛出异常,用于断言
        subject.checkRole("role2");
        
        //基于资源的权限
        //isPermitted传入权限标识符
        boolean isPermitted = subject.isPermitted("user:create:1");
        System.out.println("单个权限判断 "+isPermitted);
        
        boolean isPermittedAll = subject.isPermittedAll("user:create:1","user:delete");
        System.out.println("多个权限判断 "+isPermittedAll);
        
        //使用check方法进行授权测试，如果授权不通过会抛出异常
        subject.checkPermission("item:delete");
    }

使用check方法测试授权失败会抛出异常：org.apache.shiro.authz.UnauthorizedException
上边的程序通过shiro-permission.ini对权限信息进行静态配置，实际开发中从数据库中获取权限数据。就需要自定义Realm，由Realm从数据库查询权限数据。Realm根据用户身份信息查询权限数据，将权限数据返回给authorizer(授权器)。
在原来自定义的Realm类中完善doGetAuthorizationInfo方法，此方法需要完成以下功能：根据用户身份信息从数据库中查询权限字符串，由shiro进行授权。

// 用于授权
    @Override
    protected AuthorizationInfo doGetAuthorizationInfo(PrincipalCollection principals) {
 
        //从principals获取身份信息
        //将getPrimaryPrincipal方法返回值转为真实类型
        //(在上边的doGetAuthenticationInfo认证通过后填充到SimpleAuthenticationInfo中身份类型)
        String userCode = (String) principals.getPrimaryPrincipal();
        
        //根据身份信息从数据库中获取权限信息
        //模拟从数据库中取到的数据
        List  permissions = new ArrayList();
        permissions.add("user:create");//用户创建
        permissions.add("items:add");//商品添加权限
        //....
        
        //查询到权限数据，返回授权信息(要包括上边的permissions)
        SimpleAuthorizationInfo simpleAuthorizationInfo = new SimpleAuthorizationInfo();
        //将上边查询到的授权信息填充到simpleAuthorizationInfo对象中
        simpleAuthorizationInfo.addStringPermissions(permissions);
        
        return simpleAuthorizationInfo;
    }

ini配置文件还使用认证阶段用的，不用改变(即在shiro-realm.ini中配置自定义realm，将realm设置到securityManager)。注意：shiro-realm是配置自定义的Realm，是从数据库中获取权限数据，所以不需要再配置[roles]了。

[main]
#自定义realm
customRealm=liuxun.test.shiro.realm.CustomRealm
#将realm设置到SecurityManager，相当于Spring中的注入
securityManager.realms=$customRealm

授权流程总结

1.对subject进行授权，调用isPermitted("permission串")
2.SecurityManager执行授权，通过ModularRealmAuthorizer执行授权
3.ModularRealmAuthorizer执行realm(自定义的CustomRealm)从数据库查询权限数据(调用realm的授权方法doGetAuthorizationInfo)
4.realm从数据库查询权限数据，返回给ModularRealmAuthorizer
5.ModularRealmAuthorizer调用PermissionResolver进行权限串比对
6.如果比对后，isPermitted中"permission串" 在realm查询到的权限数据中，说明用户访问permission串有权限，否则没有权限，抛出异常。