关于用户权限的数据库设计

最近项目的项目很奇怪，一个大项目(系统)里包含了很多小的子系统，而这些子系统中都有权限控制的部分，这件事情挺让我头痛的，记得一年前在沈阳，我曾经有一段时间也因因这个问题而疲于奔命，为什么说疲于奔命呢？由于当时项目进度不允许，导致最终系统权限模块草草了事，每个模块都是由读权限字符串来控制用户ACL，当用户无法访问时，提示权限不够。这么做对用户是很不负责任的，既然让用户看到了操作的方式和界面，为什么又告诉用户没有权限呢？我开始怀疑我们是否应该在底层就封杀用户的访问权限。

现在项目开展起来了，虽然目前我已经有了对权限控制的一套方案，并且实施成了我的可重用框架代码，虽然目前的权限也是基于众星捧月的AOP思想，但我至今对权限设计仍有两个疑惑：

疑惑一：很多同行提出方案，想要在底层就截取用户权限，控制用户对方法或者类的访问。这样做的好处在于可以将系统功能与业务逻辑松散耦合，并且实现简单，结构清晰，三两个advisor、filter，或者acegi就能搞定，但在web程序中体现出了他的劣势，当我们将用户的访问拒绝在业务逻辑之外的时候，我们此时是否应该抛出异常提示用户？一旦提示用户没有相应的权限，我认为对于用户来说，这就不是一个perfectpractice。由此得出，我们根本就不应该让用户做此次操作，而控制用户操作的源头就是界面，也就是说，在界面上我们就应该对用户的权限元素(如添加按钮、功能菜单等)进行控制。此时，一对矛盾出现了，要控制界面上形形色色的元素只有两种办法，一，将权限与你的界面结合起来设计，这将违背AOP的思想，也使得系统控制模块的重用性大大下降，二，我们借鉴primeton的想法，将权限控制的理念抽取出来，单独做成一套权限系统，解决你所有的需要权限控制的系统需求，这样也有令人头痛的问题，你的所有想用它来控制权限的系统，必须界面上统一风格。或许这样的方式对商业web系统是合适的，毕竟需要你大刀阔斧个性化的地方不多，但我们却很难保证在未来几年内商业web系统的风格不改变。再者，开发这么一个系统也不是一蹴而就的事，在这个问题上一直让我困惑不已。

疑惑二：大多应用的权限判定是基于权限字符串的，但存储在数据库中的权限字符串能够判定的权限并不多，在我们这次项目中，我引用了基于二进制的8421权限判定法则，我深深的感觉到权限字符串的弱势，这使我想起了中国古老一套数学理论-“盈不足术”，超递增序列的魅力在我眼前滑过，

首先我来解释一下盈余不足理论：有十只盒子，第一个盒子里放一个盘子，第二个盒子里放两只，第三个盒子里放四只，第四个盒子里放八只……第九个盒子里放256只，第十个盒子放512只，即第N只箱子里放2^(N-1)只盘子，一共1023只。那么命题如下：在1023这个数字之内，任何一个数目都可以由这十只盒子里的几只组合相加而成。那么1、2、4、8、16、32、64、128、256、512这个序列为什么有这么个魔力？这个数列的特点：1、每项是后一项的二倍，2、每项都比前面所有项的和大，而且大1。这个1就是关键，就因为这个1，它才可以按 1递增，拼出总和之内任意一个整数。这个序列叫做超递增序列，它是解决背包问题的基础。3、拼出总和之内任意一个整数可以由这个序列中的一些数构成，且构成方法唯一，据说是密码学中的NP定理。譬如说这个数列总合中20这个数，只能由16+4一种方法构成，由此延伸出来，如果综合中这个数据代表一个权值，我们可以解出它的所有构成参数（操作），如20这个数据，我们可以挨个和序列中每一项按位与，得出来如果不等于0，就说明他是由这个数构成的。

保存权值到int还是varchar对于我们来说是个问题，当然，保存字符串的好处是运算压力小。我们可能听过一个故事，就是把这个超递增序列延伸到第64 项，就是那个术士和皇帝在国际象棋棋盘上要米粒的传说。64项的和是一个天文数字！但计算机本身就是一个只认识二进制的机器！很多程序员整天只关心架构，甚至不知道或者不关心位操作是什么玩意，当然我们有朋友担心数据库的int不够长，那么既然可以保存一个只有0、1组成的varchar字符串，为什么不能保存一个十六进制的字符串，有人规定varchar只能保存01吗？十六进制串的长度正好是二进制的四分之一。

由此我们可以无限制的扩展权值操作。

在最近的项目里，我对权限的控制分成两个部分，第一就是用户体验上，我设置了一个权限标签，从数据库中抽取权限信息，然后做到标签里，也凑或算成是界面 AOP了，第二就是底层的拦截，用了Spring 的AOP，为的是防止权限冲突，双管齐下。暂时解决权限所需，另外在算法上我用了16进制的权限判别代码，虽然配置较麻烦，写完代码还要写文档说明，不过也解决了权限繁杂又多的问题，暂时就这样了，嘿嘿，以后有空再研究。

 

用户认证管理设计方案

1 设计思路

为了设计一套具有较强可扩展性的用户认证管理，需要建立用户、角色和权限等数据库表，并且建立之间的关系，具体实现如下。

1.1 用户

用户仅仅是纯粹的用户，用来记录用户相关信息，如用户名、密码等，权限是被分离出去了的。用户（User）要拥有对某种资源的权限，必须通过角色（Role）去关联。

用户通常具有以下属性：

ü        编号，在系统中唯一。

ü        名称，在系统中唯一。

ü        用户口令。

ü        注释，描述用户或角色的信息。

1.2 角色

角色是使用权限的基本单位，拥有一定数量的权限，通过角色赋予用户权限，通常具有以下属性：

ü        编号，在系统中唯一。

ü        名称，在系统中唯一。

ü        注释，描述角色信息

1.3 权限

      权限指用户根据角色获得对程序某些功能的操作，例如对文件的读、写、修改和删除功能，通常具有以下属性：

ü        编号，在系统中唯一。

ü        名称，在系统中唯一。

ü        注释，描述权限信息

1.4 用户与角色的关系

一个用户（User）可以隶属于多个角色（Role），一个角色组也可拥有多个用户，用户角色就是用来描述他们之间隶属关系的对象。用户（User）通过角色（Role）关联所拥有对某种资源的权限，例如

l        用户（User）：

UserID     UserName      UserPwd

1                  张三                xxxxxx

2                  李四                xxxxxx    

……

l        角色（Role）：

RoleID          RoleName          RoleNote

      01                 系统管理员       监控系统维护管理员

      02                 监控人员          在线监控人员

      03                 调度人员          调度工作人员

      04                 一般工作人员   工作人员

      ……

l        用户角色（User_Role）：

UserRoleID         UserID          RoleID           UserRoleNote

1                     1                  01                 用户“张三”被分配到角色“系统管理员”

2                      2                  02                 用户“李四”被分配到角色“监控人员”

3                      2                  03                 用户“李四”被分配到角色“调度人员”

……

      从该关系表可以看出，用户所拥有的特定资源可以通过用户角色来关联。

1.5 权限与角色的关系

一个角色（Role）可以拥有多个权限（Permission），同样一个权限可分配给多个角色。例如：

l        角色（Role）：

RoleID          RoleName          RoleNote

      01                 系统管理员       监控系统维护管理员

      02                 监控人员          在线监控人员

      03                 调度人员          调度工作人员

      04                 一般工作人员   工作人员

      ……

l        权限（Permission）：

PermissionID     PermissionName       PermissionNote

0001                       增加监控                允许增加监控对象

0002                       修改监控                允许修改监控对象

0003                       删除监控                允许删除监控对象

0004                       察看监控信息       允许察看监控对象

……

l        角色权限（Role_Permission）：

RolePermissionID  RoleID PermissionID RolePermissionNote

1                           01           0001        角色“系统管理员”具有权限“增加监控”

2                           01           0002        角色“系统管理员”具有权限“修改监控”

3                           01           0003        角色“系统管理员”具有权限“删除监控”

4                           01           0004        角色“系统管理员”具有权限“察看监控”

5                           02           0001        角色“监控人员”具有权限“增加监控”

6                           02           0004        角色“监控人员”具有权限“察看监控”

……

      由以上例子中的角色权限关系可以看出，角色权限可以建立角色和权限之间的对应关系。

1.6 建立用户权限

用户权限系统的核心由以下三部分构成：创造权限、分配权限和使用权限。

第一步由Creator创造权限（Permission），Creator在设计和实现系统时会划分。利用存储过程CreatePermissionInfo（@PermissionName,@PermissionNote）创建权限信息，指定系统模块具有哪些权限。

第二步由系统管理员（Administrator）创建用户和角色，并且指定用户角色（User－Role）和角色权限（Role－Permission）的关联关系。

1)        具有创建用户、修改用户和删除用户的功能： Administrator

l        存储过程CreateUserInfo（@UserName,@UserPwd）创建用户信息；

l        存储过程ModifyUserInfo（@UserName,@UserPwd）修改用户信息；

l        存储过程DeleteUserInfo（@UserID）删除用户信息；

2)        具有创建角色和删除角色的功能： Administrator

l        存储过程CreateRoleInfo（@RoleName,@RoleNote）创建角色信息；

l        存储过程DeleteRoleInfo(@RoleID)删除角色信息；

3）Administrator具有建立用户和角色、角色和权限的关联关系功能：

l        存储过程GrantUserRole（@UserID,@RoleID,@UserRoleNote）建立用户和角色的关联关系；

l        存储过程DeleteUserRole(@UserRoleID)删除用户和角色的关联关系；

l        存储过程GrantRolePermission(@RoleID,@PermissionID,@RolePermissionNote)建立角色和权限的关联关系；

l        存储过程DeleteRolePermission(@RolePermissionID)删除角色和权限的关联关系；

第三步用户（User）使用Administrator分配给的权限去使用各个系统模块。利用存储过程GetUserRole（@UserID, @UserRoleID output）,GetRolePermission（@RoleID,@Role-

-PermissinIDoutput）获得用户对模块的使用权限。

1.7 用户认证实现

当用户通过验证后，由系统自动生成一个128位的TicketID保存到用户数据库表中，建立存储过程Login（@UserID,@UserPwd, @TicketID output）进行用户认证，认证通过得到一个TicketID，否则TicketID为null。其流程图如下：

图1 Login流程图

得到TicketID后，客户端在调用服务端方法时传递TicketID，通过存储过程JudgeTicketPermission（@TicketID,@PermissionID）判断TicketID对应的用户所具有的权限，并根据其权限进行方法调用。

当用户退出系统时，建立存储过程Logout（@UserID）来退出系统。当用户异常退出系统时，根据最后的登陆时间（LastSignTime）确定用户的TickeID，建立存储过程ExceptionLogout（@UserID,@LastSignTime）处理用户的异常退出。

图2 Logout流程图

WebService可以采用SoapHeader中写入TicketID来使得TicketID从客户端传递给服务端。.NetRemoting可以采用CallContext类来实现TicketID从客户端传递给服务端。

2 数据库设计

2.1 数据库表

图3 数据库关系图

2.2 数据库表说明

2.2.1 用户表（Static_User）

Static_User

Static_User字段名	详细解释	类型	备注
UserID	路线编号	varchar(20)	PK
UserName	用户名称	varchar(20)
UserPwd	用户密码	varchar(20)
LastSignTime	最后登陆时间	datatime
SignState	用户登陆状态标记	int
TickeID	验证票记录编号	varchar(128)

2.2.2 角色表（Static_Role）

Static_Role

Static_User字段名	详细解释	类型	备注
RoleID	角色编号	varchar(20)	PK
RoleName	角色名称	varchar(20)
RoleNote	角色信息描述	varchar(20)

2.2.3 用户－角色表（Static_User_Role）

Static_User_Role

Static_User字段名	详细解释	类型	备注
UserRoleID	用户角色编号	varchar(20)	PK
UserID	用户编号	varchar(20)	FK
RoleID	角色编号	varchar(20)	FK
UserRoleNote	用户角色信息描述	varchar(20)

2.2.4 权限表（Static_Permission）

Static_Permission

Static_User字段名	详细解释	类型	备注
PermissionID	编号	varchar(20)	PK
PermissionName	权限名称	varchar(20)
PermissionNote	全息信息描述	varchar(20)

2.2.5 角色－权限表（Static_Role_Permission）

Static_Role_Permission

Static_User字段名	详细解释	类型	备注
RolePermissionID	角色权限编号	varchar(20)	PK
RoleID	角色编号	varchar(20)	FK
PermissionID	权限编号	varchar(20)	FK
RolePermissionNote	角色权限信息描述	varchar(20)

 

 

用“位”来存储、修改用户权限的方法

以前我用记录方式，如A用户有3个模块权限，则A有三条记录

看到别人的程序里有这种方法，感觉不错，给大家看看有没有优点可取。

用户权限用一个int字段表示，可以放32位,

如果有第1,3,4模块的权限则，值为1 4 8=13

___________________

_userId_____userQx___

A??????????????|???? 13

_________|___________

增加权限具体实现

如增加第四个模块的权限,4的二进制值8

update qxUser setuserQx = userQx|8 where userId='A'

删除第四个模块的权限

update qxUser setuserQx = userQx&~8 where userId='A'

如果删除第四个模块，则不加条件就可以了

update qxUser setuserQx = userQx&~8

以上在SqlServer2000企业版通过。

欢迎大家讨论，有更好的方法大家共享呀~~~

在Java 里

34&2 !=0就行了。

 

 

通过二，三两步的理解，相信这篇文章就不会生涩了！~

首先上文权限设计拙见(1)中只是想记录下自己权限设计上的一点看法，以及将自己日常最常用的权限解决方案记录下来以供日后回顾，没想到有朋友关注此类的设计，那就只能先把代码拿出来献丑了，抛砖引玉，大家共同探讨学习
      接着上文来说，上文所讨论的权限设计是一条思路，但既然是web应用，少不了数据库的支持，本文我们来讨论一下数据库的设计。（以下想法及思路仅仅代表本人拙见）
      说到权限的数据库设计，必先理清权限中几种实体及其关系，此部分想必有过设计权限经验的同仁都知道怎么设计了，网上摆渡一下也是一裤衩子一裤衩子的，我们就在最平凡直观的数据库关系的基础上来建立权限。下面是我的几个表（所有的表都带有一个pk_id,作为表的自动生成的唯一主键）：
用户表(T_UserInfo)：

 1 /**//*==============================================================*/
 2/**//* Table: T_UserInfo                                            */
 3/**//*==============================================================*/
 4create table T_UserInfo 
 5(
 6    pk_id                NUMBER                         not null,
 7    name                 VARCHAR2(20),
 8    sex                  BOOLEAN,
 9    age                  int,
10    emp_num              NUMBER,
11    polity               int,
12    unit                 VARCHAR2(50),
13    department           VARCHAR2(20),
14    specialty            int,
15    position             VARCHAR2(10),
16    offtel               VARCHAR2(20),
17    famtel               VARCHAR2(20),
18    post_state           VARCHAR2(10),
19    remark               VARCHAR2(100),
20    constraint PK_T_USERINFO primary key (pk_id)
21);

实战经验：用户表就不多说了，都是一些常用字段，年龄、电话、职位等，建议大家建立一个通用一些，字段多一些的一个用户表，便于以后扩展，以后如果有特殊需求，不用扩这个基本表，可以通过主外键关系来新建一个表，用于扩充字段


角色表(T_RoleInfo)：

 1 /**//*==============================================================*/
 2/**//* Table: T_RoleInfo                                            */
 3/**//*==============================================================*/
 4create table T_RoleInfo 
 5(
 6    pk_id                number                         not null,
 7    role_name            VARCHAR2(20),
 8    role_desc            VARCHAR2(100),
 9    parent_role_id       NUMBER,
10    constraint PK_T_ROLEINFO primary key (pk_id)
11);

角色表中需要说明的就一个parent_role_id父角色id，此字段用来扩展角色的继承关系。


资源表(T_ResourceInfo)：

 1 /**//*==============================================================*/
 2/**//* Table: T_ResourceInfo                                        */
 3/**//*==============================================================*/
 4create table T_ResourceInfo 
 5(
 6    pk_id                NUMBER                         not null,
 7    module_name          VARCHAR2(20),
 8    module_code          VARCHAR2(10),
 9    module_desc          VARCHAR2(100),
10    privilege_name       VARCHAR2(10),
11    privilege_code       CHAR,
12    privilege_desc       VARCHAR2(100),
13    constraint PK_T_RESOURCEINFO primary key (pk_id)
14);
15

这个表需要说明的就比较多了，首先该表用来记录资源与资源权限，我这边所谓的资源就是实体，就是数据库表，角色需要对应到资源，有些角色对该资源有权限，有些角色则对该资源无权限，角色可对此资源操作的权限也不同。说白了，就是不同的角色对不同的数据库表的操作权限不同。因此我们这里的资源就是数据库表。


module_name：资源名；module_code：资源代码（存放数据库表名）；
privilege_name：权限名；privilege_code：权限代码（代表权限的code,也就是我们上文所说的权值）


例如角色a对数据库表T_UserInfo有添加与删除的权限则该表应该按照如下配置：

module_name：人员信息；
module_code：T_UserInfo
privilege_name：添加与删除
privilege_code：6


这里我们假设的是2的0次方为添加权限，2的1次方为添加权限，2的2次方为删除权限，2的3次方为更新权限，则拥有添加与删除权限就应该为2的1次方+2 的2次方=6，其实2的几次方代表什么含义我们可以另外开个数据库表来配置（或者xml文件）此处我们忽略这些步骤。当然如果你的权限较多，譬如你还希望 a这个角色对人员信息表有上传得权限，我们可以将将上传权限定义为2的4次方，16，16的16进制数为10，记录在数据库里的形式应该为0x10如果a 角色拥有添加、删除、更新、上传权限，则a的权值应该为2的1次方+2的2次方+2的3次方+2的4次方=30,用16进制来表示就应该为0x1E，记录 16进制数据，你不用担心位数不够。
剩余的就是几张关系表了：


人员角色关系表(T_R_User_Role)：

 1 /**//*==============================================================*/
 2/**//* Table: T_R_user_role                                         */
 3/**//*==============================================================*/
 4create table T_R_user_role 
 5(
 6    pk_id                NUMBER                         not null,
 7    user_id              NUMBER,
 8    role_id              NUMBER,
 9    constraint PK_T_R_USER_ROLE primary key (pk_id)
10);
11

角色资源关系表(T_R_Role_Resource)

 1 /**//*==============================================================*/
 2/**//* Table: T_R_role_resource                                     */
 3/**//*==============================================================*/
 4create table T_R_role_resource 
 5(
 6    pk_id                NUMBER                         not null,
 7    role_id              NUMBER,
 8    res_id               NUMBER,
 9    constraint PK_T_R_ROLE_RESOURCE primary key (pk_id)
10);
11

当然如果你不怕麻烦，可以添加进去组(group)、系统(system)、组织(organization)，建立起一套属于你自己的完整的权限解决方案，作为系统无关的模块去套用到每个你所架构的应用中去，那是一件极爽的事情。