Java安全之认证与授权

    Java平台提供的认证与授权服务(Java Authentication and Authorization Service (JAAS))，能够控制代码对敏感或关键资源的访问，例如文件系统，网络服务，系统属性访问等，加强代码的安全性。主要包含认证与授权两部分，认证的目的在于可靠安全地确定当前是谁在执行代码，代码可以是一个应用，applet，bean，servlet；授权的目的在于确定了当前执行代码的用户有什么权限，资源是否可以进行访问。虽然JAAS表面上分为了两大部分，而实际上两者是密不可分的，下面看一段代码：

public class App {
	
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(System.getProperty("java.home"));
	}
}

非常简单只是输出java.home系统属性，现在肯定是没有任何问题，属性会能正常输出。把上述代码改为如下后：

public class App {
	
	public static void main(String[] args) {
		//安装安全管理器
		System.setSecurityManager(new SecurityManager());
		
		System.out.println(System.getProperty("java.home"));
	}
}

抛出了如下异常：java.security.AccessControlException: access denied ("java.util.PropertyPermission" "java.home" "read")，异常提示没有对java.home的读取权限，系统属性也是一种资源，与文件访问类似；默认情况下对于普通Java应用是没有安装安全管理器，在手动安装安全管理器后，如果没有为应用授权则没有任何权限，所以应用无法访问java.home系统属性。

授权的方式是为安全管理器绑定一个授权策略文件。由于我是在eclipse Java工程中直接运行main方法，所以就在工程根目录下新建一个demo.policy文件，文件内容如下：

grant  {
	permission java.util.PropertyPermission "java.home", "read";
};

该授权的效果是任何用户运行的任何程序都有对java.home的读权限，policy文件的具体格式请参看：http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/security/PolicyFiles.html
为安全管理器绑定policy文件的方式有两种：一、在运行程序的时候加入-Djava.security.policy=demo.policy虚拟机启动参数；二、执行System.setProperty("java.security.policy", "demo.policy");其实两者的效果一样，都是在设置系统属性，其中demo.policy是路径，这里为了简单指定的是相对路径，绝对路径当然也没问题。再次运行程序不再抛出异常，说明程序拥有了对java.home系统属性的读取权限。在Java中权限有很多，具体可参考：http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/security/spec/security-spec.doc3.html#17001

在上述过程中虽然完成了授权，但授权的针对性不强，在程序绑定了该policy文件后，无论是哪个用户执行都将拥有java.home系统属性的读权限，现在我们希望做更加细粒度的权限控制，这里需要用到认证服务了。

认证服务有点“麻烦”，一般情况下主要都涉及到了LoginContext，LoginModule，CallbackHandler，Principal，后三者还需要开发者自己实现。这里先解释一下这几个类的作用：
1.LoginContext:认证核心类，也是入口类，用于触发登录认证，具体的登录模块由构造方法name参数指定
2.LoginModule:登录模块，封装具体的登录认证逻辑，如果认证失败则抛出异常，成为则向Subject中添加一个Principal
3.CallbackHandler:回调处理器，用于搜集认证信息
4.Principal:代表程序用户的某一身份，与其密切相关的为Subject，用于代表程序用户，而一个用户可以多种身份，授权时可以针对某用户的多个身份分别授权


下面看一个认证例子：

package com.xtayfjpk.security.jaas.demo;

import javax.security.auth.login.LoginContext;
import javax.security.auth.login.LoginException;

public class App {
	
	public static void main(String[] args) {
		System.setProperty("java.security.auth.login.config", "demo.config");
		System.setProperty("java.security.policy", "demo.policy");
		System.setSecurityManager(new SecurityManager());
		
		try {
			//创建登录上下文
			LoginContext context = new LoginContext("demo", new DemoCallbackHander());
			//进行登录，登录不成功则系统退出
			context.login();
		} catch (LoginException le) {
		    System.err.println("Cannot create LoginContext. " + le.getMessage());
		    System.exit(-1);
		} catch (SecurityException se) {
		    System.err.println("Cannot create LoginContext. " + se.getMessage());
		    System.exit(-1);
		}
		
		
		//访问资源
		System.out.println(System.getProperty("java.home"));
	}
}

package com.xtayfjpk.security.jaas.demo;

import java.io.IOException;
import java.security.Principal;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;

import javax.security.auth.Subject;
import javax.security.auth.callback.Callback;
import javax.security.auth.callback.CallbackHandler;
import javax.security.auth.callback.NameCallback;
import javax.security.auth.callback.PasswordCallback;
import javax.security.auth.callback.UnsupportedCallbackException;
import javax.security.auth.login.FailedLoginException;
import javax.security.auth.login.LoginException;
import javax.security.auth.spi.LoginModule;

public class DemoLoginModule implements LoginModule {
	private Subject subject;
	private CallbackHandler callbackHandler;
	private boolean success = false;
	private String user;
	private String password;

	@Override
	public void initialize(Subject subject, CallbackHandler callbackHandler, Map<String, ?> sharedState, Map<String, ?> options) {
		this.subject = subject;
		this.callbackHandler = callbackHandler;
	}

	@Override
	public boolean login() throws LoginException {
		NameCallback nameCallback = new NameCallback("请输入用户名");
		PasswordCallback passwordCallback = new PasswordCallback("请输入密码", false);
		Callback[] callbacks = new Callback[]{nameCallback, passwordCallback};
		try {
			//执行回调，回调过程中获取用户名与密码
			callbackHandler.handle(callbacks);
			//得到用户名与密码
			user = nameCallback.getName();
			password = new String(passwordCallback.getPassword());
		} catch (IOException | UnsupportedCallbackException e) {
			success = false;
			throw new FailedLoginException("用户名或密码获取失败");
		}
		//为简单起见认证条件写死
		if(user.length()>3 && password.length()>3) {
			success = true;//认证成功
		}
		return true;
	}

	@Override
	public boolean commit() throws LoginException {
		if(!success) {
			return false;
		} else {
			//如果认证成功则得subject中添加一个Principal对象
			//这样某身份用户就认证通过并登录了该应用，即表明了谁在执行该程序
			this.subject.getPrincipals().add(new DemoPrincipal(user));
			return true;
		}
	}

	@Override
	public boolean abort() throws LoginException {
		logout();
		return true;
	}

	@Override
	public boolean logout() throws LoginException {
		//退出时将相应的Principal对象从subject中移除
		Iterator<Principal> iter = subject.getPrincipals().iterator();
		while(iter.hasNext()) {
			Principal principal = iter.next();
			if(principal instanceof DemoPrincipal) {
				if(principal.getName().equals(user)) {
					iter.remove();
					break;
				}
			}
		}
		return true;
	}

}

package com.xtayfjpk.security.jaas.demo;

import java.io.IOException;

import javax.security.auth.callback.Callback;
import javax.security.auth.callback.CallbackHandler;
import javax.security.auth.callback.NameCallback;
import javax.security.auth.callback.PasswordCallback;
import javax.security.auth.callback.UnsupportedCallbackException;

public class DemoCallbackHander implements CallbackHandler {

	@Override
	public void handle(Callback[] callbacks) throws IOException, UnsupportedCallbackException {
		NameCallback nameCallback = (NameCallback) callbacks[0];
		PasswordCallback passwordCallback = (PasswordCallback) callbacks[1];
		//设置用户名与密码
		nameCallback.setName(getUserFromSomeWhere());
		passwordCallback.setPassword(getPasswordFromSomeWhere().toCharArray());
	}
	

	//为简单起见用户名与密码写死直接返回，真实情况可以由用户输入等具体获取
	public String getUserFromSomeWhere() {
		return "zhangsan";
	}
	public String getPasswordFromSomeWhere() {
		return "zhangsan";
	}
}

package com.xtayfjpk.security.jaas.demo;

import java.security.Principal;

public class DemoPrincipal implements Principal {
	private String name;
	
	public DemoPrincipal(String name) {
		this.name = name;
	}
	
	@Override
	public String getName() {
		return this.name;
	}

}

使用认证服务时，需要绑定一个认证配置文件，在例子中通过System.setProperty("java.security.auth.login.config", "demo.config");实现，当然也可以设置虚拟属性-Djava.security.auth.login.config=demo.config实现。配置文件内容如下：

demo {
   com.xtayfjpk.security.jaas.demo.DemoLoginModule required debug=true;
};

其中demo为配置名称，其内容指定了需要使用到哪登录模块(LoginModule)，认证配置文件具体格式请参看：http://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/guides/security/jgss/tutorials/LoginConfigFile.html

前面说到认证与授权密不可分，这里就可以说明，在创建LoginContext对象时就需要有createLoginContext.demo的认证权限，demo就是认证配置文件中的配置名称，该名称在构造LoginContext对象时指定。由于在DemoLoginModule中修改了Subject的principals集合，还需要有modifyPrincipals认证权限，所以授权策略文件内容变为：

grant  {
	permission javax.security.auth.AuthPermission "createLoginContext.demo";
	permission javax.security.auth.AuthPermission "modifyPrincipals";
	permission java.util.PropertyPermission "java.home", "read";
};

再次运行程序，java.home系统属性正常输出，但此时我们还是没有针对某特定用户身份进行授权，这个就需要在授权文件中配置Principal，现在将授权文件改写为：

grant principal com.xtayfjpk.security.jaas.demo.DemoPrincipal "zhangsan"{
	permission java.util.PropertyPermission "java.home", "read";
};
grant {
	permission javax.security.auth.AuthPermission "createLoginContext.demo";
	permission javax.security.auth.AuthPermission "modifyPrincipals";
	permission javax.security.auth.AuthPermission "doAsPrivileged";
};

这就意味着只有以名为zhangsan的DemoPrincipal登录应用才会拥有java.home系统属性的读权限，此时读取java.home的代码需要做一定的修改，如下：

Subject subject = context.getSubject();
//该方法调用需要"doAsPrivileged"权限
Subject.doAsPrivileged(subject, new PrivilegedAction<Object>() {
	@Override
	public Object run() {
		System.out.println(System.getProperty("java.home"));
		return null;
	}
}, null);

因为在Subject中才有Principal信息，这样就可以针对每一种用户身份制定一套权限方案。