Spring-Security

概述
    对于任何一个完整的应用系 统，完善的认证和授权机制是必不可少的。Acegi Security（以下简称Acegi）是一个能为基于Spring的企业应用提供强大而灵活安全访问控制解决方案的框架，Acegi已经成为 Spring官方的一个子项目，所以也称为Spring Security。它通过在Spring容器中配置一组Bean，充分利用Spring的IoC和AOP功能，提供声明式安全访问控制的功能。虽然，现在 Acegi也可以应用到非Spring的应用程序中，但在Spring中使用Acegi是最自然的方式。
Acegi可以实现业务对象方法级的安 全访问控制粒度，它提供了以下三方面的应用程序的安全：

URL资源的访问控制
    如所有用户（包括其名用户）可以访问index.jsp登录页面，而只有授权的用户可以访问/user/addUser.jsp页面。Acegi允许通过 正则表达式或Ant风格的路径表达式定义URL模式，让授权用户访问某一URL匹配模式下的对应URL资源。

业务 类方法的访问控制
    Spring容器中所有Bean的方法都可以被Acegi管理，如所有用户可以调用BbtForum#getRefinedTopicCount()方 法，而只有授权用户可以调用BbtForum#addTopic()方法。

领域对象的访问控制
    业务类方法代表一个具体的业务操作，比如更改、删除、审批等，业务类方法访问控制解决了用户是否有调用某种操作的权限，但并未对操作的客体（领域对象）进 行控制。对于我们的论坛应用来说，用户可以调用BbtForum#updateUser(User user)方法更改用户注册信息，但应该仅限于更改自己的用户信息，也即调用BbtForum#updateUser()所操作的User这个领域对象必 须是受限的。

    Acegi通过多个不同用途的Servlet过滤器对URL资源进行保护，在请求受保护的URL资源前，Acegi的Servlet过滤器判断用户是否有 权访问目标资源，授权者被开放访问，而未未被授权者将被阻挡在大门之外。
    Acegi通过Spring AOP对容器中Bean的受控方法进行拦截，当用户的请求引发调用Bean的受控方法时，Acegi的方法拦截器开始工作，阻止未授权者的调用。 
    
    对领域对象的访问控制建立在对Bean方法保护的基础上，在最终开放目标Bean方法的执行前，Acegi将检查用户的ACL（Aeccess Control List：访问控制列表）是否包含正要进行操作的领域对象，只有领域对象被授权时，用户才可以使用Bean方法对领域对象进行处理。此外，Acegi还可 以对Bean方法返回的结果进行过滤，将一些不在当前用户访问权限范围内的领域对象剔除掉——即传统的数据可视域范围的控制。一般来说，使用Acegi控 制数据可视域未非理想的选择，相反通过传统的动态SQL的解决方案往往更加简单易行。

    从本质特性上来说，Servlet过滤器就是最原始的原生态AOP，所以我们可以说Acegi不但对业务类方法、领域对象访问控制采用了AOP技术方案， 对URL资源的访问控制也使用了AOP的技术方案。使用AOP技术方案的框架是令人振奋的，这意味着，开发者可以在应用程序业务功能开发完毕后，轻松地通 过Acegi给应用程序穿上安全保护的“铁布衫”。

    Acegi体系结构
    乘飞机前需要通过安检，乘客必须提供身份证以验证其身份。在通过安检进入候机室后，国航、海航、南航等不同航空公司的飞机陆续到达，但你只能登上机票上对 应航班的飞机。在登机后，只能坐在机票对应的座位上——你不能抢占他人的座位，你不能在座位上刻字留念、你不能要求空姐打开机窗……

    乘飞机的过程最能体现安全控制的流程，我们可以从中找到身份认证、资源访问控制、领域对象安全控制的对应物：安检对应身份认证，登机对应资源访问控制而按 号就座则对应领域对象安全控制。
    Acegi通过两个组件对象完成以上安全问题的处理：AuthenticationManager（认证管理器）、 AccessDecisionManager（访问控制管理器），如图 1所示：

图 1 Acegi体系结构

    SecurityContextHolder是框架级的容器，它保存着和所有用户关联SecurityContext实 例，SecurityContext承载着用户（也称认证主体）的身份信息的权限信息， AuthenticationManager、AccessDecisionManager将据此进行安全访问控制。
   
    SecurityContext的认证主体安全信息在一个HTTP请求线程的多个调用之间是共享的（通过ThreadLocal），但它不能在多个请求之 间保持共享。为了解决这个问题，Acegi将认证主体安全信息缓存于HttpSession中，当用户请求一个受限的资源时，Acegi通过 HttpSessionContextIntegrationFilter将认证主体信息从HttpSession中加载到 SecurityContext实例中，认证主体关联的SecurityContext实例保存在Acegi容器级的 SecurityContextHolder里。当请求结束之后，HttpSessionContextIntegrationFilter执行相反的操 作，将SecurityContext中的认证主体安全信息重新转存到HttpSession中，然后从SecurityContextHolder中清 除对应的SecurityContext实例。通过HttpSession转存机制，用户的安全信息就可以在多个HTTP请求间共享，同时保证 SecurityContextHolder中仅保存当前有用的用户安全信息，其整体过程如图 2所示：

图 2 SecurityContext在HttpSession和请求线程间的转交过程

    当用户请求一个受限的资源时，AuthenticationManager首先开始工作，它象一个安检入口，对用户身份进行核查，用户必须提供身份认证的 凭证（一般是用户名/密码）。在进行身份认证时，AuthenticationManager将身份认证的工作委托给多个 AuthenticationProvider。因为在具体的系统中，用户身份可能存储在不同的用户信息安全系统中（如数据库、CA中心、LDAP服务 器），不同用户信息安全系统需要不同的AuthenticationProvider执行诸如用户信息查询、用户身份判断、用户授权信息获取等工作。只要 有一个AuthenticationProvider可以识别用户的身份，AuthenticationManager就通过用户身份认证，并将用户的授 权信息放入到SecurityContext中。

   当用户通过身份认证后，试图访问某个受限的程序资源时，AccessDecisionManager开始工作。 AccessDecisionManager采用民主决策机制判断用户是否有权访问目标程序资源，它包含了多个AccessDecisionVoter。 在访问决策时每个AccessDecisionVoter都拥有投票权，AccessDecisionManager统计投票结果，并按照某种决策方式根 据这些投票结果决定最终是否向用户开放受限资源的访问。

    重要组件类介绍
    每个框架都有一些核心的概念，这些概念被固化为类和接口，成为框架的重要组件类。框架的管理类、操作类都在这些组件类的基础上进行操作。在进入Acegi 框架的具体学习前，有必要事先了解一下这些承载Acegi框架重要概念的组件类。
    首先，我们要接触是UserDetails接口，它代表一个应用系统的用户，该接口定义了用户安全相关的信息，如用户名/密码，用户是否有效等信息，你可 以根据以下接口方法进行相关信息的获取：
    String getUsername()：获取用户名； 
     String getPassword()：获取密码； 
     boolean isAccountNonExpired()：用户帐号是否过期； 
     boolean isAccountNonLocked()：用户帐号是否锁定； 
     boolean isCredentialsNonExpired()：用户的凭证是否过期； 
     boolean isEnabled()：用户是否处于激活状态。
    当以上任何一个判断用户状态的方法都返回false时，用户凭证就被视为无效。
    UserDetails还定义了获取用户权限信息的方法：GrantedAuthority[] getAuthorities()，GrantedAuthority代表用户权限信息，它定义了一个获取权限描述信息（以字符串表示，如 PRIV_COMMON）的方法：String getAuthority()。

图 3 用户和权限

    在未使用Acegi之前，我们可能通过类似User、Customer等领域对象表示用户的概念，并在程序中编写相应的用户认证的逻辑。现在，你要做的一 个调整是让原先这些代表用户概念的领域类实现UserDetails接口，这样，Acegi就可以通过UserDetails接口访问到用户的信息了。 

    UserDetails可能从数据库、LDAP等用户信息资源中返回，这要求有一种机制来完成这项工作，UserDetailsService正是充当这 一角色的接口。UserDetailsService接口很简单，仅有一个方法：UserDetails loadUserByUsername(String username) ，这个方法通过用户名获取整个UserDetails对象。
Authentication 代表一个和应用程序交互的待认证用户，Acegi从类似于登录页面、Cookie等处获取待认证的用户信息（一般是用户名密码）自动构造 Authentication实例。

图 4 Acegi的认证用户

    Authentication可以通过Object getPrincipal()获取一个代表用户的对象，这个对象一般可以转换为UserDetails，从中可以取得用户名/密码等信息。在 Authentication被AuthenticationManager认证之前，没有任何权限的信息。在通过认证之后，Acegi通过 UserDetails将用户对应的权限信息加载到Authentication中。Authentication拥有一个 GrantedAuthority[] getAuthorities()方法，通过该方法可以得到用户对应的权限信息。
    Authentication和UserDetails很容易被混淆，因为两者都有用户名/密码及权限的信息，接口方法也很类似。其实 Authentication是Acegi进行安全访问控制真正使用的用户安全信息的对象，它拥有两个状态：未认证和已认证。UserDetails是代 表一个从用户安全信息源（数据库、LDAP服务器、CA中心）返回的真正用户，Acegi需要将未认证的Authentication和代表真实用户的 UserDetails进行匹配比较，通过匹配比较（简单的情况下是用户名/密码是否一致）后，Acegi将UserDetails中的其它安全信息（如 权限、ACL等）拷贝到Authentication中。这样，Acegi安全控制组件在后续的安全访问控制中只和Authentication进行交 互。

    由于Acegi对程序资源进行访问安全控制时，一定要事先获取和请求用户对应的Authentication，Acegi框架必须为 Authentication提供一个“寓所”，以便在需要时直接从“寓所”把它请出来，作为各种安全管理器决策的依据。

    SecurityContextHolder就是Authentication容身的“寓所”，你可以通过 SecurityContextHolder.getContext().getAuthenication()代码获取Authentication。 细心观察一下这句代码，你会发现在SecurityContextHolder和Authentication之间存在一个getContext()中 介，这个方法返回SecurityContext对象。SecurityContext这个半路杀出来的程咬金有什么特殊的用途呢？我们知道 Authentication是用户安全相关的信息，请求线程其它信息（如登录验证码等）则放置在SecurityContext中，构成了一个完整的安 全信息上下文。SecurityContext接口提供了获取和设置Authentication的方法：
1. Authentication getAuthentication()
2. void setAuthentication(Authentication authentication)

图 5 认证用户信息存储器

    SecurityContextHolder是Acegi框架级的对象，它在内部通过ThreadLocal为请求线程提供线程绑定的 SecurityContext对象。这样，任何参与当前请求线程的Acegi安全管理组件、业务服务对象等都可以直接通过 SecurityContextHolder.getContext()获取线程绑定的SecurityContext，避免通过方法入参的方式获取用户 相关的SecurityContext。

    线程绑定模式对于大多数应用来说是适合的，但是应用本身会创建其它的线程，那么只有主线程可以获得线程绑定SecurityContext，而主线程衍生 出的新线程则无法得到线程绑定的SecurityContext。Acegi考虑到了这些不同应用情况，提供了三种绑定SecurityContext的 模式：
1. SecurityContextHolder.MODE_THREADLOCAL：SecurityContext绑定到主线程，这是默认的模式；
2. SecurityContextHolder.MODE_GLOBAL：SecurityContext绑定到JVM中，所有线程都使用同一个 SecurityContext；
3. SecurityContextHolder.MODE_INHERITABLETHREADLOCAL：：SecurityContext绑定到主线程 及由主线程衍生的线程中。
    你可以通过SecurityContextHolder.setStrategyName(String strategyName)方法指定SecurityContext的绑定模式。

    用户认证过程
Acegi支持多种方式的用户认证：如典型的基于数据库的认证、基于LDAP的认 证、基于Yale中心认证等方式。不同的认证环境拥有不同的用户认证方式，现在我们先抛开这些具体的细节，考察一下Acegi对受限资源进行访问控制的典 型过程：
    1．你点击一个链接访问一个网页；
    2．浏览器发送一个请求到服务器，服务器判断出你正在访问一个受保护的资源；
    3．如果此时你并未通过身份认证，服务器发回一个响应提示你进行认证——这个响应可能是一个HTTP响应代码，抑或重定向到一个指定页面；
    4．根据系统使用认证机制的不同，浏览器或者重定向到一个登录页面中，或者由浏览器通过一些其它的方式获取你的身份信息（如通过BASIC认证对话框、一 个Cookie或一个X509证书）；
    5．浏览器再次将用户身份信息发送到服务器上（可能是一个用户登录表单的HTTP POST信息、也可能是包含认证信息的HTTP报文头）；
    6．服务器判断用户认证信息是否有效，如果无效，一般情况下，浏览器会要求你继续尝试，这意味着返回第3步。如果有效，则到达下一步；
    7．服务器重新响应第2步所提交的原始请求，并判断该请求所访问的程序资源是否在你的权限范围内，如果你有权访问，请求将得到正确的执行并返回结果。否 则，你将收到一个HTTP 403错误，这意味着你被禁止访问。
    在Acegi框架里，你可以找到对应以上大多数步骤的类，其中ExceptionTranslationFilter、 AuthenticationEntryPoint、AuthenticationProvider以及Acegi的认证机制是其中的代表者。

    ExceptionTranslationFilter是一个Acegi的Servlet过滤器，它负责探测抛出的安全异常。当一个未认证用户访问服务器 时，Acegi将引发一个Java异常。Java异常本身对HTTP请求以及如何认证用户是一无所知 的，ExceptionTranslationFilter适时登场，对这个异常进行处理，启动用户认证的步骤（第3步）。如果已认证用户越权访问一个资 源，Acegi也将引发一个Java异常，ExceptionTranslationFilter则将这个异常转换为HTTP 403响应码（第7步）。可见，Acegi通过异常进行通讯，
ExceptionTranslationFilter接收这些异常并作出相应的动 作。

    当ExceptionTranslationFilter通过Java异常发现用户还未认证时，它到底会将请求重定向哪个页面以要求用户提供认证信息呢？ 这通过咨询AuthenticationEntryPoint来达到目的——Acegi通过AuthenticationEntryPoint描述登录页 面。

    当你的浏览器通过HTTP表单或HTTP报文头向服务器提供用户认证信息时，Acegi需要将这些信息收集到Authentication中，Acegi 用“认证机制”描述这一过程。此时，这个新生成Authentication只包含用户提供的认证信息，但并未通过认证。
AuthenticationProvider 负责对Authentication进行认证。AuthenticationProvider究竟如何完成这一过程呢？请回忆一下上节我们所介绍的 UserDetails和UserDetailsService，大多数AuthenticationProvider通过 UserDetailsService获取和未认证的Authentication对应的UserDetails并进行匹配比较来完成这一任务。当用户认 证信息匹配时，Authentication被认为是有效的，AuthenticationProvider进一步将UserDetails中权限、 ACL等信息拷贝到Authentication。
当Acegi通过认证机制收集到用户认证信息并填充好Authentication 后，Authentication将被保存到SecurityContextHolder中并处理用户的原始请求（第7步）。

    你完全可以抛开Acegi的安全机制，编写自己的Servlet过滤器，使用自己的方案构建Authentication对象并将其放置到 SecurityContextHolder中。也许你使用了CMA（Container
Managed Authentication：容器管理认证），CMA允许你从ThreadLocal或JNDI中获取用户认证信息，这时你只要获取这些信息并将其转换 为Authentication就可以了。

    安全对象访问控制
    Acegi称受保护的应用资源为“安全对象”，这包括URL资源和业务类方法。我们知道在Spring AOP中有前置增强、后置增强、异常增强和环绕增强，其中环绕增强的功能最为强大——它不但可以在目标方法被访问前拦截调用，还可以在调用返回前改变返回 的结果，甚至抛出异常。Acegi使用环绕增强对安全对象进行保护。
    Acegi通过AbstractSecurityInterceptor为安全对象访问提供一致的工作模型，它按照以下流程进行工作：
    1． 从SecurityContext中取出已经认证过的Authentication（包括权限信息）；
    2． 通过反射机制，根据目标安全对象和“配置属性”得到访问目标安全对象所需的权限；
    3． AccessDecisionManager根据Authentication的授权信息和目标安全对象所需权限做出是否有权访问的判断。如果无权访 问，Acegi将抛出AccessDeniedException异常，否则到下一步；
4． 访问安全对象并获取结果（返回值或HTTP响应）；
5． AbstractSecurityInterceptor可以在结果返回前进行处理：更改结果或抛出异常。     Acegi称受保护的应用资源为“安全对象”，这包括URL资源和业务类方法。我们知道在Spring AOP中有前置增强、后置增强、异常增强和环绕增强，其中环绕增强的功能最为强大——它不但可以在目标方法被访问前拦截调用，还可以在调用返回前改变返回 的结果，甚至抛出异常。Acegi使用环绕增强对安全对象进行保护。     Acegi通过AbstractSecurityInterceptor为安全对象访问提供一致的工作模型，它按照以下流程进行工作：     1． 从SecurityContext中取出已经认证过的Authentication（包括权限信息）；     2． 通过反射机制，根据目标安全对象和“配置属性”得到访问目标安全对象所需的权限；     3． AccessDecisionManager根据Authentication的授权信息和目标安全对象所需权限做出是否有权访问的判断。如果无权访 问，Acegi将抛出AccessDeniedException异常，否则到下一步； 4． 访问安全对象并获取结果（返回值或HTTP响应）； 5． AbstractSecurityInterceptor可以在结果返回前进行处理：更改结果或抛出异常。

图 6 AbstractSecurityInterceptor工作流程

    安全对象和一般对象的区别在于前者通过Acegi的“配置属性”进行了描述，如“/view.jsp=PRIV_COMMON”配置属性就将“ /view.jsp”这个URL资源标识为安全对象，它表示用户在访问/view.jsp时，必须拥有PRIV_COMMON这个权限。配置属性通过 XML配置文件，注解、数据库等方式提供。安全对象通过配置属性表示为一个权限，这样，Acegi就可以根据Authentication的权限信息获知 用户可以访问的哪些安全对象。
    根据安全对象的性质以及具体实现技术，AbstractSecurityInterceptor拥有以下三个实现类：
1. FilterSecurityInterceptor：对URL资源的安全对象进行调用时，通过该拦截器实施环绕切面。该拦截器使用Servlet过滤器 实现AOP切面，它本身就是一个Servlet过滤器；
2. MethodSecurityInterceptor：当调用业务类方法的安全对象时，可通过该拦截器类实施环绕切面；
3. AspectJSecurityInterceptor：和MethodSecurityInterceptor类似，它是针对业务类方法的拦截器，只不 过它通过AspectJ实施AOP切面。

    Acegi版本升级的一些重大变化 
    Acegi项目开始于2003年，Acegi团队在发布新版本时非常谨慎，在本书写作之时，Acegi最新版本为1.0.3。在此之前Acegi已经发布 了10多个预览版本，由于Acegi框架优异的表现，许多大型应用早在Acegi 1.0正式版本发布之前（2006年5月），就已经采用Acegi框架作为其安全访问控制的解决方案。

    在Acegi社区里，来自世界各地众多优秀的安全领域专家对Acegi的改进和发展献计献策，Acegi团队广泛听取并吸收各种有益的建议，将它们融入到 Acegi的框架中，使Acegi成为构建在Spring基础上企业应用的首选安全控制框架。
Acegi 1.0.3版本相比于早期预览版本发生了很大的变化，对于需要进行Acegi版本的项目来说，了解这一变化特别重要。下面，我们列出Acegi的一些重大 的升级更新：
1. 包名的更新：在0.9.0及之前的版本中，Acegi采用net.sf.acegisecurity包名前缀，在1.0.0版本之后更改为 org.acegisecurity（Hibernate也走过相同的道路，好在Acegi在正式版本发布之时就完成了这种转变）；

 2.ACL模块的调整：ACL模块发生了重大的调整，Acegi团队接收了社区大量关于ACL模块的反馈意见，重新设计了ACL模块的底层结构，在性能、封装 性、灵活性上得到了质的提升。事实上，Acegi使用org.acegisecurity.acls包代替了原来的 org.acegisecurity.acl包，后者将在后期的版本中删除，由于这种伤筋动骨的变化，将很难兼容原来ACL模块。不过，目前基于新框架的 ACL模块还没有进行充分的测试，Acegi承诺在1.1.0版本发布时提供最终的实现；

 3.删除了ContextHolder及其相关类：在Acegi 0.9版本中，ContextHolder及其相关类被彻底从Acegi项目中删除。ContextHolder可以在多个HTTP请求中共享同一个 ThreadLocal，这和Spring提倡的ThreadLocal只应在同一线程中共享相悖。现在，Acegi使用 SecurityContextHolder替换ContextHolder，它的生命周期是一个HTTP 请求；

 使用FilterChainProxy同时代理多个过滤器：在早期的版本中，Acegi通过FilterToBeanProxy将web.xml中的 Servlet过滤器定义转移到Spring容器中。这比直接在web.xml中配置Servlet过滤器要方便一些，但是Acegi框架往往需要定义多 个Servlet过滤器，使web.xml配置文件变得冗长难看。在Acegi 0.8版本中提供FilterChainProxy，它可以同时代理多个Servlet过滤器并保证过滤器的顺序。因此在新版本 中，FilterChainProxy成为推荐的选择。

    小结
    Acegi是Spring项目下一个成熟的安全访问控制框架，它允许利用了Spring IoC的AOP的功能完成安全对象的访问控制。在Acegi框架中，SecurityContextHolder处于非常核心的位置，它是存放认证管理器 用户安全信息SecurityContext的“容器”，SecurityContext保存着用户安全访问控制所需的信息，直接被访问决策管理器使用。 HttpSessionContextIntegrationFilter通过在SecurityContextHolder和HttpSession中 摆渡SecurityContext，使多个请求线程可以共享同一个SecurityContext。