Shiro学习笔记
1.Shiro介绍
Apache Shiro是一个强大易用的Java安全框架,提供了认证、授权、加密和会话管理等功能:
- 认证 用户身份识别,常被称为用户“登录”
- 授权 访问控制
- 密码加密 保护或隐藏数据防止被偷窥
- 会话管理 每用户相关的时间敏感的状态
对于任何一个应用程序,Shiro都可以提供全面的安全管理服务。并且相对于其他安全框架,Shiro要简单的多。
2.Shiro架构
首先,来了解一下Shiro的三个核心组件:Subject, SecurityManager 和 Realms. 如下图:
Subject:即“当前操作用户”。但是,在Shiro中,Subject这一概念并不仅仅指人,也可以是第三方进程、后台帐户(Daemon Account)或其他类似事物。它仅仅意味着“当前跟软件交互的东西”。但考虑到大多数目的和用途,你可以把它认为是Shiro的“用户”概念。
Subject代表了当前用户的安全操作,SecurityManager则管理所有用户的安全操作。
SecurityManager:它是Shiro框架的核心,典型的Facade模式,Shiro通过SecurityManager来管理内部组件实例,并通过它来提供安全管理的各种服务。
SecurityManager默认实现结构:
Realm:域,Shiro从Realm获取安全数据(如用户、角色、权限),就是说SecurityManager要验证用户身份,那么它需要从Realm获取相应的用户进行比较以确定用户身份是否合法;也需要从Realm得到用户相应的角色/权限进行验证用户是否能进行操作;可以把Realm看成DataSource,即安全数据源。
从这个意义上讲,Realm实质上是一个安全相关的DAO:它封装了数据源的连接细节,并在需要时将相关数据提供给Shiro。当配置Shiro时,你必须至少指定一个Realm,用于认证和(或)授权。配置多个Realm是可以的,但是至少需要一个。
Shiro内置了可以连接大量安全数据源(又名目录)的Realm,如LDAP、关系数据库(JDBC)、类似INI的文本配置资源以及属性文件等。如果缺省的Realm不能满足需求,你还可以插入代表自定义数据源的自己的Realm实现。
Shiro缺省Realm实现:
实现自己的Realm
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Shiro完整架构图:
3.Shiro认证与授权
认证就是验证用户身份的过程。在认证过程中,用户需要提交实体信息(Principals)和凭据信息(Credentials)以检验用户是否合法。最常见的“实体/凭证”组合便是“用户名/密码”组合。被 Shiro 保护的资源,才会经过认证与授权过程。使用 Shiro 对 URL 进行保护可以参见“与 Spring 集成”章节。用户访问受 Shiro 保护的 URL;例如 http://host/security/action.do,Shiro 首先检查用户是否已经通过认证,如果未通过认证检查,则跳转到登录页面,否则进行授权检查。认证过程需要通过 Realm 来获取用户及密码信息,通常情况我们实现 JDBC Realm,此时用户认证所需要的信息从数据库获取。如果使用了缓存,除第一次外用户信息从缓存获取。认证通过后接受 Shiro 授权检查,授权检查同样需要通过 Realm 获取用户权限信息。Shiro 需要的用户权限信息包括 Role 或 Permission,可以是其中任何一种或同时两者,具体取决于受保护资源的配置。如果用户权限信息未包含 Shiro 需要的 Role 或 Permission,授权不通过。只有授权通过,才可以访问受保护 URL 对应的资源,否则跳转到“未经授权页面”。
3.1 身份认证流程
1.首先创建一个SecurityManager工厂
2.接着获取SecurityManager并绑定到SecurityUtils,这是一个全局设置,设置一次即可;
3.通过SecurityUtils得到Subject,其会自动绑定到当前线程;如果在web环境在请求结束时需要解除绑定;然后获取身份验证的Token,如用户名/密码;
4.调用subject.login方法进行登录,其会自动委托给SecurityManager.login方法进行登录;
5.如果身份验证失败请捕获AuthenticationException或其子类,常见的如: DisabledAccountException(禁用的帐号)、LockedAccountException(锁定的帐号)、UnknownAccountException(错误的帐号)、ExcessiveAttemptsException(登录失败次数过多)、IncorrectCredentialsException (错误的凭证)、ExpiredCredentialsException(过期的凭证)等,具体请查看其继承关系;对于页面的错误消息展示,最好使用如“用户名/密码错误”而不是“用户名错误”/“密码错误”,防止一些恶意用户非法扫描帐号库;
6.最后可以调用subject.logout退出,其会自动委托给SecurityManager.logout方法退出。
从如上代码可总结出身份验证的步骤:
1.收集用户身份/凭证,即如用户名/密码;
2.调用Subject.login进行登录,如果失败将得到相应的AuthenticationException异常,根据异常提示用户错误信息;否则登录成功;
3.最后调用Subject.logout进行退出操作。
流程图如下:
实现代码如下:
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3.2 Authenticator及AuthenticationStrategy
Authenticator的职责是验证用户帐号,是Shiro API中身份验证核心的入口点:
public AuthenticationInfo authenticate(AuthenticationToken authenticationToken) throws AuthenticationException; |
如果验证成功,将返回AuthenticationInfo验证信息;此信息中包含了身份及凭证;如果验证失败将抛出相应的AuthenticationException实现。
SecurityManager接口继承了Authenticator,另外还有一个ModularRealmAuthenticator实现,其委托给多个Realm进行验证,验证规则通过AuthenticationStrategy接口指定,默认提供的实现:
FirstSuccessfulStrategy:只要有一个Realm验证成功即可,只返回第一个Realm身份验证成功的认证信息,其他的忽略;
AtLeastOneSuccessfulStrategy:只要有一个Realm验证成功即可,和FirstSuccessfulStrategy不同,返回所有Realm身份验证成功的认证信息;
AllSuccessfulStrategy:所有Realm验证成功才算成功,且返回所有Realm身份验证成功的认证信息,如果有一个失败就失败了。
ModularRealmAuthenticator默认使用AtLeastOneSuccessfulStrategy策略。
3.3 授权流程
授权,也叫访问控制,即在应用中控制谁能访问哪些资源(如访问页面/编辑数据/页面操作等)。在授权中需了解的几个关键对象:主体(Subject)、资源(Resource)、权限(Permission)、角色(Role)。
主体,即访问应用的用户,在Shiro中使用Subject代表该用户。用户只有授权后才允许访问相应的资源。
资源,在应用中用户可以访问的任何东西,比如访问JSP页面、查看/编辑某些数据、访问某个业务方法、打印文本等等都是资源。用户只要授权后才能访问。
权限,安全策略中的原子授权单位,通过权限我们可以表示在应用中用户有没有操作某个资源的权力。即权限表示在应用中用户能不能访问某个资源,如:访问用户列表页面,查看/新增/修改/删除用户数据(即很多时候都是CRUD(增查改删)式权限控制),打印文档等等…
如上可以看出,权限代表了用户有没有操作某个资源的权利,即反映在某个资源上的操作允不允许,不反映谁去执行这个操作。所以后续还需要把权限赋予给用户,即定义哪个用户允许在某个资源上做什么操作(权限),Shiro不会去做这件事情,而是由实现人员提供。
角色,角色代表了操作集合,可以理解为权限的集合,一般情况下我们会赋予用户角色而不是权限,即这样用户可以拥有一组权限,赋予权限时比较方便。典型的如:项目经理、技术总监、CTO、开发工程师等都是角色,不同的角色拥有一组不同的权限。
隐式角色:即直接通过角色来验证用户有没有操作权限,如在应用中CTO、技术总监、开发工程师可以使用打印机,假设某天不允许开发工程师使用打印机,此时需要从应用中删除相应代码;再如在应用中CTO、技术总监可以查看用户、查看权限;突然有一天不允许技术总监查看用户、查看权限了,需要在相关代码中把技术总监角色从判断逻辑中删除掉;即粒度是以角色为单位进行访问控制的,粒度较粗;如果进行修改可能造成多处代码修改。
显示角色:在程序中通过权限控制谁能访问某个资源,角色聚合一组权限集合;这样假设哪个角色不能访问某个资源,只需要从角色代表的权限集合中移除即可;无须修改多处代码;即粒度是以资源/实例为单位的;粒度较细。
流程如下:
1.首先调用Subject.isPermitted*/hasRole接口,其会委托给SecurityManager,而SecurityManager接着会委托给Authorizer;
2.Authorizer是真正的授权者,如果我们调用如isPermitted(“user:view”),其首先会通过PermissionResolver把字符串转换成相应的Permission实例;
3.在进行授权之前,其会调用相应的Realm获取Subject相应的角色/权限用于匹配传入的角色/权限;
4.Authorizer会判断Realm的角色/权限是否和传入的匹配,如果有多个Realm,会委托给ModularRealmAuthorizer进行循环判断,如果匹配如isPermitted/hasRole*会返回true,否则返回false表示授权失败。
ModularRealmAuthorizer进行多Realm匹配流程:
1.首先检查相应的Realm是否实现了实现了Authorizer;
2.如果实现了Authorizer,那么接着调用其相应的isPermitted*/hasRole*接口进行匹配;
3.如果有一个Realm匹配那么将返回true,否则返回false。
如果Realm进行授权的话,应该继承AuthorizingRealm,其流程是:
1.如果调用hasRole*,则直接获取AuthorizationInfo.getRoles()与传入的角色比较即可;
2.首先如果调用如isPermitted(“user:view”),首先通过PermissionResolver将权限字符串转换成相应的Permission实例,默认使用WildcardPermissionResolver,即转换为通配符的WildcardPermission;
3.通过AuthorizationInfo.getObjectPermissions()得到Permission实例集合;通过AuthorizationInfo. getStringPermissions()得到字符串集合并通过PermissionResolver解析为Permission实例;然后获取用户的角色,并通过RolePermissionResolver解析角色对应的权限集合(默认没有实现,可以自己提供);
4.接着调用Permission. implies(Permission p)逐个与传入的权限比较,如果有匹配的则返回true,否则false。
3.4 Authorizer、PermissionResolver及RolePermissionResolver
Authorizer的职责是进行授权(访问控制),是Shiro API中授权核心的入口点,其提供了相应的角色/权限判断接口,具体请参考其Javadoc。SecurityManager继承了Authorizer接口,且提供了ModularRealmAuthorizer用于多Realm时的授权匹配。PermissionResolver用于解析权限字符串到Permission实例,而RolePermissionResolver用于根据角色解析相应的权限集合。
我们可以通过如下配置更改Authorizer实现:
...... |
流程图如下:
实现代码如下:
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4.拦截器
4.1 拦截器介绍
Shiro使用了与Servlet一样的Filter接口进行扩展,首先下图是Shiro拦截器的基础类图:
NameableFilter
NameableFilter给Filter起个名字,如果没有设置默认就是FilterName;还记得之前的如authc吗?当我们组装拦截器链时会根据这个名字找到相应的拦截器实例;
OncePerRequestFilter
OncePerRequestFilter用于防止多次执行Filter的;也就是说一次请求只会走一次拦截器链;另外提供enabled属性,表示是否开启该拦截器实例,默认enabled=true表示开启,如果不想让某个拦截器工作,可以设置为false即可。
ShiroFilter
ShiroFilter是整个Shiro的入口点,用于拦截需要安全控制的请求进行处理,这个之前已经用过了。
AdviceFilter
AdviceFilter提供了AOP风格的支持,类似于SpringMVC中的Interceptor:
boolean preHandle(ServletRequest request, ServletResponse response) throws Exception |
preHandler:类似于AOP中的前置增强;在拦截器链执行之前执行;如果返回true则继续拦截器链;否则中断后续的拦截器链的执行直接返回;进行预处理(如基于表单的身份验证、授权)
postHandle:类似于AOP中的后置返回增强;在拦截器链执行完成后执行;进行后处理(如记录执行时间之类的);
afterCompletion:类似于AOP中的后置最终增强;即不管有没有异常都会执行;可以进行清理资源(如接触Subject与线程的绑定之类的);
PathMatchingFilter
PathMatchingFilter提供了基于Ant风格的请求路径匹配功能及拦截器参数解析的功能,如“roles[admin,user]”自动根据“,”分割解析到一个路径参数配置并绑定到相应的路径:
boolean pathsMatch(String path, ServletRequest request) |
pathsMatch:该方法用于path与请求路径进行匹配的方法;如果匹配返回true;
onPreHandle:在preHandle中,当pathsMatch匹配一个路径后,会调用opPreHandler方法并将路径绑定参数配置传给mappedValue;然后可以在这个方法中进行一些验证(如角色授权),如果验证失败可以返回false中断流程;默认返回true;也就是说子类可以只实现onPreHandle即可,无须实现preHandle。如果没有path与请求路径匹配,默认是通过的(即preHandle返回true)。
AccessControlFilter
AccessControlFilter提供了访问控制的基础功能;比如是否允许访问/当访问拒绝时如何处理等:
abstract boolean isAccessAllowed(ServletRequest request, ServletResponse response, Object mappedValue) throws Exception; |
isAccessAllowed:表示是否允许访问;mappedValue就是[urls]配置中拦截器参数部分,如果允许访问返回true,否则false;
onAccessDenied:表示当访问拒绝时是否已经处理了;如果返回true表示需要继续处理;如果返回false表示该拦截器实例已经处理了,将直接返回即可。
onPreHandle会自动调用这两个方法决定是否继续处理:
boolean onPreHandle(ServletRequest request, ServletResponse response, Object mappedValue) throws Exception { |
另外AccessControlFilter还提供了如下方法用于处理如登录成功后/重定向到上一个请求:
void setLoginUrl(String loginUrl) //身份验证时使用,默认/login.jsp |
比如基于表单的身份验证就需要使用这些功能。
到此基本的拦截器就完事了,如果我们想进行访问访问的控制就可以继承AccessControlFilter;如果我们要添加一些通用数据我们可以直接继承PathMatchingFilter。
4.2 拦截器链
Shiro对Servlet容器的FilterChain进行了代理,即ShiroFilter在继续Servlet容器的Filter链的执行之前,通过ProxiedFilterChain对Servlet容器的FilterChain进行了代理;即先走Shiro自己的Filter体系,然后才会委托给Servlet容器的FilterChain进行Servlet容器级别的Filter链执行;Shiro的ProxiedFilterChain执行流程:1、先执行Shiro自己的Filter链;2、再执行Servlet容器的Filter链(即原始的Filter)。
而ProxiedFilterChain是通过FilterChainResolver根据配置文件中[urls]部分是否与请求的URL是否匹配解析得到的。
FilterChain getChain(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain originalChain); |
即传入原始的chain得到一个代理的chain。
Shiro内部提供了一个路径匹配的FilterChainResolver实现:PathMatchingFilterChainResolver,其根据[urls]中配置的url模式(默认Ant风格)=拦截器链和请求的url是否匹配来解析得到配置的拦截器链的;而PathMatchingFilterChainResolver内部通过FilterChainManager维护着拦截器链,比如DefaultFilterChainManager实现维护着url模式与拦截器链的关系。因此我们可以通过FilterChainManager进行动态动态增加url模式与拦截器链的关系。
DefaultFilterChainManager会默认添加org.apache.shiro.web.filter.mgt.DefaultFilter中声明的拦截器:
public enum DefaultFilter { |
如果要注册自定义拦截器,IniSecurityManagerFactory/WebIniSecurityManagerFactory在启动时会自动扫描ini配置文件中的[filters]/[main]部分并注册这些拦截器到DefaultFilterChainManager;且创建相应的url模式与其拦截器关系链。如果使用Spring后续章节会介绍如果注册自定义拦截器。
如果想自定义FilterChainResolver,可以通过实现WebEnvironment接口完成:
public class MyIniWebEnvironment extends IniWebEnvironment { |
FilterChain之间的关系。如果想动态实现url-拦截器的注册,就可以通过实现此处的FilterChainResolver来完成,比如:
//1、创建FilterChainResolver |
此处自己去实现注册filter,及url模式与filter之间的映射关系。可以通过定制FilterChainResolver或FilterChainManager来完成诸如动态URL匹配的实现。
然后再web.xml中进行如下配置Environment:
<context-param> |
4.3 自定义拦截器
通过自定义自己的拦截器可以扩展一些功能,诸如动态url-角色/权限访问控制的实现、根据Subject身份信息获取用户信息绑定到Request(即设置通用数据)、验证码验证、在线用户信息的保存等等,因为其本质就是一个Filter;所以Filter能做的它就能做。
基于表单登录拦截器
...... |
onPreHandle主要流程:
1、首先判断是否已经登录过了,如果已经登录过了继续拦截器链即可;
2、如果没有登录,看看是否是登录请求,如果是get方法的登录页面请求,则继续拦截器链(到请求页面),否则如果是get方法的其他页面请求则保存当前请求并重定向到登录页面;
3、如果是post方法的登录页面表单提交请求,则收集用户名/密码登录即可,如果失败了保存错误消息到“shiroLoginFailure”并返回到登录页面;
4、如果登录成功了,且之前有保存的请求,则重定向到之前的这个请求,否则到默认的成功页面。
任意角色授权拦截器
Shiro提供roles拦截器,其验证用户拥有所有角色,没有提供验证用户拥有任意角色的拦截器。
...... |
流程:
1、首先判断用户有没有任意角色,如果没有返回false,将到onAccessDenied进行处理;
2、如果用户没有角色,接着判断用户有没有登录,如果没有登录先重定向到登录;
3、如果用户没有角色且设置了未授权页面(unauthorizedUrl),那么重定向到未授权页面;否则直接返回401未授权错误码。
4.4 默认拦截器
Shiro内置了很多默认的拦截器,比如身份验证、授权等相关的。默认拦截器可以参考org.apache.shiro.web.filter.mgt.DefaultFilter中的枚举拦截器:
拦截器名 | 拦截器类 | 使用场景 | 说明(括号里的表示默认值) |
---|---|---|---|
authc | FormAuthenticationFilter | 验证 | 基于表单的拦截器,如"/****=authc",如果没有登录会跳到相应的登录页面登录:主要属性:usernameParam:表单提交的用户名参数名(username):passwordParam:表单提交的密码参数名(password):rememberMeParam:表单提交的密码参数名(rememberMe):loginUrl:登录页面地址(/login.jsp):successUrl:登录成功后的默认重定向地址:failureKeyAttribute:登录失败后错误信息存储key(shiroLoginFailure) |
authcBasic | BasicHttpAuthenticationFilter | 验证 | Basic HTTP身份验证拦截器,主要属性: applicationName:弹出登录框显示的信息(application)Basic HTTP身份验证拦截器,主要属性:applicationName,弹出登录框显示的信息(application) |
logout | LogoutFilter | 验证 | 退出拦截器,主要属性:redirectUrl:退出成功后重定向的地址(/)示例"/logout=logout" |
user | UserFilter | 验证 | 用户拦截器,用户已经身份验证/记住我登录的都可:示例/****=user |
anon | AnonymousFilter | 验证 | 匿名拦截器,即不需要登录即可访问:一般用于静态资源过滤:示例"/static/****=anon" |
roles | RolesAuthorizationFilter | 授权 | 角色授权拦截器,验证用户是否拥有所有角色:主要属性:loginUrl:登录页面地址(/login.jsp):unauthorizedUrl:未授权后重定向的地址:示例"/admin/****=roles[admin]" |
perms | PermissionsAuthorizationFilter | 授权 | 权限授权拦截器,验证用户是否拥有所有权限:属性和roles一样:示例"/user/**=perms["user:create"]" |
port | PortFilter | 授权 | 端口拦截器,主要属性:port(80):可以通过的端口:示例"/test= port[80]",如果用户访问该页面是非80,将自动将请求端口改为80并重定向到该80端口,其他路径/参数等都一样 |
rest | HttpMethodPermissionFilter | 授权 | rest风格拦截器,自动根据请求方法构建权限字符串(GET=read, POST=create,PUT=update,DELETE=delete,HEAD=read,TRACE=read,OPTIONS=read, MKCOL=create)构建权限字符串:示例"/users=rest[user]",会自动拼出"user:read,user:create,user:update,user:delete"权限字符串进行权限匹配(所有都得匹配,isPermittedAll) |
ssl | SslFilter | 授权 | SSL拦截器,只有请求协议是https才能通过:否则自动跳转会https端口(443):其他和port拦截器一样SSL拦截器,只有请求协议是https才能通过:否则自动跳转会https端口(443):其他和port拦截器一样 |
noSessionCreation | NoSessionCreationFilter | 其他 | 不创建会话拦截器,调用subject.getSession(false)不会有什么问题,但是如果subject.getSession(true)将抛出 DisabledSessionException异常 |
5.参考文章
跟我学Shiro