Shiro框架：认证和授权原理

喜欢ヅ旅行 2021-08-29 11:19 501阅读 0赞

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**前言**

Shiro作为解决权限问题的常用框架，常用于解决认证、授权、加密、会话管理等场景。本文将对Shiro的认证和授权原理进行介绍：

*  Shiro可以做什么？、
 *  Shiro是由什么组成的？
 *  举个Shiro的例子呗？
 *  Shiro认证的原理是咋样的？
 *  Shiro授权的原理是咋样的？

### **1. Shiro可以做什么？** ###

在构建一个网络应用的时候，权限检验管理作为非常重要的安全措施，需要包含以下几点：

*  **用户认证** — 用户身份识别。得知道来的人是谁；
 *  **用户授权** — 用户权限访问控制。得知道来的人有没有资格进来，又不是“我家大门常打开”；
 *  **密码加密** — 加密敏感数据，防止被偷窥。就像是家里上锁，上几把锁，原子锁还是电子锁？
 *  **会话管理** — 与用户相关的时间敏感的状态信息。类似于阅后即焚的信件。

Shiro支持以上的功能，而且它提供的API可以帮助我们很容易就开发出足够好的应用。Shiro具备认证、授权、加密、会话管理、集成Web、缓存等功能，相当好用。

### **2. Shiro是由什么组成的？** ###

下图是Shiro的架构图：

![format_png][]

可以看出来，Security Manager是Shiro的核心，连认证、授权、会话管理等都是在这里面执行的。接下来我们来看看这些组件分别是做什么用的：

*  **Subject**：主体，可以是用户或程序，主体可以访问Security Manager以获得认证、授权、会话等服务；
 *  **Security Manager**：安全管理器，主体所需的认证、授权功能都是在这里进行的，是Shiro的核心；
 *   *  Authenticator：认证器，主体的认证过程通过Authenticator进行；
     *  Authorizer：授权器，主体的授权过程通过Authorizer进行；
     *  Session Manager：shiro的会话管理器，与web应用提供的Session管理分隔开；
     *  Session DAO：通过Session DAO管理Session数据，针对个性化的Session数据存储，需要使用到Session DAO；
     *  Cache Manager：缓存管理器，主要对Session和授权数据进行缓存。因为这些数据不怎么改变，为了提高访问速度选择将其缓存起来；
     *  Realm：域，可以有一个或多个域，可通过Realm存储授权和认证的逻辑；
 *  **Cryptography**：密码管理，Shiro提供了一套加密/解密的组件，如MD5散列算法等。

### **3. 举个Shiro的例子呗？** ###

笔者采用Shiro官网给的例子，来梳理Shiro认证、授权的过程：

#### shiro.ini ####

创建一个文件shiro.ini，其功用相当于Realm。shiro默认使用的也是IniRealm：

# =============================================================================
    # Tutorial INI configuration
    #
    # Usernames/passwords are based on the classic Mel Brooks' film "Spaceballs" :)
    # =============================================================================
    
    # -----------------------------------------------------------------------------
    # Users and their (optional) assigned roles
    # username = password, role1, role2, ..., roleN
    # -----------------------------------------------------------------------------
    [users]
    root = secret, admin
    guest = guest, guest
    presidentskroob = 12345, president
    darkhelmet = ludicrousspeed, darklord, schwartz
    lonestarr = vespa, goodguy, schwartz
    
    # -----------------------------------------------------------------------------
    # Roles with assigned permissions
    # roleName = perm1, perm2, ..., permN
    # -----------------------------------------------------------------------------
    [roles]
    admin = *
    schwartz = lightsaber:*
    goodguy = winnebago:drive:eagle5

在上面这串代码中，已经给出了用户和角色信息。**root = secret, admin**表示，用户名为root，密码是secret，角色是admin；\*\*schwartz = lightsaber:\*\**表示角色schwartz拥有权限lightsaber:*。

import org.apache.shiro.SecurityUtils;
    import org.apache.shiro.authc.*;
    import org.apache.shiro.config.IniSecurityManagerFactory;
    import org.apache.shiro.mgt.SecurityManager;
    import org.apache.shiro.session.Session;
    import org.apache.shiro.subject.Subject;
    import org.apache.shiro.util.Factory;
    import org.slf4j.Logger;
    import org.slf4j.LoggerFactory;
    
    public class Tutorial {
    
        private static final transient Logger log = LoggerFactory.getLogger(Tutorial.class);
    
        public static void main(String[] args) {
            log.info("My First Apache Shiro Application");
    
            //引用shiro.ini的配置信息
            Factory<SecurityManager> factory = new IniSecurityManagerFactory("classpath:shiro.ini");
            //获取SecurityManager安全管理器
            SecurityManager securityManager = factory.getInstance();
            SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);
    
            // get the currently executing user:
            //获取单签主体（用户）
            Subject currentUser = SecurityUtils.getSubject();
    
            // Do some stuff with a Session (no need for a web or EJB container!!!)
            //获取当前主体的会话
            Session session = currentUser.getSession();
            session.setAttribute("someKey", "aValue");
            String value = (String) session.getAttribute("someKey");
            if (value.equals("aValue")) {
                log.info("Retrieved the correct value! [" + value + "]");
            }
    
            // let's login the current user so we can check against roles and permissions:
            //判断当前用户是否认证
            if (!currentUser.isAuthenticated()) {
                //将账号和密码封装为UsernamePasswordToken中
                UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("lonestarr", "vespa");
                //记住我
                token.setRememberMe(true);
                try {
                    //进行登录操作
                    currentUser.login(token);
                } catch (UnknownAccountException uae) {
                    log.info("There is no user with username of " + token.getPrincipal());
                } catch (IncorrectCredentialsException ice) {
                    log.info("Password for account " + token.getPrincipal() + " was incorrect!");
                } catch (LockedAccountException lae) {
                    log.info("The account for username " + token.getPrincipal() + " is locked. " +
                            "Please contact your administrator to unlock it.");
                }
                // ... catch more exceptions here (maybe custom ones specific to your application?
                catch (AuthenticationException ae) {
                    //unexpected condition? error?
                }
            }
    
            //say who they are:
            //print their identifying principal (in this case, a username):
            log.info("User [" + currentUser.getPrincipal() + "] logged in successfully.");
    
            //test a role:
            //检查是否有相应角色权限
            if (currentUser.hasRole("schwartz")) {
                log.info("May the Schwartz be with you!");
            } else {
                log.info("Hello, mere mortal.");
            }
    
            //test a typed permission (not instance-level)
            //判断是否有资源操作权限
            if (currentUser.isPermitted("lightsaber:wield")) {
                log.info("You may use a lightsaber ring. Use it wisely.");
            } else {
                log.info("Sorry, lightsaber rings are for schwartz masters only.");
            }
    
            //a (very powerful) Instance Level permission:
            if (currentUser.isPermitted("winnebago:drive:eagle5")) {
                log.info("You are permitted to 'drive' the winnebago with license plate (id) 'eagle5'. " +
                        "Here are the keys - have fun!");
            } else {
                log.info("Sorry, you aren't allowed to drive the 'eagle5' winnebago!");
            }
    
            //all done - log out!
            //退出
            currentUser.logout();
    
            System.exit(0);
        }
    }

我们可以从示例代码中提取出认证、授权过程中比较常用的API：

**认证**

//获取当前主体（用户）
    Subject currentUser = SecurityUtils.getSubject();
    //判断当前用户是否认证
    currentUser.isAuthenticated()
    //将账号和密码封装为UsernamePasswordToken中
    UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("lonestarr", "vespa");
    //记住我
    token.setRememberMe(true);
    //进行登录操作
    currentUser.login(token);

判断权限

//检查是否有相应角色权限
    currentUser.hasRole("schwartz")
    //判断是否有资源操作权限
    currentUser.isPermitted("lightsaber:wield")

从上面代码我们可以看出，Shiro中认证过程大概是：

*  先获取当前用户信息，判断当前用户是否认证
 *  如果没认证，就将账号和密码封装成UserPasswordToken，进行登录操作

接下来，我们通过读源码，来看看Shiro的认证和授权原理是怎么样的。

### **4. Shiro认证的原理是咋样的？** ###

通过从login()方法使用Debug追踪Shiro的认证逻辑，可以得到以下代码执行顺序：

//在构造了Security Manager之后，提交认证，参数是封装了用户信息的token
    currentUser.login(token); 
    
    //Security Manager执行认证
    Subject subject = this.securityManager.login(this, token);
    
    AuthenticationInfo info = this.authenticate(token);
    
    //Security Manager委托给Authenticator执行认证逻辑
    this.authenticator.authenticate(token);
    
    AuthenticationInfo info = this.doAuthenticate(token);
    
    //获取多Realm进行身份认证
    Collection<Realm> realms = this.getRealms();
    doSingleRealmAuthentication(realm, token);
    
    AuthenticationInfo info = realm.getAuthenticationInfo(token);
    
    //调用对应的Realm进行校验，认证成功则返回用户属性
    AuthenticationInfo info = realm.doGetAuthenticationInfo(token);

简单说，认证过程的流程是这样的：

![format_png 1][]

### **5. Shiro授权的原理是咋样的？** ###

我们还是追踪一下源码，可以知道以下执行顺序：

//判断当前主体是否有角色限制
    currentUser.hasRole("schwartz")
    //判断当前主体是否具备资源操作权限
    currentUser.isPermitted("lightsaber:wield")
    
    //委托给securityManager判断角色是否与既定的角色匹配
    this.securityManager.hasRole(this.getPrincipals(), roleIdentifier)
    
    //securityManager委托Authorizer进行角色检验
    this.authorizer.hasRole(principals, roleIdentifier)
    
    //Authorizer判断Realm的角色/权限是否和传入的匹配
    AuthorizationInfo info = this.getAuthorizationInfo(principal);
    return info.getRoles().contains(roleIdentifier)
    
    //执行Realm进行授权操作
    info = this.doGetAuthorizationInfo(principals);

简单点看，Shiro的授权过程是这样的：

![format_png 2][]

综上，我们可以知道，无论是认证还是授权操作，都需要SecurityManager中的Realm来定义用户认证时需要的账户信息，以及授权时所需的权限信息。而Realm一般不会采用Shiro官网介绍的“ini配置文件”方式，而是通过自定义Realm组件来实现：

public class UserRealm extends AuthorizingRealm {
        /**
         * 执行授权逻辑
         *
         * @param principalCollection
         * @return
         */
        @Override
        protected AuthorizationInfo doGetAuthorizationInfo(PrincipalCollection principalCollection) {
            User user = (User) principalCollection.getPrimaryPrincipal();
            SecurityUtils.getSubject().getSession().setAttribute(String.valueOf(user), SecurityUtils.getSubject().getPrincipals());
    
            SimpleAuthorizationInfo info = new SimpleAuthorizationInfo();
            
            info.addRole(...);
            return info;
        }
    
        /**
         * 执行认证逻辑
         *
         * @param authenticationToken
         * @return
         * @throws AuthenticationException
         */
        @Override
        protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken authenticationToken) throws AuthenticationException {
          UsernamePasswordToken token = (UsernamePasswordToken) authenticationToken;
            User user = userService.findByName(token.getUsername());
            if (user == null || !token.getUsername().equals(user.getUsername())) {
                throw new UnknownAccountException("此账号不存在");
            }
            ...
            return new SimpleAuthenticationInfo(user);
        }
    }

如果采用上述方式来定义Realm，那么还需要自定义ShiroConfig作为组件。实现Shiro实现认证和授权的资料很多，大家也可以参考一下官网的资料：http://shiro.apache.org/tutorial.html

本文由 NYfor2020 投稿，欢迎点击阅读原文关注博主。

> 参考资料：  
> shiro原理及其运行流程介绍  
> [极简入门，Shiro的认证与授权流程解析][Shiro]

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