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[权限管理系统篇] (五)-Spring security（授权过程分析）

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前言

权限管理系统的组件分析以及认证过程的往期文章：

  • Spring security （一）架构框架-Component、Service、Filter分析

  • Spring Security（二）--WebSecurityConfigurer配置以及filter顺序

  • 【权限管理系统】Spring security（三）---认证过程（原理解析，demo）

  • [权限管理系统(四)]-spring boot +spring security短信认证+redis整合

1. 权限管理相关概念

  权限管理是一个几乎所有后台系统的都会涉及的一个重要组成部分，主要目的是对整个后台管理系统进行权限的控制。常见的基于角色的访问控制，其授权模型为“用户-角色-权限”，简明的说，一个用户拥有多个角色，一个角色拥有多个权限。其中，

  • 用户： 不用多讲，大家也知道了；

  • 角色： 一个集合的概念，角色管理是确定角色具备哪些权限的一个过程 ；

  • 权限： 1）.页面权限，控制你可以看到哪个页面，看不到哪个页面；     2）. 操作权限，控制你可以在页面上进行哪些操作（查询、删除、编辑等）；     3）.数据权限，是控制你可以看到哪些数据。

实质是：  

　　权限（Permission） = 资源（Resource） + 操作（Privilege）  

　　角色（Role） = 权限的集合（a set of low-level permissions）  

　　用户（User） = 角色的集合（high-level roles）

权限管理过程：

  1. 鉴权管理，即权限判断逻辑，如菜单管理（普通业务人员登录系统后，是看不到【用户管理】菜单的）、功能权限管理（URL访问的管理）、行级权限管理等

  2. 授权管理，即权限分配过程，如直接对用户授权，直接分配到用户的权限具有最优先级别、对用户所属岗位授权，用户所属岗位信息可以看作是一个分组，和角色的作用一样，但是每个用户只能关联一个岗位信息等。

  在实际项目中用户数量多，逐一的为每个系统用户授权，这是极其繁琐的事，所以可以学习linux文件管理系统一样，设置group模式，一组有多个用户，可以为用户组授权相同的权限，简便多了。这样模式下：   每个用户的所有权限=用户个人的权限+用户组所用的权限 用户组、用户、与角色三者关系如下：

再结合权限管理的页面权限、操作权限，如菜单的访问、功能模块的操作、按钮的操作等等，可把功能操作与资源统一管理，即让它们直接与权限关联起来，关系图如下：

2. 授权过程分析

 

2.1 授权访问权限工作流程：    

  FilterSecurityInterceptor
                             doFilter()->invoke()
                               ->AbstractSecurityInterceptor
                                   beforeInvocation()
                           ->SecurityMetadataSource 获取ConfigAttribute属性信息（从数据库或者其他数据源地方）
                                       getAttributes()
                                   ->AccessDecisionManager()  基于AccessDecisionVoter实现授权访问
                                           Decide()
                                       ->AccessDecisionVoter  受AccessDecisionManager委托实现授权访问
                                               vote()

默认授权过程会使用这样的工作流程，接下来来分析各个组件的功能与源码。

2.2 AbstractSecurityInterceptor分析

  FilterSecurityInterceptor为授权拦截器， 在FilterSecurityInterceptor中有一个封装了过滤链、request以及response的FilterInvocation对象进行操作，在FilterSecurityInterceptor，主要由invoke()调用其父类AbstractSecurityInterceptor的方法。

invoke()分析：

 public void invoke(FilterInvocation fi) throws IOException, ServletException {
                 .....
                 // 获取accessDecisionManager权限决策后结果状态、以及权限属性
        InterceptorStatusToken token = super.beforeInvocation(fi);
​
        try {
            fi.getChain().doFilter(fi.getRequest(), fi.getResponse());
        }
        finally {
            super.finallyInvocation(token);
        }
​
        super.afterInvocation(token, null);
    }
}

  AbstractSecurityInterceptor 的授权过滤器主要方法beforeInvocation(),afterInvocation()以及authenticateIfRequired(),其最主要的方法beforeInvocation() 分析如下：

protected InterceptorStatusToken beforeInvocation(Object object) {
       ....
       //从SecurityMetadataSource的权限属性
    Collection<ConfigAttribute> attributes = this.obtainSecurityMetadataSource()
            .getAttributes(object);
    if (attributes == null || attributes.isEmpty()) {
             .....
        publishEvent(new PublicInvocationEvent(object));
        return null; // no further work post-invocation
    }
​
    //调用认证环节获取authenticated（包含用户的详细信息）
    Authentication authenticated = authenticateIfRequired();
​
    // Attempt authorization
    try {
        //进行关键的一步：授权的最终决策  
        this.accessDecisionManager.decide(authenticated, object, attributes);
    }
    catch (AccessDeniedException accessDeniedException) {
        publishEvent(new AuthorizationFailureEvent(object, attributes, authenticated,
                accessDeniedException));
​
        throw accessDeniedException;
    }
 

    // Attempt to run as a different user
    Authentication runAs = this.runAsManager.buildRunAs(authenticated, object,
            attributes);
​
    if (runAs == null) {
        if (debug) {
            logger.debug("RunAsManager did not change Authentication object");
        }
​
        // no further work post-invocation
        return new InterceptorStatusToken(SecurityContextHolder.getContext(), false,
                attributes, object);
    }
    else {
        if (debug) {
            logger.debug("Switching to RunAs Authentication: " + runAs);
        }
​
        SecurityContext origCtx = SecurityContextHolder.getContext();
        SecurityContextHolder.setContext(SecurityContextHolder.createEmptyContext());
        SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(runAs);
​
        // need to revert to token.Authenticated post-invocation 
        return new InterceptorStatusToken(origCtx, true, attributes, object);
    }
}

2.3 SecurityMetadataSource

  SecurityMetadataSource是从数据库或者其他数据源中加载ConfigAttribute，为了在AccessDecisionManager.decide() 最终决策中进行match。其有三个方法：

Collection<ConfigAttribute> getAttributes(Object var1) throws IllegalArgumentException;//加载权限资源
​
Collection<ConfigAttribute> getAllConfigAttributes();//加载所有权限资源
​
boolean supports(Class<?> var1);

2.4 AccessDecisionManager

  AccessDecisionManager被AbstractSecurityInterceptor 拦截器调用进行最终访问控制决策。 而且由AuthenticationManager创建的Authentication object中的GrantedAuthority，首先被授权模块中的 AccessDecisionManager读取使用，当复杂的GrantedAuthority，getAuthority（）为null，因此需要AccessDecisionManager专门支持GrantedAuthority实现以便了解其内容。

AccessDecisionManager接口方法：  

 void decide(Authentication authentication, Object secureObject,    Collection<ConfigAttribute> attrs) throws AccessDeniedException;
​
   boolean supports(ConfigAttribute attribute);
​
   boolean supports(Class clazz);

2.5 AccessDecisionVoter

  AccessDecisionManager.decide()将使用AccessDecisionVoter进行投票决策。AccessDecisionVoter进行投票访问控制决策，访问不通过就抛出AccessDeniedException。

 AccessDecisionVoter接口方法：

 int vote(Authentication authentication, Object object, Collection<ConfigAttribute> attrs);
​
   boolean supports(ConfigAttribute attribute);
​
   boolean supports(Class clazz);

AccessDecisionVoter的核心方法vote() 通常是获取Authentication的GrantedAuthority与已定义好的ConfigAttributes进行match，如果成功为投同意票，匹配不成功为拒绝票，当ConfigAttributes中无属性时，才投弃票。

 

Spring Security提供了三种投票方式去实现AccessDecisionManager接口进行投票访问控制决策：

  • ConsensusBased： 大多数voter同意访问就授权访问

  • AffirmativeBased： 只要一个以上voter同意访问就授权访问，全部

  • UnanimousBased ： 只有全体同意了才授权访问

且AccessDecisionVoter用三个静态变量表示voter投票情况：

  • ACCESS_ABSTAIN： 弃权

  • ACCESS_DENIED： 拒绝访问

  • ACCESS_GRANTED： 允许访问

Note： 当所有voter都弃权时使用变量allowIfEqualGrantedDeniedDecisions来判断，true为通过，false抛出AccessDeniedException。

此外可自定义AccessDecisionManager实现接口，因为可能某些AccessDecisionVoter具有权重比高投票权或者某些AccessDecisionVoter具有一票否定权。AccessDecisionVoter的Spring security实现类RoleVoter和AuthenticatedVoter。RoleVoter为最为常见的AccessDecisionVoter，其为简单的权限表示，并以前缀为ROLE_，vote匹配规则也跟上面一样。

源码分析：

Public int vote(Authentication authentication,Object object,Collection<ConfigAttribute>attributes){
    //用户传递的authentication为null，拒绝访问
   if(authentication==null){
​
       return ACCESS_DENIED;
​
   }
​
   int result=ACCESS_ABSTAIN;
​
   Collection<?extendsGrantedAuthority>authorities=extractAuthorities(authentication);
 

    //依次进行投票
   for(ConfigAttributeattribute:attributes){
 

       if(this.supports(attribute)){
​
           result=ACCESS_DENIED;
​
           //Attempt to find a matching granted authority
​
           for(GrantedAuthorityauthority:authorities){
​
           if(attribute.getAttribute().equals(authority.getAuthority())){
​
           returnACCESS_GRANTED;
           }
      }
   }
 }

3. 案例-自定义组件

自定义组件：

  1. 自定义FilterSecurityInterceptor，可仿写FilterSecurityInterceptor，实现抽象类AbstractSecurityInterceptor以及Filter接口，其主要的是把自定义的SecurityMetadataSource与自定义accessDecisionManager配置到自定义FilterSecurityInterceptor的拦截器中

  2. 自定义SecurityMetadataSource，实现接口FilterInvocationSecurityMetadataSource，实现从数据库或者其他数据源中加载ConfigAttribute（即是从数据库或者其他数据源中加载资源权限）

  3. 自定义accessDecisionManager，可使用基于AccessDecisionVoter实现权限认证的官方UnanimousBased

  4. 自定义AccessDecisionVoter

3.1 自定义MyFilterSecurityInterceptor

自定义MyFilterSecurityInterceptor主要工作为：

  • 加载自定义的SecurityMetadataSource到自定义的FilterSecurityInterceptor中；

  • 加载自定义的AccessDecisionManager到自定义的FilterSecurityInterceptor中；

  • 重写invoke方法

    @Component
public class MyFilterSecurityInterceptor extends AbstractSecurityInterceptor implements Filter {
    private FilterInvocationSecurityMetadataSource securityMetadataSource;
 

    @Override
    public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
​
    }
​
    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
        FilterInvocation fi = new FilterInvocation(request, response, chain);
        invoke(fi);
    }
​
    private void invoke(FilterInvocation fi) throws IOException, ServletException {
        //fi里面有一个被拦截的url
        //里面调用MyInvocationSecurityMetadataSource的getAttributes(Object object)这个方法获取fi对应的所有权限
        //再调用MyAccessDecisionManager的decide方法来校验用户的权限是否足够
        InterceptorStatusToken token = super.beforeInvocation(fi);
        try {
            //执行下一个拦截器
            fi.getChain().doFilter(fi.getRequest(), fi.getResponse());
        } finally {
            super.afterInvocation(token, null);
        }
    }
​
    @Override
    public void destroy() {
​
    }
​
    @Override
    public Class<?> getSecureObjectClass() {
        return null;
    }
​
    @Override
    public SecurityMetadataSource obtainSecurityMetadataSource() {
        return this.securityMetadataSource;
    }
​
    public FilterInvocationSecurityMetadataSource getSecurityMetadataSource() {
        return this.securityMetadataSource;
    }
​
    //设置自定义的FilterInvocationSecurityMetadataSource
    @Autowired
    public void setSecurityMetadataSource(MyFilterInvocationSecurityMetadataSource messageSource) {
        this.securityMetadataSource = messageSource;
    }
​
    //设置自定义的AccessDecisionManager
    @Override
    @Autowired
    public void setAccessDecisionManager(AccessDecisionManager accessDecisionManager) {
        super.setAccessDecisionManager(accessDecisionManager);
    }
 }

3.2 自定义MyFilterInvocationSecurityMetadataSource

自定义MyFilterInvocationSecurityMetadataSource主要工作为：

  • 从数据源中加载ConfigAttribute到SecurityMetadataSource资源器中

  • 重写getAttributes()加载ConfigAttribute为AccessDecisionManager.decide()授权决策做准备。

    @Component
public class MyFilterInvocationSecurityMetadataSource implements FilterInvocationSecurityMetadataSource { private Map<String, Collection<ConfigAttribute>> configAttubuteMap = null;

   private void loadResourceDefine() {
       //todo 加载数据库的所有权限
        Collection<ConfigAttribute> attributes;
   }
   
   @Override
   public Collection<ConfigAttribute> getAttributes(Object object) throws IllegalArgumentException {
       AntPathRequestMatcher matcher;
       String resUrl;
       HttpServletRequest request = ((FilterInvocation) object).getRequest();
       //1.加载权限资源数据
       if (configAttubuteMap == null) {
           loadResourceDefine();
       }
       Iterator<String> iterator = configAttubuteMap.keySet().iterator();
       while (iterator.hasNext()) {
           resUrl = iterator.next();
           matcher = new AntPathRequestMatcher(resUrl);
           if (matcher.matches(request)) {
               return configAttubuteMap.get(resUrl);
           }
       }
       return null;
       }
   
       @Override
       public Collection<ConfigAttribute> getAllConfigAttributes() {
           return null;
       }
   
       @Override
       public boolean supports(Class<?> clazz) {
           return FilterInvocation.class.isAssignableFrom(clazz);
       }
}

3.3 自定义MyAccessDecisionManager

自定义MyAccessDecisionManager主要工作为：

  • 重写最终授权决策decide()，自定义授权访问策略

    @Component
public class MyAccessDecisionManager implements AccessDecisionManager {
   @Override
   public void decide(Authentication authentication, Object object, Collection<ConfigAttribute> configAttributes) throws AccessDeniedException, InsufficientAuthenticationException {
       ConfigAttribute c;
       String needRole;
       if(null== configAttributes || configAttributes.size() <=0) {
           return;
       }
       //1.获取已定义的好资源权限配置
       Iterator<ConfigAttribute> iterable=configAttributes.iterator();
       while (iterable.hasNext()){
           c=iterable.next();
           needRole=c.getAttribute();
           //2.依次比对用户角色对应的资源权限
           for (GrantedAuthority grantedAuthority:authentication.getAuthorities()){
               if(needRole.trim().equals(grantedAuthority.getAuthority())){
                   return;
               }
           }
       }
   
   }
   
   @Override
   public boolean supports(ConfigAttribute attribute) {
       return true;
   }
   
   @Override
   public boolean supports(Class<?> clazz) {
       return true;
   }
}

3.4 配置SecurityConfig

配置SecurityConfig主要工作为：

  • 将FilterSecurityInterceptor拦截器加载WebSecurityConfig中

    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
   http.headers().frameOptions().disable().and()
       //表单登录
       .formLogin()
       .loginPage(SecurityConstants.APP_FORM_LOGIN_PAGE)
       .loginProcessingUrl(SecurityConstants.APP_FORM_LOGIN_URL)
       .successHandler(authenticationSuccessHandler())
       .failureHandler(authenticationFailureHandler())
       .and()
       //应用sms认证配置
       .apply(smsAuthenticationSecurityConfig)
       .and()
       //允许通过
       .authorizeRequests()
       .antMatchers(SecurityConstants.APP_MOBILE_VERIFY_CODE_URL,
                    SecurityConstants.APP_USER_REGISTER_URL,
                   SecurityConstants.APP_FORM_LOGIN_INDEX_URL)
       .permitAll()//以上的请求都不需要认证
       .and()
       //“记住我”配置
       .rememberMe()
       .tokenRepository(jdbcTokenRepository())//token入库处理类
       .tokenValiditySeconds(SecurityConstants.REMEMBER_ME_VERIFY_TIME)//remember-me有效时间设置
       .rememberMeParameter(SecurityConstants.REMEMBER_ME_PARAM_NAME)//请求参数名设置
       .and()
       .csrf().disable();
    //增加自定义权限授权拦截器
    http.addFilterBefore(myFilterSecurityInterceptor,FilterSecurityInterceptor.class);
}

    总结

      Spring Security授权过程中，可以会涉主要涉及了上面上面所述的组件，其中主要的还是跟着源码多跑几遍，了解其中的原理，才能更加流畅的码代码。到此为止写完Spring Security的认证和授权分析流程，接下来会结合前面小节，写一个Spring security完美的权限管理系统。

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