一起来学 SpringBoot 2.x | 第二十六篇:轻松搞定安全框架(Shiro)

作者:唐亚峰
出自:https://blog.battcn.com/


Shiro 是 Apache 旗下开源的一款强大且易用的Java安全框架,身份验证、授权、加密、会话管理。 相比 Spring Security 而言 Shiro 更加轻量级,且 API 更易于理解…

Shiro

Shiro 主要分为 安全认证 和 接口授权 两个部分,其中的核心组件为 SubjectSecurityManagerRealms,公共部分 Shiro 都已经为我们封装好了,我们只需要按照一定的规则去编写响应的代码即可…

  • Subject 即表示主体,将用户的概念理解为当前操作的主体,因为它即可以是一个通过浏览器请求的用户,也可能是一个运行的程序,外部应用与 Subject 进行交互,记录当前操作用户。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 即安全管理器,对所有的 Subject 进行安全管理,并通过它来提供安全管理的各种服务(认证、授权等)
  • Realm 充当了应用与数据安全间的 桥梁 或 连接器。当对用户执行认证(登录)和授权(访问控制)验证时,Shiro 会从应用配置的 Realm 中查找用户及其权限信息。

本章目标

利用 Spring Boot 与 Shiro 实现安全认证和授权….

导入依赖

依赖 spring-boot-starter-web

<properties>
    <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
    <project.reporting.outputEncoding>UTF-8</project.reporting.outputEncoding>
    <java.version>1.8</java.version>
    <shiro.version>1.4.0</shiro.version>
</properties>

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    <!-- shiro 相关包 -->
    <dependency>
        <groupId>org.apache.shiro</groupId>
        <artifactId>shiro-core</artifactId>
        <version>${shiro.version}</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.shiro</groupId>
        <artifactId>shiro-spring</artifactId>
        <version>${shiro.version}</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.shiro</groupId>
        <artifactId>shiro-ehcache</artifactId>
        <version>${shiro.version}</version>
    </dependency>
    <!-- End  -->
</dependencies>

属性配置

缓存配置

Shiro 为我们提供了 CacheManager 即缓存管理,将用户权限数据存储在缓存,可以提高它的性能。支持 EhCacheRedis 等常规缓存,这里为了简单起见就用 EhCache 了 , 在resources 目录下创建一个 ehcache-shiro.xml 文件

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<ehcache updateCheck="false" name="shiroCache">
    <defaultCache
            maxElementsInMemory="10000"
            eternal="false"
            timeToIdleSeconds="120"
            timeToLiveSeconds="120"
            overflowToDisk="false"
            diskPersistent="false"
            diskExpiryThreadIntervalSeconds="120"
    />
</ehcache>

实体类

创建一个 User.java ,标记为数据库用户

package com.battcn.entity;

/**
 * @author Levin
 * @since 2018/6/28 0028
 */
public class User {
    /** 自增ID */
    private Long id;
    /** 账号 */
    private String username;
    /** 密码 */
    private String password;
    /** 角色名:Shiro 支持多个角色,而且接收参数也是 Set<String> 集合,但这里为了简单起见定义成 String 类型了 */
    private String roleName;
    /** 是否禁用 */
    private boolean locked;
    // 省略 GET SET 构造函数...
}

伪造数据

支持 rolespermissions,比如你一个接口可以允许用户拥有某一个角色,也可以是拥有某一个 permission …

package com.battcn.config;

import com.battcn.entity.User;

import java.util.*;

/**
 * 主要不想连接数据库..
 *
 * @author Levin
 * @since 2018/6/28 0028
 */
public class DBCache {

    /**
     * K 用户名
     * V 用户信息
     */
    public static final Map<String, User> USERS_CACHE = new HashMap<>();
    /**
     * K 角色ID
     * V 权限编码
     */
    public static final Map<String, Collection<String>> PERMISSIONS_CACHE = new HashMap<>();

    static {
        // TODO 假设这是数据库记录
        USERS_CACHE.put("u1", new User(1L, "u1", "p1", "admin", true));
        USERS_CACHE.put("u2", new User(2L, "u2", "p2", "admin", false));
        USERS_CACHE.put("u3", new User(3L, "u3", "p3", "test", true));

        PERMISSIONS_CACHE.put("admin", Arrays.asList("user:list", "user:add", "user:edit"));
        PERMISSIONS_CACHE.put("test", Collections.singletonList("user:list"));

    }
}

ShiroConfiguration

Shiro 的主要配置信息都在此文件内实现;

package com.battcn.config;


import org.apache.shiro.cache.ehcache.EhCacheManager;
import org.apache.shiro.spring.LifecycleBeanPostProcessor;
import org.apache.shiro.spring.security.interceptor.AuthorizationAttributeSourceAdvisor;
import org.apache.shiro.spring.web.ShiroFilterFactoryBean;
import org.apache.shiro.web.mgt.DefaultWebSecurityManager;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.aop.framework.autoproxy.DefaultAdvisorAutoProxyCreator;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;

/**
 * Shiro 配置
 *
 * @author Levin
 */
@Configuration
public class ShiroConfiguration {

    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(ShiroConfiguration.class);

    @Bean
    public EhCacheManager getEhCacheManager() {
        EhCacheManager em = new EhCacheManager();
        em.setCacheManagerConfigFile("classpath:ehcache-shiro.xml");
        return em;
    }


    @Bean(name = "lifecycleBeanPostProcessor")
    public LifecycleBeanPostProcessor getLifecycleBeanPostProcessor() {
        return new LifecycleBeanPostProcessor();
    }


    /**
     * 加密器:这样一来数据库就可以是密文存储,为了演示我就不开启了
     *
     * @return HashedCredentialsMatcher
     */
//    @Bean
//    public HashedCredentialsMatcher hashedCredentialsMatcher() {
//        HashedCredentialsMatcher hashedCredentialsMatcher = new HashedCredentialsMatcher();
//        //散列算法:这里使用MD5算法;
//        hashedCredentialsMatcher.setHashAlgorithmName("md5");
//        //散列的次数,比如散列两次,相当于 md5(md5(""));
//        hashedCredentialsMatcher.setHashIterations(2);
//        return hashedCredentialsMatcher;
//    }


    @Bean
    public DefaultAdvisorAutoProxyCreator getDefaultAdvisorAutoProxyCreator() {
        DefaultAdvisorAutoProxyCreator autoProxyCreator = new DefaultAdvisorAutoProxyCreator();
        autoProxyCreator.setProxyTargetClass(true);
        return autoProxyCreator;
    }

    @Bean(name = "authRealm")
    public AuthRealm authRealm(EhCacheManager cacheManager) {
        AuthRealm authRealm = new AuthRealm();
        authRealm.setCacheManager(cacheManager);
        return authRealm;
    }

    @Bean(name = "securityManager")
    public DefaultWebSecurityManager getDefaultWebSecurityManager(AuthRealm authRealm) {
        DefaultWebSecurityManager defaultWebSecurityManager = new DefaultWebSecurityManager();
        defaultWebSecurityManager.setRealm(authRealm);
        // <!-- 用户授权/认证信息Cache, 采用EhCache 缓存 -->
        defaultWebSecurityManager.setCacheManager(getEhCacheManager());
        return defaultWebSecurityManager;
    }

    @Bean
    public AuthorizationAttributeSourceAdvisor getAuthorizationAttributeSourceAdvisor(
            DefaultWebSecurityManager securityManager) {
        AuthorizationAttributeSourceAdvisor advisor = new AuthorizationAttributeSourceAdvisor();
        advisor.setSecurityManager(securityManager);
        return advisor;
    }

    /**
     * ShiroFilter<br/>
     * 注意这里参数中的 StudentService 和 IScoreDao 只是一个例子,因为我们在这里可以用这样的方式获取到相关访问数据库的对象,
     * 然后读取数据库相关配置,配置到 shiroFilterFactoryBean 的访问规则中。实际项目中,请使用自己的Service来处理业务逻辑。
     *
     * @param securityManager 安全管理器
     * @return ShiroFilterFactoryBean
     */
    @Bean(name = "shiroFilter")
    public ShiroFilterFactoryBean getShiroFilterFactoryBean(DefaultWebSecurityManager securityManager) {
        ShiroFilterFactoryBean shiroFilterFactoryBean = new ShiroFilterFactoryBean();
        // 必须设置 SecurityManager
        shiroFilterFactoryBean.setSecurityManager(securityManager);
        // 如果不设置默认会自动寻找Web工程根目录下的"/login"页面
        shiroFilterFactoryBean.setLoginUrl("/login");
        // 登录成功后要跳转的连接
        shiroFilterFactoryBean.setSuccessUrl("/index");
        shiroFilterFactoryBean.setUnauthorizedUrl("/denied");
        loadShiroFilterChain(shiroFilterFactoryBean);
        return shiroFilterFactoryBean;
    }

    /**
     * 加载shiroFilter权限控制规则(从数据库读取然后配置)
     */
    private void loadShiroFilterChain(ShiroFilterFactoryBean shiroFilterFactoryBean) {
        /////////////////////// 下面这些规则配置最好配置到配置文件中 ///////////////////////
        // TODO 重中之重啊,过滤顺序一定要根据自己需要排序
        Map<String, String> filterChainDefinitionMap = new LinkedHashMap<>();
        // 需要验证的写 authc 不需要的写 anon
        filterChainDefinitionMap.put("/resource/**", "anon");
        filterChainDefinitionMap.put("/install", "anon");
        filterChainDefinitionMap.put("/hello", "anon");
        // anon:它对应的过滤器里面是空的,什么都没做
        log.info("##################从数据库读取权限规则,加载到shiroFilter中##################");

        // 不用注解也可以通过 API 方式加载权限规则
        Map<String, String> permissions = new LinkedHashMap<>();
        permissions.put("/users/find", "perms[user:find]");
        filterChainDefinitionMap.putAll(permissions);
        filterChainDefinitionMap.put("/**", "authc");
        shiroFilterFactoryBean.setFilterChainDefinitionMap(filterChainDefinitionMap);
    }
}

AuthRealm

上面介绍过 Realm ,安全认证和权限验证的核心处理就是重写 AuthorizingRealm 中的 doGetAuthenticationInfo(登录认证) 与 doGetAuthorizationInfo(权限验证)

package com.battcn.config;

import com.battcn.entity.User;
import org.apache.shiro.SecurityUtils;
import org.apache.shiro.authc.*;
import org.apache.shiro.authz.AuthorizationInfo;
import org.apache.shiro.authz.SimpleAuthorizationInfo;
import org.apache.shiro.realm.AuthorizingRealm;
import org.apache.shiro.session.Session;
import org.apache.shiro.subject.PrincipalCollection;
import org.apache.shiro.util.ByteSource;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

import java.util.*;

/**
 * 认证领域
 *
 * @author Levin
 * @version 2.5.1
 * @since 2018-01-10
 */
@Configuration
public class AuthRealm extends AuthorizingRealm {

    /**
     * 认证回调函数,登录时调用
     * 首先根据传入的用户名获取User信息;然后如果user为空,那么抛出没找到帐号异常UnknownAccountException;
     * 如果user找到但锁定了抛出锁定异常LockedAccountException;最后生成AuthenticationInfo信息,
     * 交给间接父类AuthenticatingRealm使用CredentialsMatcher进行判断密码是否匹配,
     * 如果不匹配将抛出密码错误异常IncorrectCredentialsException;
     * 另外如果密码重试此处太多将抛出超出重试次数异常ExcessiveAttemptsException;
     * 在组装SimpleAuthenticationInfo信息时, 需要传入:身份信息(用户名)、凭据(密文密码)、盐(username+salt),
     * CredentialsMatcher使用盐加密传入的明文密码和此处的密文密码进行匹配。
     */
    @Override
    protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token)
            throws AuthenticationException {
        String principal = (String) token.getPrincipal();
        User user = Optional.ofNullable(DBCache.USERS_CACHE.get(principal)).orElseThrow(UnknownAccountException::new);
        if (!user.isLocked()) {
            throw new LockedAccountException();
        }
        // 从数据库查询出来的账号名和密码,与用户输入的账号和密码对比
        // 当用户执行登录时,在方法处理上要实现 user.login(token)
        // 然后会自动进入这个类进行认证
        // 交给 AuthenticatingRealm 使用 CredentialsMatcher 进行密码匹配,如果觉得人家的不好可以自定义实现
        // TODO 如果使用 HashedCredentialsMatcher 这里认证方式就要改一下 SimpleAuthenticationInfo authenticationInfo = new SimpleAuthenticationInfo(principal, "密码", ByteSource.Util.bytes("密码盐"), getName());
        SimpleAuthenticationInfo authenticationInfo = new SimpleAuthenticationInfo(principal, user.getPassword(), getName());
        Session session = SecurityUtils.getSubject().getSession();
        session.setAttribute("USER_SESSION", user);
        return authenticationInfo;
    }

    /**
     * 只有需要验证权限时才会调用, 授权查询回调函数, 进行鉴权但缓存中无用户的授权信息时调用.在配有缓存的情况下,只加载一次.
     * 如果需要动态权限,但是又不想每次去数据库校验,可以存在ehcache中.自行完善
     */
    @Override
    protected AuthorizationInfo doGetAuthorizationInfo(PrincipalCollection principal) {
        Session session = SecurityUtils.getSubject().getSession();
        User user = (User) session.getAttribute("USER_SESSION");
        // 权限信息对象info,用来存放查出的用户的所有的角色(role)及权限(permission)
        SimpleAuthorizationInfo info = new SimpleAuthorizationInfo();
        // 用户的角色集合
        Set<String> roles = new HashSet<>();
        roles.add(user.getRoleName());
        info.setRoles(roles);
        // 用户的角色对应的所有权限,如果只使用角色定义访问权限,下面可以不要
        // 只有角色并没有颗粒度到每一个按钮 或 是操作选项  PERMISSIONS 是可选项
        final Map<String, Collection<String>> permissionsCache = DBCache.PERMISSIONS_CACHE;
        final Collection<String> permissions = permissionsCache.get(user.getRoleName());
        info.addStringPermissions(permissions);
        return info;
    }
}

控制器

在 ShiroConfiguration 中的 shiroFilter 处配置了 /hello = anon,意味着可以不需要认证也可以访问,那么除了这种方式外 Shiro 还为我们提供了一些注解相关的方式…

常用注解

  • @RequiresGuest 代表无需认证即可访问,同理的就是 /path = anon
  • @RequiresAuthentication 需要认证,只要登录成功后就允许你操作
  • @RequiresPermissions 需要特定的权限,没有则抛出AuthorizationException
  • @RequiresRoles 需要特定的橘色,没有则抛出AuthorizationException
  • @RequiresUser 不太清楚,不常用…

LoginController

package com.battcn.controller;

import com.battcn.config.ShiroConfiguration;
import org.apache.shiro.SecurityUtils;
import org.apache.shiro.authc.*;
import org.apache.shiro.subject.Subject;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import org.springframework.web.servlet.mvc.support.RedirectAttributes;

/**
 * @author Levin
 * @since 2018/6/28 0028
 */
@RestController
public class LoginController {

    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(ShiroConfiguration.class);

    @GetMapping(value = "/hello")
    public String hello() {
        log.info("不登录也可以访问...");
        return "hello...";
    }

    @GetMapping(value = "/index")
    public String index() {
        log.info("登陆成功了...");
        return "index";
    }

    @GetMapping(value = "/denied")
    public String denied() {
        log.info("小伙子权限不足,别无谓挣扎了...");
        return "denied...";
    }

    @GetMapping(value = "/login")
    public String login(String username, String password, RedirectAttributes model) {
        // 想要得到 SecurityUtils.getSubject() 的对象..访问地址必须跟 shiro 的拦截地址内.不然后会报空指针
        Subject sub = SecurityUtils.getSubject();
        // 用户输入的账号和密码,,存到UsernamePasswordToken对象中..然后由shiro内部认证对比,
        // 认证执行者交由 com.battcn.config.AuthRealm 中 doGetAuthenticationInfo 处理
        // 当以上认证成功后会向下执行,认证失败会抛出异常
        UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken(username, password);
        try {
            sub.login(token);
        } catch (UnknownAccountException e) {
            log.error("对用户[{}]进行登录验证,验证未通过,用户不存在", username);
            token.clear();
            return "UnknownAccountException";
        } catch (LockedAccountException lae) {
            log.error("对用户[{}]进行登录验证,验证未通过,账户已锁定", username);
            token.clear();
            return "LockedAccountException";
        } catch (ExcessiveAttemptsException e) {
            log.error("对用户[{}]进行登录验证,验证未通过,错误次数过多", username);
            token.clear();
            return "ExcessiveAttemptsException";
        } catch (AuthenticationException e) {
            log.error("对用户[{}]进行登录验证,验证未通过,堆栈轨迹如下", username, e);
            token.clear();
            return "AuthenticationException";
        }
        return "success";
    }
}

UserController

package com.battcn.controller;

import org.apache.shiro.authz.annotation.Logical;
import org.apache.shiro.authz.annotation.RequiresRoles;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

/**
 * @author Levin
 * @since 2018/6/28 0028
 */
@RestController
@RequestMapping("/users")
public class UserController {

    @GetMapping
    public String get() {
        return "get.....";
    }

    /**
     * RequiresRoles 是所需角色 包含 AND 和 OR 两种
     * RequiresPermissions 是所需权限 包含 AND 和 OR 两种
     *
     * @return msg
     */
    @RequiresRoles(value = {"admin", "test"}, logical = Logical.OR)
    //@RequiresPermissions(value = {"user:list", "user:query"}, logical = Logical.OR)
    @GetMapping("/query")
    public String query() {
        return "query.....";
    }

    @GetMapping("/find")
    public String find() {
        return "find.....";
    }
}

主函数

package com.battcn;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;


/**
 * @author Levin
 */
@SpringBootApplication
public class Chapter25Application {

    public static void main(String[] args) {

        SpringApplication.run(Chapter25Application.class, args);

    }
}

测试

启动 Chapter25Application.java 中的 main 方法,为了更好的演示效果这里打开了 postman 做的测试,只演示其中一个流程,剩下的可以自己复制代码测试…

先登录,由于 u3 在 DBCache 中拥有的角色是 test,只有 user:list 这一个权限

登录

访问 /users/query 成功,因为我们符合响应的角色/权限

访问Query接口

访问 /users/find 失败,并重定向到了 /denied 接口,问题来了为什么 /users/find 没有写注解也权限不足呢?

权限不足

细心的朋友肯定会发现 在 ShiroConfiguration 中写了一句 permissions.put(“/users/find”, “perms[user:find]”); 意味着我们不仅可以通过注解方式,同样可以通过初始化时加载数据库中的权限树做控制,看各位喜好了….

总结

目前很多大佬都写过关于 SpringBoot 的教程了,如有雷同,请多多包涵,本教程基于最新的 spring-boot-starter-parent:2.0.3.RELEASE编写,包括新版本的特性都会一起介绍…

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