Apache Shiro 簡介

使用 Apache Shiro 爲 web 應用程序進行用戶身份驗證

Shiro 是一個 Apache Incubator 項目，旨在簡化身份驗證和授權。在本文中，瞭解 Apache Shiro 並通過示例來在一個 Groovy web 應用程序中嘗試使用 Shiro 進行身份驗證和授權。

Apache Shiro 是一個框架，可用於身份驗證和授權。本文提供了幾個示例用來展示如何在 Java™ 應用程序中使用 Shiro 並給出瞭如何在一個 Grails web 應用程序中使用它的概述。爲了從本文中最大限度地受益，您應該習慣於創建 Java 應用程序並安裝瞭如下的幾個組件：

Java 1.6 JDK
Grails（用來運行這些 web 應用程序示例）

身份驗證和授權

在對系統進行安全保障時，有兩個安全性元素非常重要：身份驗證和授權。雖然這兩個術語代表的是不同的含義，但出於它們在應用程序安全性方面各自的角色考慮，它們有時會被交換使用。

身份驗證指的是驗證用戶的身份。在驗證用戶身份時，需要確認用戶的身份的確如他們所聲稱的那樣。在大多數應用程序中，身份驗證是通過用戶名和密碼的組合完成的。只要用戶選擇了他人很難猜到的密碼，那麼用戶名和密碼的組合通常就足以確立身份。但是，還有其他的身份驗證方式可用，比如指紋、證書和生成鍵。

一旦身份驗證過程成功地建立起身份，授權就會接管以便進行訪問的限制或允許。所以，有這樣的可能性：用戶雖然通過了身份驗證可以登錄到一個系統，但是未經過授權，不準做任何事情。還有一種可能是用戶雖然具有了某種程度的授權，卻並未經過身份驗證。

在爲應用程序規劃安全性模型時，必須處理好這兩個元素以確保系統具有足夠的安全性。身份驗證是應用程序常見的問題（特別是在只有用戶和密碼組合的情況下），所以讓框架來處理這項工作是一個很好的做法。合理的框架可提供經過測試和維護的優勢，讓您可以集中精力處理業務問題，而不是解決其解決方案已經實現的問題。

Apache Shiro 提供了一個可用的安全性框架，各種客戶機都可將這個框架應用於它們的應用程序。本文中的這些例子旨在介紹 Shiro 並着重展示對用戶進行身份驗證的基本任務。

回頁首

瞭解 Shiro

Shiro 是一個用 Java 語言實現的框架，通過一個簡單易用的 API 提供身份驗證和授權。使用 Shiro，您就能夠爲您的應用程序提供安全性而又無需從頭編寫所有代碼。

Shiro 的 Session 對象允許無需 HttpSession 即可使用一個用戶會話。通過使用一個通用的Session 對象，即便該代碼沒有在一個 Web 應用程序中運行，仍可以使用相同的代碼。沒有對應用服務器或 Web 應用服務器會話管理的依賴，您甚至可以在命令行環境中使用 Shiro。換言之，使用 Shiro 的 API 編寫的代碼讓您可以構建連接到 LDAP 服務器的命令行應用程序並且與 web 應用程序內用來訪問 LDAP 服務器的代碼相同。由於 Shiro 提供具有諸多不同數據源的身份驗證，以及 Enterprise Session Management，所以是實現單點登錄（SSO）的理想之選 — 大型企業內的一個理想特性，因爲在大型企業內，用戶需要在一天內經常登錄到並使用不同系統。這些數據源包括 JDBC、LDAP、 Kerberos 和 Microsoft® Active Directory® Directory Services (AD DS)。

6.1 Realm

【2.5 Realm】及【3.5 Authorizer】部分都已經詳細介紹過Realm了，接下來再來看一下一般真實環境下的Realm如何實現。

1 、定義實體及關係

即用戶-角色之間是多對多關係，角色-權限之間是多對多關係；且用戶和權限之間通過角色建立關係；在系統中驗證時通過權限驗證，角色只是權限集合，即所謂的顯示角色；其實權限應該對應到資源（如菜單、URL、頁面按鈕、Java方法等）中，即應該將權限字符串存儲到資源實體中，但是目前爲了簡單化，直接提取一個權限表，【綜合示例】部分會使用完整的表結構。

用戶實體包括：編號(id)、用戶名(username)、密碼(password)、鹽(salt)、是否鎖定(locked)；是否鎖定用於封禁用戶使用，其實最好使用Enum字段存儲，可以實現更復雜的用戶狀態實現。

角色實體包括：、編號(id)、角色標識符（role）、描述（description）、是否可用（available）；其中角色標識符用於在程序中進行隱式角色判斷的，描述用於以後再前臺界面顯示的、是否可用表示角色當前是否激活。

權限實體包括：編號（id）、權限標識符（permission）、描述（description）、是否可用（available）；含義和角色實體類似不再闡述。

另外還有兩個關係實體：用戶-角色實體（用戶編號、角色編號，且組合爲複合主鍵）；角色-權限實體（角色編號、權限編號，且組合爲複合主鍵）。

sql及實體請參考源代碼中的sql\shiro.sql 和 com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.entity對應的實體。

2 、環境準備

爲了方便數據庫操作，使用了“org.springframework: spring-jdbc: 4.0.0.RELEASE”依賴，雖然是spring4版本的，但使用上和spring3無區別。其他依賴請參考源碼的pom.xml。

3 、定義 Service 及 Dao

爲了實現的簡單性，只實現必須的功能，其他的可以自己實現即可。

PermissionService

public interface PermissionService {
    public Permission createPermission(Permission permission);
    public void deletePermission(Long permissionId);
}

實現基本的創建/刪除權限。

RoleService

public interface RoleService {
    public Role createRole(Role role);
    public void deleteRole(Long roleId);
    //添加角色-權限之間關係
    public void correlationPermissions(Long roleId, Long... permissionIds);
    //移除角色-權限之間關係
    public void uncorrelationPermissions(Long roleId, Long... permissionIds);//
}

相對於PermissionService多了關聯/移除關聯角色-權限功能。

UserService

public interface UserService {
    public User createUser(User user); //創建賬戶
    public void changePassword(Long userId, String newPassword);//修改密碼
    public void correlationRoles(Long userId, Long... roleIds); //添加用戶-角色關係
    public void uncorrelationRoles(Long userId, Long... roleIds);// 移除用戶-角色關係
    public User findByUsername(String username);// 根據用戶名查找用戶
    public Set<String> findRoles(String username);// 根據用戶名查找其角色
    public Set<String> findPermissions(String username); //根據用戶名查找其權限
}

此處使用findByUsername、findRoles及findPermissions來查找用戶名對應的帳號、角色及權限信息。之後的Realm就使用這些方法來查找相關信息。

UserServiceImpl

public User createUser(User user) {
    //加密密碼
    passwordHelper.encryptPassword(user);
    return userDao.createUser(user);
}
public void changePassword(Long userId, String newPassword) {
    User user =userDao.findOne(userId);
    user.setPassword(newPassword);
    passwordHelper.encryptPassword(user);
    userDao.updateUser(user);
}

在創建賬戶及修改密碼時直接把生成密碼操作委託給PasswordHelper。

PasswordHelper

public class PasswordHelper {
    private RandomNumberGenerator randomNumberGenerator =
     new SecureRandomNumberGenerator();
    private String algorithmName = "md5";
    private final int hashIterations = 2;
    public void encryptPassword(User user) {
        user.setSalt(randomNumberGenerator.nextBytes().toHex());
        String newPassword = new SimpleHash(
                algorithmName,
                user.getPassword(),
                ByteSource.Util.bytes(user.getCredentialsSalt()),
                hashIterations).toHex();
        user.setPassword(newPassword);
    }
}

之後的CredentialsMatcher需要和此處加密的算法一樣。user.getCredentialsSalt()輔助方法返回username+salt。

爲了節省篇幅，對於DAO/Service的接口及實現，具體請參考源碼com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6。另外請參考Service層的測試用例com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.service.ServiceTest。

4 、定義 Realm

RetryLimitHashedCredentialsMatcher

和第五章的一樣，在此就不羅列代碼了，請參考源碼com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.credentials.RetryLimitHashedCredentialsMatcher。

UserRealm

另外請參考Service層的測試用例com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.service.ServiceTest。

public class UserRealm extends AuthorizingRealm {
    private UserService userService = new UserServiceImpl();
    protected AuthorizationInfo doGetAuthorizationInfo(PrincipalCollection principals) {
        String username = (String)principals.getPrimaryPrincipal();
        SimpleAuthorizationInfo authorizationInfo = new SimpleAuthorizationInfo();
        authorizationInfo.setRoles(userService.findRoles(username));
        authorizationInfo.setStringPermissions(userService.findPermissions(username));
        return authorizationInfo;
    }
    protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
        String username = (String)token.getPrincipal();
        User user = userService.findByUsername(username);
        if(user == null) {
            throw new UnknownAccountException();//沒找到帳號
        }
        if(Boolean.TRUE.equals(user.getLocked())) {
            throw new LockedAccountException(); //帳號鎖定
        }
        //交給AuthenticatingRealm使用CredentialsMatcher進行密碼匹配，如果覺得人家的不好可以在此判斷或自定義實現
        SimpleAuthenticationInfo authenticationInfo = new SimpleAuthenticationInfo(
                user.getUsername(), //用戶名
                user.getPassword(), //密碼
                ByteSource.Util.bytes(user.getCredentialsSalt()),//salt=username+salt
                getName()  //realm name
        );
        return authenticationInfo;
    }
}

1 、UserRealm 父類AuthorizingRealm 將獲取Subject 相關信息分成兩步：獲取身份驗證信息（doGetAuthenticationInfo）及授權信息（doGetAuthorizationInfo）；

2 、doGetAuthenticationInfo 獲取身份驗證相關信息：首先根據傳入的用戶名獲取User信息；然後如果user爲空，那麼拋出沒找到帳號異常UnknownAccountException；如果user找到但鎖定了拋出鎖定異常LockedAccountException；最後生成AuthenticationInfo信息，交給間接父類AuthenticatingRealm使用CredentialsMatcher進行判斷密碼是否匹配，如果不匹配將拋出密碼錯誤異常IncorrectCredentialsException；另外如果密碼重試此處太多將拋出超出重試次數異常ExcessiveAttemptsException；在組裝SimpleAuthenticationInfo信息時，需要傳入：身份信息（用戶名）、憑據（密文密碼）、鹽（username+salt），CredentialsMatcher使用鹽加密傳入的明文密碼和此處的密文密碼進行匹配。

3 、doGetAuthorizationInfo 獲取授權信息：PrincipalCollection是一個身份集合，因爲我們現在就一個Realm，所以直接調用getPrimaryPrincipal得到之前傳入的用戶名即可；然後根據用戶名調用UserService接口獲取角色及權限信息。

5 、測試用例

爲了節省篇幅，請參考測試用例com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.UserRealmTest。包含了：登錄成功、用戶名錯誤、密碼錯誤、密碼超出重試次數、有/沒有角色、有/沒有權限的測試。

6.2 AuthenticationToken

AuthenticationToken用於收集用戶提交的身份（如用戶名）及憑據（如密碼）：

public interface AuthenticationToken extends Serializable {
    Object getPrincipal(); //身份
    Object getCredentials(); //憑據
}

擴展接口RememberMeAuthenticationToken：提供了“boolean isRememberMe()”現“記住我”的功能；

擴展接口是HostAuthenticationToken：提供了“String getHost()”方法用於獲取用戶“主機”的功能。

Shiro提供了一個直接拿來用的UsernamePasswordToken，用於實現用戶名/密碼Token組，另外其實現了RememberMeAuthenticationToken和HostAuthenticationToken，可以實現記住我及主機驗證的支持。

6.3 AuthenticationInfo

AuthenticationInfo有兩個作用：

1、如果Realm是AuthenticatingRealm子類，則提供給AuthenticatingRealm內部使用的CredentialsMatcher進行憑據驗證；（如果沒有繼承它需要在自己的Realm中自己實現驗證）；

2、提供給SecurityManager來創建Subject（提供身份信息）；

MergableAuthenticationInfo用於提供在多Realm時合併AuthenticationInfo的功能，主要合併Principal、如果是其他的如credentialsSalt，會用後邊的信息覆蓋前邊的。

比如HashedCredentialsMatcher，在驗證時會判斷AuthenticationInfo是否是SaltedAuthenticationInfo子類，來獲取鹽信息。

Account相當於我們之前的User，SimpleAccount是其一個實現；在IniRealm、PropertiesRealm這種靜態創建帳號信息的場景中使用，這些Realm直接繼承了SimpleAccountRealm，而SimpleAccountRealm提供了相關的API來動態維護SimpleAccount；即可以通過這些API來動態增刪改查SimpleAccount；動態增刪改查角色/權限信息。及如果您的帳號不是特別多，可以使用這種方式，具體請參考SimpleAccountRealm Javadoc。

其他情況一般返回SimpleAuthenticationInfo即可。

6.4 PrincipalCollection

因爲我們可以在Shiro中同時配置多個Realm，所以呢身份信息可能就有多個；因此其提供了PrincipalCollection用於聚合這些身份信息：

public interface PrincipalCollection extends Iterable, Serializable {
    Object getPrimaryPrincipal(); //得到主要的身份
    <T> T oneByType(Class<T> type); //根據身份類型獲取第一個
    <T> Collection<T> byType(Class<T> type); //根據身份類型獲取一組
    List asList(); //轉換爲List
    Set asSet(); //轉換爲Set
    Collection fromRealm(String realmName); //根據Realm名字獲取
    Set<String> getRealmNames(); //獲取所有身份驗證通過的Realm名字
    boolean isEmpty(); //判斷是否爲空
}

因爲PrincipalCollection聚合了多個，此處最需要注意的是getPrimaryPrincipal，如果只有一個Principal那麼直接返回即可，如果有多個Principal，則返回第一個（因爲內部使用Map存儲，所以可以認爲是返回任意一個）；oneByType / byType根據憑據的類型返回相應的Principal；fromRealm根據Realm名字（每個Principal都與一個Realm關聯）獲取相應的Principal。

MutablePrincipalCollection是一個可變的PrincipalCollection接口，即提供瞭如下可變方法：

public interface MutablePrincipalCollection extends PrincipalCollection {
    void add(Object principal, String realmName); //添加Realm-Principal的關聯
    void addAll(Collection principals, String realmName); //添加一組Realm-Principal的關聯
    void addAll(PrincipalCollection principals);//添加PrincipalCollection
    void clear();//清空
}

目前Shiro只提供了一個實現SimplePrincipalCollection，還記得之前的AuthenticationStrategy實現嘛，用於在多Realm時判斷是否滿足條件的，在大多數實現中（繼承了AbstractAuthenticationStrategy）afterAttempt方法會進行AuthenticationInfo（實現了MergableAuthenticationInfo）的merge，比如SimpleAuthenticationInfo會合並多個Principal爲一個PrincipalCollection。

對於PrincipalMap是Shiro 1.2中的一個實驗品，暫時無用，具體可以參考其Javadoc。接下來通過示例來看看PrincipalCollection。

1 、準備三個Realm

MyRealm1

public class MyRealm1 implements Realm {
    @Override
    public String getName() {
        return "a"; //realm name 爲 “a”
    }
    //省略supports方法，具體請見源碼
    @Override
    public AuthenticationInfo getAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
        return new SimpleAuthenticationInfo(
                "zhang", //身份 字符串類型
                "123",   //憑據
                getName() //Realm Name
        );
    }
}

MyRealm2

和MyRealm1完全一樣，只是Realm名字爲b。

MyRealm3

public class MyRealm3 implements Realm {
    @Override
    public String getName() {
        return "c"; //realm name 爲 “c”
    }
    //省略supports方法，具體請見源碼
    @Override
    public AuthenticationInfo getAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
        User user = new User("zhang", "123");
        return new SimpleAuthenticationInfo(
                user, //身份 User類型
                "123",   //憑據
                getName() //Realm Name
        );
    }
}

和MyRealm1同名，但返回的Principal是User類型。

2、ini配置（shiro-multirealm.ini）

[main]
realm1=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.MyRealm1
realm2=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.MyRealm2
realm3=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.MyRealm3
securityManager.realms=$realm1,$realm2,$realm3

3 、測試用例（com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.PrincialCollectionTest ）

因爲我們的Realm中沒有進行身份及憑據驗證，所以相當於身份驗證都是成功的，都將返回：

Object primaryPrincipal1 = subject.getPrincipal();
PrincipalCollection princialCollection = subject.getPrincipals();
Object primaryPrincipal2 = princialCollection.getPrimaryPrincipal();

我們可以直接調用subject.getPrincipal獲取PrimaryPrincipal（即所謂的第一個）；或者通過getPrincipals獲取PrincipalCollection；然後通過其getPrimaryPrincipal獲取PrimaryPrincipal。

Set<String> realmNames = princialCollection.getRealmNames();

獲取所有身份驗證成功的Realm名字。

Set<Object> principals = princialCollection.asSet(); //asList和asSet的結果一樣

將身份信息轉換爲Set/List，即使轉換爲List，也是先轉換爲Set再完成的。

Collection<User> users = princialCollection.fromRealm("c");

根據Realm名字獲取身份，因爲Realm名字可以重複，所以可能多個身份，建議Realm名字儘量不要重複。

6.4 AuthorizationInfo

AuthorizationInfo用於聚合授權信息的：

public interface AuthorizationInfo extends Serializable {
    Collection<String> getRoles(); //獲取角色字符串信息
    Collection<String> getStringPermissions(); //獲取權限字符串信息
    Collection<Permission> getObjectPermissions(); //獲取Permission對象信息
}

當我們使用AuthorizingRealm時，如果身份驗證成功，在進行授權時就通過doGetAuthorizationInfo方法獲取角色/權限信息用於授權驗證。

Shiro提供了一個實現SimpleAuthorizationInfo，大多數時候使用這個即可。

對於Account及SimpleAccount，之前的【6.3 AuthenticationInfo】已經介紹過了，用於SimpleAccountRealm子類，實現動態角色/權限維護的。

6.5 Subject

Subject是Shiro的核心對象，基本所有身份驗證、授權都是通過Subject完成。

1 、身份信息獲取

Object getPrincipal(); //Primary Principal
PrincipalCollection getPrincipals(); // PrincipalCollection

2 、身份驗證

void login(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException;
boolean isAuthenticated();
boolean isRemembered();

通過login登錄，如果登錄失敗將拋出相應的AuthenticationException，如果登錄成功調用isAuthenticated就會返回true，即已經通過身份驗證；如果isRemembered返回true，表示是通過記住我功能登錄的而不是調用login方法登錄的。isAuthenticated/isRemembered是互斥的，即如果其中一個返回true，另一個返回false。

3 、角色授權驗證

boolean hasRole(String roleIdentifier);
boolean[] hasRoles(List<String> roleIdentifiers);
boolean hasAllRoles(Collection<String> roleIdentifiers);
void checkRole(String roleIdentifier) throws AuthorizationException;
void checkRoles(Collection<String> roleIdentifiers) throws AuthorizationException;
void checkRoles(String... roleIdentifiers) throws AuthorizationException;

hasRole*進行角色驗證，驗證後返回true/false；而checkRole*驗證失敗時拋出AuthorizationException異常。

4 、權限授權驗證

boolean isPermitted(String permission);
boolean isPermitted(Permission permission);
boolean[] isPermitted(String... permissions);
boolean[] isPermitted(List<Permission> permissions);
boolean isPermittedAll(String... permissions);
boolean isPermittedAll(Collection<Permission> permissions);
void checkPermission(String permission) throws AuthorizationException;
void checkPermission(Permission permission) throws AuthorizationException;
void checkPermissions(String... permissions) throws AuthorizationException;
void checkPermissions(Collection<Permission> permissions) throws AuthorizationException;

isPermitted*進行權限驗證，驗證後返回true/false；而checkPermission*驗證失敗時拋出AuthorizationException。

5 、會話

Session getSession(); //相當於getSession(true)
Session getSession(boolean create);

類似於Web中的會話。如果登錄成功就相當於建立了會話，接着可以使用getSession獲取；如果create=true如果沒有會話將返回null，而create=true如果沒有會話會強制創建一個。

6 、退出

void logout();

7 、RunAs

void runAs(PrincipalCollection principals) throws NullPointerException, IllegalStateException;
boolean isRunAs();
PrincipalCollection getPreviousPrincipals();
PrincipalCollection releaseRunAs();

RunAs即實現“允許A假設爲B身份進行訪問”；通過調用subject.runAs(b)進行訪問；接着調用subject.getPrincipals將獲取到B的身份；此時調用isRunAs將返回true；而a的身份需要通過subject. getPreviousPrincipals獲取；如果不需要RunAs了調用subject. releaseRunAs即可。

8 、多線程

<V> V execute(Callable<V> callable) throws ExecutionException;
void execute(Runnable runnable);
<V> Callable<V> associateWith(Callable<V> callable);
Runnable associateWith(Runnable runnable);

實現線程之間的Subject傳播，因爲Subject是線程綁定的；因此在多線程執行中需要傳播到相應的線程才能獲取到相應的Subject。最簡單的辦法就是通過execute(runnable/callable實例)直接調用；或者通過associateWith(runnable/callable實例)得到一個包裝後的實例；它們都是通過：1、把當前線程的Subject綁定過去；2、在線程執行結束後自動釋放。

Subject自己不會實現相應的身份驗證/授權邏輯，而是通過DelegatingSubject委託給SecurityManager實現；及可以理解爲Subject是一個面門。

對於Subject的構建一般沒必要我們去創建；一般通過SecurityUtils.getSubject()獲取：

public static Subject getSubject() {
    Subject subject = ThreadContext.getSubject();
    if (subject == null) {
        subject = (new Subject.Builder()).buildSubject();
        ThreadContext.bind(subject);
    }
    return subject;
}

即首先查看當前線程是否綁定了Subject，如果沒有通過Subject.Builder構建一個然後綁定到現場返回。

如果想自定義創建，可以通過：

new Subject.Builder().principals(身份).authenticated(true/false).buildSubject()

這種可以創建相應的Subject實例了，然後自己綁定到線程即可。在new Builder()時如果沒有傳入SecurityManager，自動調用SecurityUtils.getSecurityManager獲取；也可以自己傳入一個實例。

對於Subject我們一般這麼使用：

1、身份驗證（login）

2、授權（hasRole*/isPermitted*或checkRole*/checkPermission*）

3、將相應的數據存儲到會話（Session）

4、切換身份（RunAs）/多線程身份傳播

5、退出

而我們必須的功能就是1、2、5。到目前爲止我們就可以使用Shiro進行應用程序的安全控制了，但是還是缺少如對Web驗證、Java方法驗證等的一些簡化實現。

Shiro目錄貼

Apache Shiro 簡介

常用縮略詞

身份驗證和授權

瞭解 Shiro

6.1 Realm

6.2 AuthenticationToken

6.3 AuthenticationInfo

6.4 PrincipalCollection

6.4 AuthorizationInfo

6.5 Subject

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