本文分析tomcat容器的安全管理，servlet技术支持通过配置部署描述器(web.xml文件)来对受限内容进行访问控制；servlet容器是通过一个名为验证器的阀来支持安全限制的，当servlet容器启动时，验证器阀会被添加到Context容器的管道中。在调用Wrapper阀之前，会先调用验证器阀，对当前用户进行身份验证；验证器阀会调用Context容器的Realm对象的authenticate()方法，传入用户输入的用户名和密码来对用户进行身份验证。
Realm对象是用来对用户进行身份验证的组件，它会对用户输入的用户名和密码对进行有效性判断，通常与一个Context容器相关联；那么Realm对象是如何验证用户身份的呢？实际上，它保存了所有有效用户的用户名和密码对，或者它会访问存储这些数据的存储器。这些数据的具体存储依赖于Realm对象的具体实现，在tomcat中，有效用户信息默认存储在tomcat-user.xml文件中；当然也可以使用其他的针对其他资源验证Realm对象实现，比如关系数据库
在tomcat中，Realm对象是org.apache.catalina.Realm接口的实例，与验证相关的方法如下：
public Principal authenticate(String username, String credentials);
public Principal authenticate(String username, byte[] credentials);
public Principal authenticate(String username, String digest,
String nonce, String nc, String cnonce,
String qop, String realm,
String md5a2);
public Principal authenticate(X509Certificate certs[]);
通常都会使用第一个重载方法。在Realm接口中，还有一个hasRole()方法，方法签名如下：
public boolean hasRole(Principal principal, String role);
此外，Realm接口的getContainer()方法与settContainer()方法用来将Realm实例与一个Context实例相关联
在tomcat中，Realm接口的基本实现形式是org.apache.catalina.realm.RealmBase类，该类是一个抽象类，org.apache.catalina.realm包还提供了RealmBase类的一些继承类的实现，包括JDBCRealm、JNDIRealm、MemoryRealm和UserDatabaseRealm类等。 默认情况下，会使用MemoryRealm类的实例作为验证用的Realm对象。当第一次调用MemoryRealm实例时，它会读取tomcat-user.xml文档的内容。
在tomcat中，java.security.Principal接口的实例为org.apache.catalina.realm.GenericPrincipal类，GenericPrincipal实例必须始终与一个Realm对象相关联，正如其两个构造函数所示：
public GenericPrincipal(Realm realm, String name, String password) {
this(realm, name, password, null);
}
public GenericPrincipal(Realm realm, String name, String password,
List roles) {
super();
this.realm = realm;
this.name = name;
this.password = password;
if (roles != null) {
this.roles = new String[roles.size()];
this.roles = (String[]) roles.toArray(this.roles);
if (this.roles.length > 0)
Arrays.sort(this.roles);
}
}
GenericPrincipal实例必须有一个用户名和密码对。此外，该用户名和密码对所对应的角色列表是可选的；然后可以调用其hasRole()方法，并传入字符串形式的角色名来检查该Principal对象是否拥有指定角色
public boolean hasRole(String role) {
if (role == null)
return (false);
return (Arrays.binarySearch(roles, role) >= 0);
}
下面我们来看一个简单的Realm对象是怎样工作的，里面采用了硬编码的方式保存了两个用户名和密码对
SimpleRealm类的源码如下（略去了无关代码）
public class SimpleRealm implements Realm { public SimpleRealm() { createUserDatabase(); } private Container container; private ArrayList users = new ArrayList(); public Container getContainer() { return container; } public void setContainer(Container container) { this.container = container; } /** * 验证用户名和密码，返回Principal类型对象 */ public Principal authenticate(String username, String credentials) { System.out.println("SimpleRealm.authenticate()"); if (username==null || credentials==null) return null; User user = getUser(username, credentials); if (user==null) return null; return new GenericPrincipal(this, user.username, user.password, user.getRoles()); } /** * 判断Principal类型对象是有拥有指定角色 */ public boolean hasRole(Principal principal, String role) { if ((principal == null) || (role == null) || !(principal instanceof GenericPrincipal)) return (false); GenericPrincipal gp = (GenericPrincipal) principal; if (!(gp.getRealm() == this)) return (false); boolean result = gp.hasRole(role); return result; } private User getUser(String username, String password) { Iterator iterator = users.iterator(); while (iterator.hasNext()) { User user = (User) iterator.next(); if (user.username.equals(username) && user.password.equals(password)) return user; } return null; } private void createUserDatabase() { User user1 = new User("ken", "blackcomb"); user1.addRole("manager"); user1.addRole("programmer"); User user2 = new User("cindy", "bamboo"); user2.addRole("programmer"); users.add(user1); users.add(user2); } class User { public User(String username, String password) { this.username = username; this.password = password; } public String username; public ArrayList roles = new ArrayList(); public String password; public void addRole(String role) { roles.add(role); } public ArrayList getRoles() { return roles; } } }
其中的authenticate()方法由验证器调用，如果用户提供的用户名和密码是无效的便返回null，否则返回代表该用户的Principal对象
上面部分是描述Realm对象相关的，接下来描述与验证器相关的实现。验证器是org.apache.catalina.Authenticator接口的实例，Authenticator接口是一个标识接口，没有声明任何方法；在tomcat中提供了Authenticator接口的基本实现org.apache.catalina.authenticator.AuthenticatorBase类，同时AuthenticatorBase类还继承了org.apache.catalina.valves.ValveBase类，也就是说，AuthenticatorBase类也是一个阀；在tomat中，提供了很多AuthenticatorBase类的继承类，包括BasicAuthenticator类、FormAuthenticator类、DigestAuthenticator类和SSLAuthenticator类等；此外当tomcat用户没有指定验证方法名时，NonLoginAuthenticator类用来对来访者的身份进行验证。
AuthenticatorBase类的invoke()方法会调用authenticate()抽象方法，后者的实现依赖于子类，这里类似与templet方法模式
那么在我们的web应用程序中，具体采用那个验证器实现呢，这依赖于我们在web.xml文件中的配置（配置示例如下）
<web-app> <security-constraint> <web-resource-collection> <web-resource-name> Member Area </web-resource-name> <description> Only registered members can access this area. </description> <url-pattern>/member/*</url-pattern> <http-method>GET</http-method> <http-method>POST</http-method> </web-resource-collection> <auth-constraint> <role-name>member</role-name> </auth-constraint> </security-constraint> <login-config> <auth-method>BASIC</auth-method> </login-config> <security-role> <role-name>member</role-name> </security-role> </web-app>
上面示例是采用BASIC验证，也可以设置为FORM、DIGEST或CLIENT-CERT等，分别对应不同的验证器类（BasicAuthenticator类、FormAuthenticator类、DigestAuthenticator类和SSLAuthenticator类），若没有设置auth-method元素，则LoginConfig对象auth-method属性的默认值为NONE，使用NonLoginAuthenticator进行安全验证。（注：LoginConfig对象封装了Realm对象名和要使用的身份验证方法）
最后我们来描述一个Context容器实例是如何将验证器阀的，这里介绍的是一个SimpleContextConfig类，它是作为Context容器实例的监听器，在监听方法lifecycleEvent()中，调用authenticatorConfig()方法实例化BasicAuthenticator类，并将其作为阀添加到StandardContext实例的管道中
下面是SimpleContextConfig类的authenticatorConfig()方法实现
private synchronized void authenticatorConfig() { // Does this Context require an Authenticator? SecurityConstraint constraints[] = context.findConstraints(); if ((constraints == null) || (constraints.length == 0)) return; LoginConfig loginConfig = context.getLoginConfig(); if (loginConfig == null) { loginConfig = new LoginConfig("NONE", null, null, null); context.setLoginConfig(loginConfig); } // Has an authenticator been configured already? Pipeline pipeline = ((StandardContext) context).getPipeline(); if (pipeline != null) { Valve basic = pipeline.getBasic(); if ((basic != null) && (basic instanceof Authenticator)) return; Valve valves[] = pipeline.getValves(); for (int i = 0; i < valves.length; i++) { if (valves[i] instanceof Authenticator) return; } } else { // no Pipeline, cannot install authenticator valve return; } // Has a Realm been configured for us to authenticate against? if (context.getRealm() == null) { return; } // Identify the class name of the Valve we should configure String authenticatorName = "org.apache.catalina.authenticator.BasicAuthenticator"; // Instantiate and install an Authenticator of the requested class Valve authenticator = null; try { Class authenticatorClass = Class.forName(authenticatorName); authenticator = (Valve) authenticatorClass.newInstance(); ((StandardContext) context).addValve(authenticator); System.out.println("Added authenticator valve to Context"); } catch (Throwable t) { } }
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