认证与Shiro安全框架

 

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1.简介

Apache Shiro是Java的一个安全框架。功能强大，使用简单的Java安全框架，它为开发人员提供一个直观而全面的认证，授权，加密及会话管理的解决方案。

实际上，Shiro的主要功能是管理应用程序中与安全相关的全部，同时尽可能支持多种实现方法。Shiro是建立在完善的接口驱动设计和面向对象原则之上的，支持各种自定义行为。Shiro提供的默认实现，使其能完成与其他安全框架同样的功能，这不也是我们一直努力想要得到的吗！

Apache Shiro相当简单，对比Spring Security，可能没有Spring Security做的功能强大，但是在实际工作时可能并不需要那么复杂的东西，所以使用小而简单的Shiro就足够了。对于它俩到底哪个好，这个不必纠结，能更简单的解决项目问题就好了。

Shiro可以非常容易的开发出足够好的应用，其不仅可以用在JavaSE环境，也可以用在JavaEE环境。Shiro可以帮助我们完成：认证、授权、加密、会话管理、与Web集成、缓存等。这不就是我们想要的嘛，而且Shiro的API也是非常简单；其基本功能点如下图所示：

Authentication：身份认证/登录，验证用户是不是拥有相应的身份；

Authorization：授权，即权限验证，验证某个已认证的用户是否拥有某个权限；即判断用户是否能做事情，常见的如：验证某个用户是否拥有某个角色。或者细粒度的验证某个用户对某个资源是否具有某个权限；

Session Manager：会话管理，即用户登录后就是一次会话，在没有退出之前，它的所有信息都在会话中；会话可以是普通JavaSE环境的，也可以是如Web环境的；

Cryptography：加密，保护数据的安全性，如密码加密存储到数据库，而不是明文存储；

Web Support：Web支持，可以非常容易的集成到Web环境；

Caching：缓存，比如用户登录后，其用户信息、拥有的角色/权限不必每次去查，这样可以提高效率；

Concurrency：shiro支持多线程应用的并发验证，即如在一个线程中开启另一个线程，能把权限自动传播过去；

Testing：提供测试支持；

Run As：允许一个用户假装为另一个用户（如果他们允许）的身份进行访问；

Remember Me：记住我，这个是非常常见的功能，即一次登录后，下次再来的话不用登录了。

记住一点，Shiro不会去维护用户、维护权限；这些需要我们自己去设计/提供；然后通过相应的接口注入给Shiro即可。

接下来我们分别从外部和内部来看看Shiro的架构，对于一个好的框架，从外部来看应该具有非常简单易于使用的API，且API契约明确；从内部来看的话，其应该有一个可扩展的架构，即非常容易插入用户自定义实现，因为任何框架都不能满足所有需求。

首先，我们从外部来看Shiro吧，即从应用程序角度的来观察如何使用Shiro完成工作。如下图：

可以看到：应用代码直接交互的对象是Subject，也就是说Shiro的对外API核心就是Subject；其每个API的含义：

Subject：主体，代表了当前“用户”，这个用户不一定是一个具体的人，与当前应用交互的任何东西都是Subject，如网络爬虫，机器人等；即一个抽象概念；所有Subject都绑定到SecurityManager，与Subject的所有交互都会委托给SecurityManager；可以把Subject认为是一个门面；SecurityManager才是实际的执行者；

SecurityManager：安全管理器；即所有与安全有关的操作都会与SecurityManager交互；且它管理着所有Subject；可以看出它是Shiro的核心，它负责与后边介绍的其他组件进行交互，如果学习过SpringMVC，你可以把它看成DispatcherServlet前端控制器；

Realm：域，Shiro从Realm获取安全数据（如用户、角色、权限），就是说SecurityManager要验证用户身份，那么它需要从Realm获取相应的用户进行比较以确定用户身份是否合法；也需要从Realm得到用户相应的角色/权限进行验证用户是否能进行操作；可以把Realm看成DataSource，即安全数据源。

也就是说对于我们而言，最简单的一个Shiro应用：

1、应用代码通过Subject来进行认证和授权，而Subject又委托给SecurityManager；

2、我们需要给Shiro的SecurityManager注入Realm，从而让SecurityManager能得到合法的用户及其权限进行判断。

从以上也可以看出，Shiro不提供维护用户/权限，而是通过Realm让开发人员自己注入。

接下来我们来从Shiro内部来看下Shiro的架构，如下图所示：

Subject：主体，可以看到主体可以是任何可以与应用交互的“用户”；

SecurityManager：相当于SpringMVC中的DispatcherServlet或者Struts2中的FilterDispatcher；是Shiro的心脏；所有具体的交互都通过SecurityManager进行控制；它管理着所有Subject、且负责进行认证和授权、及会话、缓存的管理。

Authenticator：认证器，负责主体认证的，这是一个扩展点，如果用户觉得Shiro默认的不好，可以自定义实现；其需要认证策略（Authentication Strategy），即什么情况下算用户认证通过了；

Authrizer：授权器，或者访问控制器，用来决定主体是否有权限进行相应的操作；即控制着用户能访问应用中的哪些功能；

Realm：可以有1个或多个Realm，可以认为是安全实体数据源，即用于获取安全实体的；可以是JDBC实现，也可以是LDAP实现，或者内存实现等等；由用户提供；注意：Shiro不知道你的用户/权限存储在哪及以何种格式存储；所以我们一般在应用中都需要实现自己的Realm；

SessionManager：如果写过Servlet就应该知道Session的概念，Session呢需要有人去管理它的生命周期，这个组件就是SessionManager；而Shiro并不仅仅可以用在Web环境，也可以用在如普通的JavaSE环境、EJB等环境；所有呢，Shiro就抽象了一个自己的Session来管理主体与应用之间交互的数据；这样的话，比如我们在Web环境用，刚开始是一台Web服务器；接着又上了台EJB服务器；这时想把两台服务器的会话数据放到一个地方，这个时候就可以实现自己的分布式会话（如把数据放到Memcached服务器）；

SessionDAO：DAO大家都用过，数据访问对象，用于会话的CRUD，比如我们想把Session保存到数据库，那么可以实现自己的SessionDAO，通过如JDBC写到数据库；比如想把Session放到Memcached中，可以实现自己的Memcached SessionDAO；另外SessionDAO中可以使用Cache进行缓存，以提高性能；

CacheManager：缓存控制器，来管理如用户、角色、权限等的缓存的；因为这些数据基本上很少去改变，放到缓存中后可以提高访问的性能

Cryptography：密码模块，Shiro提高了一些常见的加密组件用于如密码加密/解密的。

2.过滤器和权限拦截器

过滤器简称	对应的java类
anon	org.apache.shiro.web.filter.authc.AnonymousFilter
authc	org.apache.shiro.web.filter.authc.FormAuthenticationFilter
authcBasic	org.apache.shiro.web.filter.authc.BasicHttpAuthenticationFilter
perms	org.apache.shiro.web.filter.authz.PermissionsAuthorizationFilter
port	org.apache.shiro.web.filter.authz.PortFilter
rest	org.apache.shiro.web.filter.authz.HttpMethodPermissionFilter
roles	org.apache.shiro.web.filter.authz.RolesAuthorizationFilter
ssl	org.apache.shiro.web.filter.authz.SslFilter
user	org.apache.shiro.web.filter.authc.UserFilter
logout	org.apache.shiro.web.filter.authc.LogoutFilter

3.前端Shiro标签

标签名称	标签条件（均是显示标签内容）
<shiro:authenticated>	登录之后
<shiro:notAuthenticated>	不在登录状态时
<shiro:guest>	用户在没有RememberMe时
<shiro:user>	用户在RememberMe时
<shiro:hasAnyRoles name="abc,123" >	在有abc或者123角色时
<shiro:hasRole name="abc">	拥有角色abc
<shiro:lacksRole name="abc">	没有角色abc
<shiro:hasPermission name="abc">	拥有权限资源abc
<shiro:lacksPermission name="abc">	没有abc权限资源
<shiro:principal>	默认显示用户名称

4.Spring security和Apache shiro差别

shiro配置更加容易理解，容易上手；security配置相对比较难懂。

在spring的环境下，security整合性更好。Shiro对很多其他的框架兼容性更好，号称是无缝集成。

shiro 不仅仅可以使用在web中，它可以工作在任何应用环境中。

在集群会话时Shiro最重要的一个好处或许就是它的会话是独立于容器的。

Shiro提供的密码加密使用起来非常方便。

5.控制精度

Shiro也支持注解方式。

注解方式控制权限只能是在方法上控制，无法控制类级别访问。

过滤器方式控制是根据访问的URL进行控制。允许使用*匹配URL，所以可以进行粗粒度，也可以进行细粒度控制。

6.Shiro具体应用

6.1.导入jar包

 <dependency>
            <groupId>org.apache.shiro</groupId>
            <artifactId>shiro-all</artifactId>
            <version>${shiro.version}</version>
 </dependency>

6.2.过滤器的配置

虽然需要配置10个过滤器，但是使用的时候只需要在web.xml中配置一个就可以（DelegatingFulterProxy）,具体配置如下

   <!-- Shiro Security filter  filter-name这个名字的值将来还会在spring中用到  -->
   <filter>
        <filter-name>shiroFilter</filter-name>
        <filter-class>org.springframework.web.filter.DelegatingFilterProxy</filter-class>
        <init-param>
            <param-name>targetFilterLifecycle</param-name>
            <param-value>true</param-value>
        </init-param>
    </filter>
    <filter-mapping>
        <filter-name>shiroFilter</filter-name>
        <url-pattern>/*</url-pattern>
    </filter-mapping>
    

6.3.Shiro配置文件

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"  
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"       
    xmlns:p="http://www.springframework.org/schema/p"  
    xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"   
    xmlns:tx="http://www.springframework.org/schema/tx"  
    xmlns:aop="http://www.springframework.org/schema/aop"  
    xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans    
    http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd    
    http://www.springframework.org/schema/aop    
    http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop.xsd    
    http://www.springframework.org/schema/tx    
    http://www.springframework.org/schema/tx/spring-tx.xsd    
    http://www.springframework.org/schema/context    
    http://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd">
    
    <description>Shiro的配置文件</description>
    
    <!-- SecurityManager配置 -->
    <!-- 配置Realm域 -->
    <!-- 密码比较器 -->
    <!-- 代理如何生成？ 用工厂来生成Shiro的相关过滤器-->
    <!-- 配置缓存：ehcache缓存 -->
    <!-- 安全管理 -->
    <bean id="securityManager" class="org.apache.shiro.web.mgt.DefaultWebSecurityManager">
        <!-- Single realm app.  If you have multiple realms, use the 'realms' property instead. -->
        <property name="realm" ref="authRealm"/><!-- 引用自定义的realm -->
        <!-- 缓存 -->
        <property name="cacheManager" ref="shiroEhcacheManager"/>
    </bean>

    <!-- 自定义权限认证 -->
    <bean id="authRealm" class="cn.itcast.jk.shiro.AuthRealm">
        <property name="userService" ref="userService"/>
        <!-- 自定义密码加密算法  -->
        <property name="credentialsMatcher" ref="passwordMatcher"/>
    </bean>
    
    <!-- 设置密码加密策略 md5hash -->
    <bean id="passwordMatcher" class="cn.itcast.jk.shiro.CustomCredentialsMatcher"/>

    <!-- filter-name这个名字的值来自于web.xml中filter的名字 -->
    <bean id="shiroFilter" class="org.apache.shiro.spring.web.ShiroFilterFactoryBean">
        <property name="securityManager" ref="securityManager"/>
        <!--登录页面  -->
        <property name="loginUrl" value="/index.jsp"></property>
        <!-- 登录成功后 -->      
        <property name="successUrl" value="/home.action"></property>
        <property name="filterChainDefinitions">
            <!-- /**代表下面的多级目录也过滤 -->
            <value>
                /index.jsp* = anon
                /home* = anon
                /sysadmin/login/login.jsp* = anon
                /sysadmin/login/logout.jsp* = anon
                /login* = anon
                /logout* = anon
                /components/** = anon
                /css/** = anon
                /images/** = anon
                /js/** = anon
                /make/** = anon
                /skin/** = anon
                /stat/** = anon
                /ufiles/** = anon
                /validator/** = anon
                /resource/** = anon
                /** = authc
                /*.* = authc
            </value>
        </property>
    </bean>

    <!-- 用户授权/认证信息Cache, 采用EhCache  缓存 -->
    <bean id="shiroEhcacheManager" class="org.apache.shiro.cache.ehcache.EhCacheManager">
        <property name="cacheManagerConfigFile" value="classpath:ehcache-shiro.xml"/>
    </bean>

    <!-- 保证实现了Shiro内部lifecycle函数的bean执行 -->
    <bean id="lifecycleBeanPostProcessor" class="org.apache.shiro.spring.LifecycleBeanPostProcessor"/>

    <!-- 生成代理，通过代理进行控制 -->
    <bean class="org.springframework.aop.framework.autoproxy.DefaultAdvisorAutoProxyCreator"
          depends-on="lifecycleBeanPostProcessor">
        <property name="proxyTargetClass" value="true"/>
    </bean>
    
    <!-- 安全管理器 -->
    <bean class="org.apache.shiro.spring.security.interceptor.AuthorizationAttributeSourceAdvisor">
        <property name="securityManager" ref="securityManager"/>
    </bean>
    
    
</beans>

6.4自定义密码比较器

密码比较器，用于用户登录身份验证，用md5加密

/**
 * 密码比较器：规范是extends SimpleCredentialsMatcher 
 * @author Administrator
 *
 */
public class CustomCredentialsMatcher extends SimpleCredentialsMatcher {

    /**
     * 重写父类的密码比较的方法
     * 比较的算法：
     *     1.接收用户在密码框输入的明文
     *     2.使用Md5Hash算法进行加密 
     *     3.获取数据库中的加密的密码进行比较
     *     
     *     第一个参数token:代表用户在界面上输入的用户名和密码
     *     第二个参数info:它内部会包含数据库中的密码（当前用户加密后的密码）
     *     
     *     返回值：如果返回true代表密码验证成功，如果返回false代表密码比对失败，失败后程序就会出现异常
     *     
     */
    public boolean doCredentialsMatch(AuthenticationToken token, AuthenticationInfo info) {
        //1.向下转型
        UsernamePasswordToken upToken = (UsernamePasswordToken) token;
        
        //2.获取用户名或密码
        String username = upToken.getUsername();
        //获取密码并使用Md5Hash算法进行加密 
        String inputPwdEncrypt = Encrypt.md5(new String(upToken.getPassword()), username);
        
        //3.获取数据库中的加密的密码
        String dbPwd = info.getCredentials().toString();
        
        return equals(inputPwdEncrypt, dbPwd);
    }

}

 6.5编写自定义realm域

public class AuthRealm extends AuthorizingRealm {
    private UserService userService;
    public void setUserService(UserService userService) {
        this.userService = userService;
    }

    //授权   第一个参数PrincipalCollection：Principal的集合，其实它里面放了一个用户的信息
    /**
     * 当jsp页面碰到shiro标签时，就会自动这个方法
     */
    protected AuthorizationInfo doGetAuthorizationInfo(PrincipalCollection pc) {
        //1.从Shiro中取出当前认证的用户对象
        User user = (User)pc.fromRealm(this.getName()).iterator().next();
        
        //2.获取用户的相关权限，首先要去找到角色
        Set<Role> roles = user.getRoles();//对象导航
        
        List<String> permissions = new ArrayList<String>();//产生一个用于保存模块列表的集合 
        //3.遍历集合
        for(Role role :roles){
            //得到每个角色对象
            Set<Module> modules = role.getModules();//对象导航，得到这个角色下面的模块列表
            
            for(Module module :modules){
                //可以取到每个模块
                permissions.add(module.getCpermission());
            }
        }
        
        //产生一个返回值的对象
        SimpleAuthorizationInfo info = new SimpleAuthorizationInfo();
        info.addStringPermissions(permissions);
        
        return info;
    }

    //认证   第一个参数token:代表用户在界面上输入的用户名和密码    AuthenticationInfo
    //如果函数返回null，程序也会抛出异常    如果正常程序就会自动进入到密码比较器
    protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
        
        //1.向下转型
        UsernamePasswordToken upToken = (UsernamePasswordToken) token;
                
        //2.获取用户名
        String username = upToken.getUsername();
        
        //3.根据用户名查询数据库
        List<User> userList = userService.find("from User where userName=?" , User.class, new String[]{username});
        
        if(userList!=null && userList.size()>0){
            User user = userList.get(0);
            //第一个参数：代表用户的实体对象             第二个参数credentials：密码       第三个参数：relam的名字
            return new SimpleAuthenticationInfo(user,user.getPassword(),this.getName());
        }
        return null;
    }

}

 6.6.登录操作

public class LoginAction extends BaseAction {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private String username;
    private String password;



    //SSH传统登录方式
    public String login() throws Exception {
        
//        if(true){
//            String msg = "登录错误，请重新填写用户名密码!";
//            this.addActionError(msg);
//            throw new Exception(msg);
//        }
//        User user = new User(username, password);
//        User login = userService.login(user);
//        if (login != null) {
//            ActionContext.getContext().getValueStack().push(user);
//            session.put(SysConstant.CURRENT_USER_INFO, login);    //记录session
//            return SUCCESS;
//        }
//        return "login";
        
        
        
        if(UtilFuns.isEmpty(username)){
            return "login";
        }
        
        try {
            //1.得到Subject
            Subject subject =SecurityUtils.getSubject();
            
            //2.调用它的登录方法
            UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken(username,password);
            subject.login(token);
            
            //3.取出Shiro中保存的用户信息
            User user = (User) subject.getPrincipal();
            
            //4.将用户信息保存到session中
            session.put(SysConstant.CURRENT_USER_INFO, user);
            
            
            return SUCCESS;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            request.put("errorInfo", "登录失败，用户名或密码错误！");
            return "login";
        }
    }
    
    
    //退出
    public String logout(){
        session.remove(SysConstant.CURRENT_USER_INFO);        //删除session
        
        SecurityUtils.getSubject().logout();
        return "logout";
    }

    public String getUsername() {
        return username;
    }

    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }

    public String getPassword() {
        return password;
    }

    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }

}

6.7.Shiro过程详解

• 登录过程

• 授权过程

• 整体分析过程：