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Shiro 安全框架学习

2016-07-04

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。

一、Shiro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。

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。

二、Shiro原理

2.1 Shiro的API

1、内部API

![这里写图片描述](http://img.blog.csdn.net/20160703220347751)

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。

2、外部API

![这里写图片描述](http://img.blog.csdn.net/20160703220408564)

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;可以看作为Shrio的核心控制器,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。

2.2 Shiro的具体内部功能模块

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。

2.3 Shiro过滤器 权限拦截器

过滤器简称       作用                    对应的java类
Anon         匿名可以访问             org.apache.shiro.web.filter.authc.AnonymousFilter     
Authc        认证才可访问             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      登出过滤器               org.apache.shiro.web.filter.authc.LogoutFilter
使用时,需要先导入Shiro标准标签库
<%@ taglib uri="http://shiro.apache.org/tags" prefix="shiro" %>
标签名称                            标签条件(均是显示标签内容)
               登录之后,才显示
            没有登录时才显示
                       用户在没有RememberMe,才显示
                        用户在RememberMe时,才显示
 在有abc或者123角色时,才显示
          拥有角色abc,才显示
        没有角色abc,才显示
aspermission name="abc">    拥有权限资源abc,才显示
  没有abc权限资源,才显示
                   默认显示用户名称,才显示

2.5 Spring security 与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。

三、Shiro实现

3.1 导入Shrio依赖的jar包

shiro-all-xxx.jar
Maven工程

    org.apache.shiro
    shiro-all
    1.2.3

3.2 在web.xml中配置相应的过滤器

注意,该过滤器必须配置到struts过滤器之前,否则action都无法进行创建

 
    shiroFilter
    org.springframework.web.filter.DelegatingFilterProxy
    
        targetFilterLifecycle
        true
    


    shiroFilter
    /*

3.3 配置产生过滤器的代理方式

在applicationContext.xml文件中,必须在声明式事务之前配置、
表示使用cglib生成代理
  

3.3 Shiro的配置文件

1、准备ehcache-shiro.xml缓存配置文件,放到classpath目录下
2、配置applicationContext-shiro.xml文件
    
    
        
        
        
        
    

    
    
        
         
          
          
    

    
    
    
    
        
        
        
        
        
        
        
        
            
            
                /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

            
        
    

    
    
        
    

    
    

    
    
        
        
    

    
    
        
    
3、在applicatioContext.xml文件中导入shiro配置文件
        

3.4 编写密码比较器

/**密码比较器
 * 规范,需要继承doGetAuthenticationInfo
 * 重写doCredentialsMatch密码比较方法
 * @author liuxuan
 *
 */
public class CustomCredentialsMatcher extends SimpleCredentialsMatcher{

    /**
     * 密码比较方法
     * AuthenticationToken 里面存储了,用户登录时,填写的账号和密码
     * AuthenticationInfo 存储的是用户的原始密码
     * */
    @Override
    public boolean doCredentialsMatch(AuthenticationToken token, AuthenticationInfo info) {
        //向下转型
        UsernamePasswordToken upToken = (UsernamePasswordToken) token;
        //获取用户输入的密码
        String password = new String(upToken.getPassword());
        //对密码进行加密   
        String newPassword = Encrypt.md5(password, upToken.getUsername());
        //获取原始密码
        Object oldPassword = info.getCredentials();
        //进行比较
        return equals(newPassword, oldPassword);
    }

}

3.5 编写认证授权relam类

/**realm作用域,主要实现用户认证和权限授权操作。
 * 规范,需要实现AuthorizingRealm类
 * 重写doGetAuthorizationInfo 权限授权方法
 * 重现doGetAuthenticationInfo 角色认证方法
 * @author liuxuan
 *
 */
public class AuthRealm extends AuthorizingRealm{
    //注入userService
    private UserService userService;

    public void setUserService(UserService userService) {
        this.userService = userService;
    }

    /**
     * 当页面有shiro标签时,就会调用授权方法
     * */
    @Override
    protected AuthorizationInfo doGetAuthorizationInfo(PrincipalCollection principals) {
        //1、获取登陆认证时,存入到shiro的realm域中的User对象
        //fromRealm是获取当前域中的PrincipalCollection的集合,进行迭代,获取第一个元素,就是我们存储的用户
        User user = (User) principals.fromRealm(this.getName()).iterator().next();
        //2、用于存储,用户模块的权限集合
        Set userModule =  new HashSet();
        //2、1获取当前用户的角色
        for(Role role:user.getRoles()){
            for(Module module:role.getModules()){
                //2、2加载用户顶端菜单
                if(module.getCtype()==0){
                    //2、3添加模块名称
                    userModule.add(module.getName());
                }

            }
        }
        //2、3 创建权限授权对象
        SimpleAuthorizationInfo info = new SimpleAuthorizationInfo();
        info.addStringPermissions(userModule);
        return info;
    }

    /**
     * 当用户登陆时,自动调用该方法,即为认证方法
     * 当这个方法返回Null时,就会出现异常
     * 当认证成功后,返回的对象不为null时,就会自动进入密码比较器
     * 使用密码比较器,是在配置文件中配置的
     * AuthenticationToken 封装用户输入的用户名和密码
     * */
    @Override
    protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
        UsernamePasswordToken upToken = (UsernamePasswordToken) token;
        //获取用户输入的用户名
        String userName = upToken.getUsername();
        //根据用户名查询用户是否存在
        User user = userService.findByName(userName);
        //如果用户不存在返回Null
        if(user == null){
            return null;
        }
        //如果用户存在返回AuthenticationInfo  三个 参数,第一个参数为Object principal用户,第二个参数为密码getCredentials,
        //第三个参数为当前realm域的名称

        AuthenticationInfo info  = new SimpleAuthenticationInfo(user,user.getPassword(),this.getName());
        return info;
    }

}

3.6 登陆方法

    private String username;
    private String password;

    public String login() throws Exception {
        //如果没有填写用户名,就跳转到登陆页面
        if(username ==null){
            request.put("msg", "请先登陆");
            return "login";
        }
        try {
            //shrio认证
            //1 得到Subject
            Subject subject =SecurityUtils.getSubject();
            //2 实现登陆
            //2.1将用户名和密码进行封装,交给shiro安全框架,并实现登陆过程
            UsernamePasswordToken uptoken = new UsernamePasswordToken(username, password);
            //3该方法执行后,就会进入AuthRealm的用户认证方法doGetAuthenticationInfo,该方法执行会调用密码比较器
            subject.login(uptoken);
            //4当认证成功后,将shrio中的用户对象取出来,放到session域中
            User user = (User) subject.getPrincipal();
            //SysConstant用于存储项目常量,好处时,需要修改常量时,只需要修改一处即可。
            session.put(SysConstant.CURRENT_USER_INFO, user);
            //5实现页面跳转
            return SUCCESS;

        } catch (Exception e) {
            //6 当输入的用户名和密码错误,会抛出异常
            e.printStackTrace();
            request.put("msg","用户名或密码错误");
            return "login";
        }
    }

3.7 退出方法

public String logout(){
    //移除session中存储的用户
    session.remove(SysConstant.CURRENT_USER_INFO);  

    Subject subject =SecurityUtils.getSubject();
    //调用登出方法
    subject.logout();
    return "logout";
}

3.8 页面上进行权限认证

1、导入shiro标签库
<%@ taglib uri="http://shiro.apache.org/tags" prefix="shiro" %>
2、
     
    
    系统首页
    
    
    流程管理
    

四、Shiro框架的运行流程

1、登录之后,运行loginAction 中的login()方法
2、将用户名和密码封装到UserpasswordToken 中,也即封装到shiro中
    UsernamePasswordtoken upToken = new UsernamePasswordtoken();
3、因为Shiro对外提供的接口类就是Subject,所以,调用SecurityUtis.getSubject()方法获取到Subject类
    Subject subject = SecurityUtils.getSubject();
4、调用Subkject的登陆方法subje,传入uptoken对象
    subject.login(upToken);
    4.1该方法执行后,会进入realm类中的认证方法doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token)
        4.1.1 将token强转为UsernamePasswordToken 类型
            UsernamePasswordToken upToken = (UsernamePasswordToken)token;
        4.1.2 获取用户输入的用户名
            String userName = upToken.getUsername();    
        4.1.3通过用户名查询用户
            User user = userService.findByName(userName);
        4.1.4判断用户是否存在
            不存在直接返回Null
        4.1.5如果用户存在,返回AuthenticationInfo 
            //如果用户存在返回AuthenticationInfo  三个 参数,第一个参数为Object principal用户,第二个参数为密码getCredentials,
                第三个参数为当前realm域的名称

            AuthenticationInfo info  = new SimpleAuthenticationInfo(user,user.getPassword(),this.getName());
            return info;
    4.2之后会执行密码比较器CustomCredentialsMatcher中的密码比较方法
                doCredentialsMatch(AuthenticationToken token, AuthenticationInfo info)
        4.2.1将token强转为UsernbamePasswordtoken
            UsernamePasswordToken upToken = (UsernamePasswordToken)t
        4.2.2获取到用户输入的密码,并进行加密
            //获取用户输入的密码
            String password = new String(upToken.getPassword());
            //对密码进行加密,使用Md5Hash进行加密  
            String newPassword = Encrypt.md5(password, upToken.getUsername());
        4.2.3获取原始密码
            Object oldPassword = info.getCredentials();
        4.2.4比较密码是否相等,并将boolean型结果返回
            this.equals(newPassword, oldPassword)
5、登陆成功之后,获取用户信息,并存储到session中
    5.1获取用户 
    User user = (User) subject.getPrincipal();
    5.2存储到session中
    session.put(SysConstant.CURRENT_USER_INFO, user);
    5.3返回结果视图
        reruen SUCCESS;
6、当页面有shrio标签时,会自动调用realm中的权限认证方法doGetAuthorizationInfo(PrincipalCollection principals)
    6.1 获取当前登陆的用户
        //fromRealm是获取当前域中的PrincipalCollection的集合,进行迭代,获取第一个元素,就是我们存储的用户
        User user = (User) principals.fromRealm(this.getName()).iterator().next();      
    6.2获取当前用户的权限模块名称,存到集合中
        Set userModule =  new HashSet();
        //2、1获取当前用户的角色
        for(Role role:user.getRoles()){
            for(Module module:role.getModules()){
                //2、2加载用户顶端菜单
                if(module.getCtype()==0){
                    //2、3添加模块名称
                    userModule.add(module.getName());
                }

            }
        }
    6.3 创建权限授权对象,并添加相应的权限集合
        SimpleAuthorizationInfo info = new SimpleAuthorizationInfo();
        info.addStringPermissions(userModule);
        return info
7、登出方法
    //移除session中存储的用户
    session.remove(SysConstant.CURRENT_USER_INFO);  

    Subject subject =SecurityUtils.getSubject();
    //调用登出方法
    subject.logout();
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