[权限管理系统篇] (五)-Spring security（授权过程分析）

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前言

权限管理系统的组件分析以及认证过程的往期文章：

• Spring security （一）架构框架-Component、Service、Filter分析

• Spring Security（二）--WebSecurityConfigurer配置以及filter顺序

• 【权限管理系统】Spring security（三）---认证过程（原理解析，demo）

• [权限管理系统(四)]-spring boot +spring security短信认证+redis整合

1. 权限管理相关概念

  权限管理是一个几乎所有后台系统的都会涉及的一个重要组成部分，主要目的是对整个后台管理系统进行权限的控制。常见的基于角色的访问控制，其授权模型为“用户-角色-权限”，简明的说，一个用户拥有多个角色，一个角色拥有多个权限。其中，

• 用户： 不用多讲，大家也知道了；

• 角色： 一个集合的概念，角色管理是确定角色具备哪些权限的一个过程 ；

• 权限： 1）.页面权限，控制你可以看到哪个页面，看不到哪个页面；     2）. 操作权限，控制你可以在页面上进行哪些操作（查询、删除、编辑等）；     3）.数据权限，是控制你可以看到哪些数据。

实质是：  

　　权限（Permission） = 资源（Resource） + 操作（Privilege）  

　　角色（Role） = 权限的集合（a set of low-level permissions）  

　　用户（User） = 角色的集合（high-level roles）

权限管理过程：

1. 鉴权管理，即权限判断逻辑，如菜单管理（普通业务人员登录系统后，是看不到【用户管理】菜单的）、功能权限管理（URL访问的管理）、行级权限管理等

2. 授权管理，即权限分配过程，如直接对用户授权，直接分配到用户的权限具有最优先级别、对用户所属岗位授权，用户所属岗位信息可以看作是一个分组，和角色的作用一样，但是每个用户只能关联一个岗位信息等。

  在实际项目中用户数量多，逐一的为每个系统用户授权，这是极其繁琐的事，所以可以学习linux文件管理系统一样，设置group模式，一组有多个用户，可以为用户组授权相同的权限，简便多了。这样模式下：   每个用户的所有权限=用户个人的权限+用户组所用的权限 用户组、用户、与角色三者关系如下：

再结合权限管理的页面权限、操作权限，如菜单的访问、功能模块的操作、按钮的操作等等，可把功能操作与资源统一管理，即让它们直接与权限关联起来，关系图如下：

2. 授权过程分析

2.1 授权访问权限工作流程：

  FilterSecurityInterceptor
                             doFilter()->invoke()
                               ->AbstractSecurityInterceptor
                                   beforeInvocation()
                           ->SecurityMetadataSource 获取ConfigAttribute属性信息（从数据库或者其他数据源地方）
                                       getAttributes()
                                   ->AccessDecisionManager()  基于AccessDecisionVoter实现授权访问
                                           Decide()
                                       ->AccessDecisionVoter  受AccessDecisionManager委托实现授权访问
                                               vote()

默认授权过程会使用这样的工作流程，接下来来分析各个组件的功能与源码。

2.2 AbstractSecurityInterceptor分析

  FilterSecurityInterceptor为授权拦截器， 在FilterSecurityInterceptor中有一个封装了过滤链、request以及response的FilterInvocation对象进行操作，在FilterSecurityInterceptor，主要由invoke()调用其父类AbstractSecurityInterceptor的方法。

invoke()分析：

 public void invoke(FilterInvocation fi) throws IOException, ServletException {
                 .....
                 // 获取accessDecisionManager权限决策后结果状态、以及权限属性
        InterceptorStatusToken token = super.beforeInvocation(fi);
​
        try {
            fi.getChain().doFilter(fi.getRequest(), fi.getResponse());
        }
        finally {
            super.finallyInvocation(token);
        }
​
        super.afterInvocation(token, null);
    }
}

  AbstractSecurityInterceptor 的授权过滤器主要方法beforeInvocation(),afterInvocation()以及authenticateIfRequired(),其最主要的方法beforeInvocation() 分析如下：

protected InterceptorStatusToken beforeInvocation(Object object) {
       ....
       //从SecurityMetadataSource的权限属性
    Collection<ConfigAttribute> attributes = this.obtainSecurityMetadataSource()
            .getAttributes(object);
    if (attributes == null || attributes.isEmpty()) {
             .....
        publishEvent(new PublicInvocationEvent(object));
        return null; // no further work post-invocation
    }
​
    //调用认证环节获取authenticated（包含用户的详细信息）
    Authentication authenticated = authenticateIfRequired();
​
    // Attempt authorization
    try {
        //进行关键的一步：授权的最终决策
        this.accessDecisionManager.decide(authenticated, object, attributes);
    }
    catch (AccessDeniedException accessDeniedException) {
        publishEvent(new AuthorizationFailureEvent(object, attributes, authenticated,
                accessDeniedException));
​
        throw accessDeniedException;
    }

    // Attempt to run as a different user
    Authentication runAs = this.runAsManager.buildRunAs(authenticated, object,
            attributes);
​
    if (runAs == null) {
        if (debug) {
            logger.debug("RunAsManager did not change Authentication object");
        }
​
        // no further work post-invocation
        return new InterceptorStatusToken(SecurityContextHolder.getContext(), false,
                attributes, object);
    }
    else {
        if (debug) {
            logger.debug("Switching to RunAs Authentication: " + runAs);
        }
​
        SecurityContext origCtx = SecurityContextHolder.getContext();
        SecurityContextHolder.setContext(SecurityContextHolder.createEmptyContext());
        SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(runAs);
​
        // need to revert to token.Authenticated post-invocation
        return new InterceptorStatusToken(origCtx, true, attributes, object);
    }
}

2.3 SecurityMetadataSource

  SecurityMetadataSource是从数据库或者其他数据源中加载ConfigAttribute，为了在AccessDecisionManager.decide() 最终决策中进行match。其有三个方法：

Collection<ConfigAttribute> getAttributes(Object var1) throws IllegalArgumentException;//加载权限资源
​
Collection<ConfigAttribute> getAllConfigAttributes();//加载所有权限资源
​
boolean supports(Class<?> var1);

2.4 AccessDecisionManager

  AccessDecisionManager被AbstractSecurityInterceptor 拦截器调用进行最终访问控制决策。 而且由AuthenticationManager创建的Authentication object中的GrantedAuthority，首先被授权模块中的 AccessDecisionManager读取使用，当复杂的GrantedAuthority，getAuthority（）为null，因此需要AccessDecisionManager专门支持GrantedAuthority实现以便了解其内容。

AccessDecisionManager接口方法：

 void decide(Authentication authentication, Object secureObject,    Collection<ConfigAttribute> attrs) throws AccessDeniedException;
​
   boolean supports(ConfigAttribute attribute);
​
   boolean supports(Class clazz);

2.5 AccessDecisionVoter

  AccessDecisionManager.decide()将使用AccessDecisionVoter进行投票决策。AccessDecisionVoter进行投票访问控制决策，访问不通过就抛出AccessDeniedException。

AccessDecisionVoter接口方法：

 int vote(Authentication authentication, Object object, Collection<ConfigAttribute> attrs);
​
   boolean supports(ConfigAttribute attribute);
​
   boolean supports(Class clazz);

AccessDecisionVoter的核心方法vote() 通常是获取Authentication的GrantedAuthority与已定义好的ConfigAttributes进行match，如果成功为投同意票，匹配不成功为拒绝票，当ConfigAttributes中无属性时，才投弃票。

Spring Security提供了三种投票方式去实现AccessDecisionManager接口进行投票访问控制决策：

• ConsensusBased： 大多数voter同意访问就授权访问

• AffirmativeBased： 只要一个以上voter同意访问就授权访问，全部

• UnanimousBased ： 只有全体同意了才授权访问

且AccessDecisionVoter用三个静态变量表示voter投票情况：

• ACCESS_ABSTAIN： 弃权

• ACCESS_DENIED： 拒绝访问

• ACCESS_GRANTED： 允许访问

Note： 当所有voter都弃权时使用变量allowIfEqualGrantedDeniedDecisions来判断，true为通过，false抛出AccessDeniedException。

此外可自定义AccessDecisionManager实现接口，因为可能某些AccessDecisionVoter具有权重比高投票权或者某些AccessDecisionVoter具有一票否定权。AccessDecisionVoter的Spring security实现类RoleVoter和AuthenticatedVoter。RoleVoter为最为常见的AccessDecisionVoter，其为简单的权限表示，并以前缀为ROLE_，vote匹配规则也跟上面一样。

源码分析：

Public int vote(Authentication authentication,Object object,Collection<ConfigAttribute>attributes){
    //用户传递的authentication为null，拒绝访问
   if(authentication==null){
​
       return ACCESS_DENIED;
​
   }
​
   int result=ACCESS_ABSTAIN;
​
   Collection<?extendsGrantedAuthority>authorities=extractAuthorities(authentication);

    //依次进行投票
   for(ConfigAttributeattribute:attributes){

       if(this.supports(attribute)){
​
           result=ACCESS_DENIED;
​
           //Attempt to find a matching granted authority
​
           for(GrantedAuthorityauthority:authorities){
​
           if(attribute.getAttribute().equals(authority.getAuthority())){
​
           returnACCESS_GRANTED;
           }
      }
   }
 }

3. 案例-自定义组件

自定义组件：

1. 自定义FilterSecurityInterceptor，可仿写FilterSecurityInterceptor，实现抽象类AbstractSecurityInterceptor以及Filter接口，其主要的是把自定义的SecurityMetadataSource与自定义accessDecisionManager配置到自定义FilterSecurityInterceptor的拦截器中

2. 自定义SecurityMetadataSource，实现接口FilterInvocationSecurityMetadataSource，实现从数据库或者其他数据源中加载ConfigAttribute（即是从数据库或者其他数据源中加载资源权限）

3. 自定义accessDecisionManager，可使用基于AccessDecisionVoter实现权限认证的官方UnanimousBased

4. 自定义AccessDecisionVoter

3.1 自定义MyFilterSecurityInterceptor

自定义MyFilterSecurityInterceptor主要工作为：

• 加载自定义的SecurityMetadataSource到自定义的FilterSecurityInterceptor中；

• 加载自定义的AccessDecisionManager到自定义的FilterSecurityInterceptor中；

• 重写invoke方法

  @Component
  public class MyFilterSecurityInterceptor extends AbstractSecurityInterceptor implements Filter {
      private FilterInvocationSecurityMetadataSource securityMetadataSource;
  
      @Override
      public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
  ​
      }
  ​
      @Override
      public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
          FilterInvocation fi = new FilterInvocation(request, response, chain);
          invoke(fi);
      }
  ​
      private void invoke(FilterInvocation fi) throws IOException, ServletException {
          //fi里面有一个被拦截的url
          //里面调用MyInvocationSecurityMetadataSource的getAttributes(Object object)这个方法获取fi对应的所有权限
          //再调用MyAccessDecisionManager的decide方法来校验用户的权限是否足够
          InterceptorStatusToken token = super.beforeInvocation(fi);
          try {
              //执行下一个拦截器
              fi.getChain().doFilter(fi.getRequest(), fi.getResponse());
          } finally {
              super.afterInvocation(token, null);
          }
      }
  ​
      @Override
      public void destroy() {
  ​
      }
  ​
      @Override
      public Class<?> getSecureObjectClass() {
          return null;
      }
  ​
      @Override
      public SecurityMetadataSource obtainSecurityMetadataSource() {
          return this.securityMetadataSource;
      }
  ​
      public FilterInvocationSecurityMetadataSource getSecurityMetadataSource() {
          return this.securityMetadataSource;
      }
  ​
      //设置自定义的FilterInvocationSecurityMetadataSource
      @Autowired
      public void setSecurityMetadataSource(MyFilterInvocationSecurityMetadataSource messageSource) {
          this.securityMetadataSource = messageSource;
      }
  ​
      //设置自定义的AccessDecisionManager
      @Override
      @Autowired
      public void setAccessDecisionManager(AccessDecisionManager accessDecisionManager) {
          super.setAccessDecisionManager(accessDecisionManager);
      }
   }

3.2 自定义MyFilterInvocationSecurityMetadataSource

自定义MyFilterInvocationSecurityMetadataSource主要工作为：

• 从数据源中加载ConfigAttribute到SecurityMetadataSource资源器中

• 重写getAttributes()加载ConfigAttribute为AccessDecisionManager.decide()授权决策做准备。

  @Component
  public class MyFilterInvocationSecurityMetadataSource implements FilterInvocationSecurityMetadataSource { private Map<String, Collection<ConfigAttribute>> configAttubuteMap = null;
  
     private void loadResourceDefine() {
         //todo 加载数据库的所有权限
          Collection<ConfigAttribute> attributes;
     }
  
     @Override
     public Collection<ConfigAttribute> getAttributes(Object object) throws IllegalArgumentException {
         AntPathRequestMatcher matcher;
         String resUrl;
         HttpServletRequest request = ((FilterInvocation) object).getRequest();
         //1.加载权限资源数据
         if (configAttubuteMap == null) {
             loadResourceDefine();
         }
         Iterator<String> iterator = configAttubuteMap.keySet().iterator();
         while (iterator.hasNext()) {
             resUrl = iterator.next();
             matcher = new AntPathRequestMatcher(resUrl);
             if (matcher.matches(request)) {
                 return configAttubuteMap.get(resUrl);
             }
         }
         return null;
         }
  
         @Override
         public Collection<ConfigAttribute> getAllConfigAttributes() {
             return null;
         }
  
         @Override
         public boolean supports(Class<?> clazz) {
             return FilterInvocation.class.isAssignableFrom(clazz);
         }
  }

3.3 自定义MyAccessDecisionManager

自定义MyAccessDecisionManager主要工作为：

• 重写最终授权决策decide()，自定义授权访问策略

  @Component
  public class MyAccessDecisionManager implements AccessDecisionManager {
     @Override
     public void decide(Authentication authentication, Object object, Collection<ConfigAttribute> configAttributes) throws AccessDeniedException, InsufficientAuthenticationException {
         ConfigAttribute c;
         String needRole;
         if(null== configAttributes || configAttributes.size() <=0) {
             return;
         }
         //1.获取已定义的好资源权限配置
         Iterator<ConfigAttribute> iterable=configAttributes.iterator();
         while (iterable.hasNext()){
             c=iterable.next();
             needRole=c.getAttribute();
             //2.依次比对用户角色对应的资源权限
             for (GrantedAuthority grantedAuthority:authentication.getAuthorities()){
                 if(needRole.trim().equals(grantedAuthority.getAuthority())){
                     return;
                 }
             }
         }
  
     }
  
     @Override
     public boolean supports(ConfigAttribute attribute) {
         return true;
     }
  
     @Override
     public boolean supports(Class<?> clazz) {
         return true;
     }
  }

3.4 配置SecurityConfig

配置SecurityConfig主要工作为：

• 将FilterSecurityInterceptor拦截器加载WebSecurityConfig中

  protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
     http.headers().frameOptions().disable().and()
         //表单登录
         .formLogin()
         .loginPage(SecurityConstants.APP_FORM_LOGIN_PAGE)
         .loginProcessingUrl(SecurityConstants.APP_FORM_LOGIN_URL)
         .successHandler(authenticationSuccessHandler())
         .failureHandler(authenticationFailureHandler())
         .and()
         //应用sms认证配置
         .apply(smsAuthenticationSecurityConfig)
         .and()
         //允许通过
         .authorizeRequests()
         .antMatchers(SecurityConstants.APP_MOBILE_VERIFY_CODE_URL,
                      SecurityConstants.APP_USER_REGISTER_URL,
                     SecurityConstants.APP_FORM_LOGIN_INDEX_URL)
         .permitAll()//以上的请求都不需要认证
         .and()
         //“记住我”配置
         .rememberMe()
         .tokenRepository(jdbcTokenRepository())//token入库处理类
         .tokenValiditySeconds(SecurityConstants.REMEMBER_ME_VERIFY_TIME)//remember-me有效时间设置
         .rememberMeParameter(SecurityConstants.REMEMBER_ME_PARAM_NAME)//请求参数名设置
         .and()
         .csrf().disable();
      //增加自定义权限授权拦截器
      http.addFilterBefore(myFilterSecurityInterceptor,FilterSecurityInterceptor.class);
  }

  总结

    Spring Security授权过程中，可以会涉主要涉及了上面上面所述的组件，其中主要的还是跟着源码多跑几遍，了解其中的原理，才能更加流畅的码代码。到此为止写完Spring Security的认证和授权分析流程，接下来会结合前面小节，写一个Spring security完美的权限管理系统。

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