java jvm学习笔记十二（访问控制器的栈校验机制）

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                           本节源码：http://download.csdn.net/detail/yfqnihao/4863854

                           这一节，我们会简单的描述一下jvm访问控制器的栈校验机制。

                           这节课，我们还是以实践为主，什么是栈校验机制，讲一百遍不如你自己实际的代码一下然后验证一下，下面我们下把环境搭起来。

                           第一步，配置系统环境。(copy吧,少年)

 

path=%JAVA_HOME%/bin
JAVA_HOME=C:/Java/jdk1.6.0_01
CLASSPATH=.;%JAVA_HOME%/lib/dt.jar;%JAVA_HOME%/lib/tools.jar

                           第二步，配置一个策略文件的运行环境。

第一个类Doer：

package com.yfq.test;

public abstract interface Doer {
    void doYourThing();
}

第二个类Friend：

package com.yfq.test.friend;

import java.security.AccessController;
import java.security.PrivilegedAction;

import com.yfq.test.Doer;

public class Friend implements Doer{
    private Doer next;
    private boolean direct;
    
    public Friend(Doer next,boolean direct){
        this.next=next;
        this.direct=direct;
    }
    
    @Override
    public void doYourThing() {
        System.out.println("Im a Friend");

        if (direct) {
            next.doYourThing();
        } else {
            AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {

                @Override
                public Object run() {
                    next.doYourThing();
                    return null;
                }

            });

        }
    }
}

第三个类Stranger：

  

package com.yfq.test.stranger;

import java.security.AccessController;
import java.security.PrivilegedAction;

import com.yfq.test.Doer;

public class Stranger implements Doer {

    private Doer next;
    private boolean direct;

    public Stranger(Doer next, boolean direct) {
        this.next = next;
        this.direct = direct;
    }

    @Override
    public void doYourThing() {
        System.out.println("Im a Stranger");

        if (direct) {
            next.doYourThing();
        } else {
            AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {

                @Override
                public Object run() {
                    next.doYourThing();
                    return null;
                }

            });

        }
    }


}

第四个类TextFileDisplayer：

import java.io.CharArrayWriter;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

import com.yfq.test.Doer;


public class TextFileDisplayer implements Doer{
    String fileName;
    public TextFileDisplayer(String fileName){
        this.fileName=fileName;
    }
    @Override
    public void doYourThing() {
        try {
            FileReader fr = new FileReader(fileName);
            try {
            CharArrayWriter caw = new CharArrayWriter();
            int c;
                while((c=fr.read())!=-1){
                    caw.write(c);
                }
                System.out.println(caw.toString());
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }finally{
                if(fr!=null){
                    try {
                        fr.close();
                        fr=null;
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    
                }
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }

}

                                第三步，参考笔记http://blog.csdn.net/yfqnihao/article/details/8267669，把Friend和Stranger打包并签名,并放到ecplise编译目录bin/jars下，把生成的密钥存储文件放在与bin同级的目录下。(你也可以先用我上传的源码里的jar包，不过还是建议你动手练一练)

                                 第四步，配置策略文件

keystore "ijvmkeys.keystore";

grant signedby "friend.keystore" {   
    permission java.io.FilePermission "d:/answer.txt", "read"; 
    permission java.io.FilePermission "d:/question.txt", "read";  
}; 

grant signedby "stranger.keystore" {   
       permission java.io.FilePermission "d:/question.txt", "read"; 
}; 
 

grant codeBase "file:D:/workspace/MyAccessControlerStack/bin/*" {   
    permission java.io.FilePermission "d:/answer.txt", "read"; 
    permission java.io.FilePermission "d:/question.txt", "read"; 
}; 

                                    第五步，新建一个类，这个类里有个主函数，用于校验类Friend，Stranger，TextFileDisplayer对于question.txt的读取权限

import com.yfq.test.friend.Friend;
import com.yfq.test.stranger.Stranger;


public class Example2 {
    public static void main(String[] args) {
        TextFileDisplayer tfd=new TextFileDisplayer("d:/question.txt");
        Friend friend = new Friend(tfd,true);
        Stranger stranger = new Stranger(tfd,true);
        stranger.doYourThing();
    }
}

                                 第六步运行，cmd窗口输入：
java -classpath .;jars/friend.jar;jars/stranger.jar -Djava.security.manager -Djava.security.policy=D:/workspace/MyAccessControlerStack/src/myPolicy.txt Example2

   

说明:

从这里，我们并不能很直观的发现访问控制器的栈校验机制，看Example2的main函数，我们知道当stranger执行doYourThing的时候，会经过这么一个过程，

Example2--------->被ApplClassLoader装入到ProtectionDomian_Example2中---------------->执行main函数

TextFilDisplayer------->ApplClassLoader判断当前的线程有没有装载类TextFilDisplayer的权限---------->装载到ProtectionDomian_TextFileDisplayer中

Friend------->ApplClassLoader判断当前的线程有没有装载类TextFilDisplayer的权限-------->装载到ProtectionDomian_Friendr中()

Stranger------->ApplClassLoader判断当前的线程有没有装载类TextFilDisplayer的权限----------->装载到ProtectionDomian_Stranger中

Stranger的实例对象stranger执行doYourThing方法---->直接调用Friend的实力引用执行doYourThing方法----->Friend的实例引用直接调用TextFileDisplayer的doYourThing方法

输出question.txt的文本内容。

这个过程中，AccessControler到底是在什么时候执行的，怎么执行的呢，来看下面这个图

 

上面的这个图是一个AccessControlerContext，也就是访问控制器上下文，它大概了描述了，各个函数被调用的时候的保护域的压栈过程，直到栈顶结束压栈之后，它会按照先进后出的规则，AccessControler调用自己的checkPermission方法，检验每一层的权限(上面的保护域数组中，名为BOOTSTRAP保护域是系统保护域，它的权限是SecurityConstants.ALL_PERMISSION，这就意味着他什么都能够做)。AccessControler的保护域数组成员则会调用自己的implies方法，ProtectionDomain的implies方法会先查看是否有配置了策略文件，如果有的话就将当前保护域传递给Policy这个单例，由他从配置文件中取出PermissionCollection然后再调用每个Permission检验它的implies方法，如果没有设定特定的配置文件，则直接调用当前保护域中的PermissionCollecion成员的implies，再由它调用Permission的implies方法。

由于Examples2所读取的是question.txt文本，又由于我们的策略文件中，让Friend，Stranger，TextFileDisplayer都拥有它的读取权限，所以顺利的执行了。

                                      第七步：为了验证我们的猜想是正确的，我们现在修改Example2如下

                                      

import com.yfq.test.friend.Friend;
import com.yfq.test.stranger.Stranger;


public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        TextFileDisplayer tfd=new TextFileDisplayer("d:/answer.txt");
        Friend friend = new Friend(tfd,true);
        Stranger stranger = new Stranger(tfd,true);
        stranger.doYourThing();
    }
}

这里我们仅仅是将question.txt换成了answer.txt，而关于这个文件我们知道Stranger是没有读取的权限的，下面我们来运行它看看

                                        第八步，cmd窗口输入java -classpath .;jars/friend.jar;jars/stranger.jar -Djava.security.manager -Djava.security.policy=D:/workspace/MyAccessControlerStack/src/myPolicy.txt Example
     

我们再来看AccessControlerContext的图

前面的安全检查都通过了，但是到了STRANGER保护域的时候，由于Stranger'没有读取answer.txt的权限，所以implies方法抛出了一个AccessControlException。

那么AccessControler的栈校验机制能够带来什么好处呢？？

答案很显然，就好像我们第七步一样，我们试图让一个没有权限的类来调用一个具有高级权限的类别，以达到“破坏”的目的，由于栈校验机制的存在，让我们的这种幻想变得不容易实现，但是不容易实现并不代表不能够实现，下面我们将来学习一个方法，这个方法叫doPrivileged(),这个方法可以帮助我们达到第七步的目的。

                                   第九步，修改我们上面的Example类如下

import com.yfq.test.friend.Friend;
import com.yfq.test.stranger.Stranger;


public class Example3 {
    public static void main(String[] args) {
        TextFileDisplayer tfd=new TextFileDisplayer("d:/answer.txt");
        Friend friend = new Friend(tfd,false);
        Stranger stranger = new Stranger(friend,true);
        stranger.doYourThing();
    }
}

我们只是将friend的初始化参数做了稍微的调整，new Friend(tfd,true)改为了new Friend(tfd,false);这个调整使得friend的doYourThing方法不是直接的执行next.doYourThing()而是通过给AccessController.doPrivileged()方法传入一个匿名内部类并重写它的run方法，在run方法里调用了next.doYourThing()。

                                      第十步，然后我们在cmd窗口输入：java -classpath .;jars/friend.jar;jars/stranger.jar -Djava.security.manager -Djava.security.policy=D:/workspace/MyAccessControlerStack/src/myPolicy.txt Example3

查看输出：既然成功由没有权限查看answer.txt的Strange完成了查看answer.txt的操作。这是怎么回事？？我们再来看刚才表示AccessControlContext的图

由于我们在Friend中安装了doPrivileged(),所以doPrivileged()这个方法被压入栈而且是在Stranger的前面，doPrivileged()执行的时候会调用我的匿名内部类Friend$1并执行它的run方法，而run方法里执行完next.doYourThing之后，AccessControlContext将继续执行判断到doPrivileged(),它发现这是一个BootStrap的调用，那么AccessControlContext会继续执行另外一个判断，判断是谁安装了这个doPrivileged()方法,所以执行到了Freind的doYourThing(),判定它有打开answer.txt的权限，那么最后才直接把run方法的return返回出去。

就是通过这样的方式，使得我们没有权限的Stranger能够“越权"操作。

但是越权还是有条件的，如第九步，我们执行”越权“方法run的方法栈帧是嵌套在Friend的doYourThing的线程栈帧中的，由于Friend有读取answer.txt的权限，这才使得run方法有了”越狱“的机会。

                                   第十一步，我们修改一下Example3来验证一下自己的观点

import com.yfq.test.friend.Friend;
import com.yfq.test.stranger.Stranger;


public class Example4 {
    public static void main(String[] args) {
        TextFileDisplayer tfd=new TextFileDisplayer("d:/answer.txt");
        Stranger stranger = new Stranger(tfd,false);
        Friend friend = new Friend(stranger,true);
        stranger.doYourThing();
    }
}

                                      第十二步，cmd窗口输入java -classpath .;jars/friend.jar;jars/stranger.jar -Djava.security.manager -Djava.security.policy=D:/workspace/MyAccessControlerStack/src/myPolicy.txt Example4

报出异常了，这个异常就是由于stranger$1这个内部类的方法栈帧是嵌套在stranger的doYourThing的方法栈帧中，而stranger的保护域规定了stranger这个类的对象是没有权限读取answer.txt这个文件，所以run这个方法也就没办法”越狱“。

总结：

            这一节，我们学习了访问控制器校验保护域权限的过程，它采取的是栈的校验机制(先进后出)，而它的每个方法调用总是线程栈帧相关的，如果我们必须要”越狱“，那预约的条件要求调用doPrivileged()方法的栈帧的至少要有执行越狱操作的权限。