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  • Shiro 安全框架

    1. Shiro安全框架简介

      1. Shiro概述

    Shiro是apache旗下一个开源安全框架(http://shiro.apache.org/)，它将软件系统的安全认证相关的功能抽取出来，实现用户身份认证，权限授权、加密、会话管理等功能，组成了一个通用的安全认证框架。使用shiro就可以非常快速的完成认证、授权等功能的开发，降低系统成本。

    用户在进行资源访问时，要求系统要对用户进行权限控制,其具体流程如图-1所示：

     

    1. Shiro概要架构

    在概念层面，Shiro 架构包含三个主要的理念，如图-2所示：

     

    其中：

    1. Subject :主体对象，负责提交用户认证和授权信息。

    2. SecurityManager：安全管理器，负责认证，授权等业务实现。

    3. Realm：领域对象，负责从数据层获取业务数据。

      1. Shiro详细架构

      Shiro框架进行权限管理时,要涉及到的一些核心对象,主要包括:认证管理对象,授权管理对象,会话管理对象,缓存管理对象,加密管理对象以及Realm管理对象(领域对象:负责处理认证和授权领域的数据访问题)等，其具体架构如图-3所示：

       

      其中：

      1. Subject（主体）:与软件交互的一个特定的实体（用户、第三方服务等）。

      2. SecurityManager(安全管理器) :Shiro 的核心，用来协调管理组件工作。

      3. Authenticator(认证管理器):负责执行认证操作。

      4. Authorizer(授权管理器):负责授权检测。

      5. SessionManager(会话管理):负责创建并管理用户 Session 生命周期，提供一个强有力的 Session 体验。

      6. SessionDAO:代表 SessionManager 执行 Session 持久（CRUD）动作，它允许任何存储的数据挂接到 session 管理基础上。

      7. CacheManager（缓存管理器）:提供创建缓存实例和管理缓存生命周期的功能。

      8. Cryptography(加密管理器):提供了加密方式的设计及管理。

      9. Realms(领域对象):是shiro和你的应用程序安全数据之间的桥梁。

        1. Shiro框架认证拦截实现（filter）

          1. Shiro基本环境配置

            1. 添加shiro依赖

        实用spring整合shiro时，需要在pom.xml中添加如下依赖：

        <dependency>
   <groupId>org.apache.shiro</groupId>
   <artifactId>shiro-spring</artifactId>
   <version>1.5.2</version>
</dependency>

        1. Shiro核心对象配置

        基于SpringBoot 实现的项目中，没有提供shiro的自动化配置，需要我们自己配置。

        第一步:创建SpringShiroConfig类。关键代码如下：

        package com.cy.pj.common.config;
/**@Configuration 注解描述的类为一个配置对象,
 * 此对象也会交给spring管理
 */
@Configuration
public class SpringShiroConfig {
 
}

        第二步：在Shiro配置类中添加SecurityManager配置(这里一定要使用org.apache.shiro.mgt.SecurityManager这个接口对象)，关键代码如下：

        @Bean
public SecurityManager securityManager() {
         DefaultWebSecurityManager sManager=
         new DefaultWebSecurityManager();
         return sManager;
}

        第三步: 在Shiro配置类中添加ShiroFilterFactoryBean对象的配置。通过此对象设置资源匿名访问、认证访问。关键代码如下

    @Bean
public ShiroFilterFactoryBean shiroFilterFactory (
             SecurityManager securityManager,) {
         ShiroFilterFactoryBean sfBean=
         new ShiroFilterFactoryBean();
         sfBean.setSecurityManager(securityManager);
         //定义map指定请求过滤规则(哪些资源允许匿名访问,哪些必须认证访问)
         LinkedHashMap<String,String> map= new LinkedHashMap<>();
         //静态资源允许匿名访问:"anon"
         map.put("/bower_components/**","anon");
         map.put("/build/**","anon");
         map.put("/dist/**","anon");
         map.put("/plugins/**","anon");
         //除了匿名访问的资源,其它都要认证("authc")后访问
         map.put("/**","authc");
         sfBean.setFilterChainDefinitionMap(map);
         return sfBean;
     }

    其配置过程中,对象关系如下图-4所示:

     

    1. Shiro登陆页面呈现

      1. 服务端Controller实现

    • 业务描述及设计实现

    当服务端拦截到用户请求以后,判定此请求是否已经被认证,假如没有认证应该先跳转到登录页面。

    • 关键代码分析及实现.

    第一步：在PageController中添加一个呈现登录页面的方法,关键代码如下：

    @RequestMapping("doLoginUI")
public String doLoginUI(){
        return "login";
}

    第二步：修改SpringShiroConfig类中shiroFilterFactorybean的配置，添加登陆url的设置。关键代码见sfBean.setLoginUrl("/doLoginUI")   第7行  部分。

     1 @Bean
 2 public ShiroFilterFactoryBean shiroFilterFactory (
 3              @Autowired SecurityManager securityManager) {
 4          ShiroFilterFactoryBean sfBean=
 5          new ShiroFilterFactoryBean();
 6          sfBean.setSecurityManager(securityManager);
 7  sfBean.setLoginUrl("/doLoginUI");
 8 //定义map指定请求过滤规则(哪些资源允许匿名访问,
 9 哪些必须认证访问)
10          LinkedHashMap<String,String> map=
11                  new LinkedHashMap<>();
12          //静态资源允许匿名访问:"anon"
13          map.put("/bower_components/**","anon");
14          map.put("/modules/**","anon");
15          map.put("/dist/**","anon");
16          map.put("/plugins/**","anon");
17          //除了匿名访问的资源,其它都要认证("authc")后访问
18          map.put("/**","authc");
19          sfBean.setFilterChainDefinitionMap(map);
20          return sfBean;
21 }

    1. Shiro框架认证业务实现

      1. 认证流程分析

    身份认证即判定用户是否是系统的合法用户，用户访问系统资源时的认证（对用户身份信息的认证）流程图-5所示:

     

    步骤1：应用程序代码调用该Subject.login方法，并传入AuthenticationToken表示最终用户的主体和凭据的构造实例。

    第2步：Subject实例（通常是一个DelegatingSubject（或子类））SecurityManager通过调用来委托应用程序，实例securityManager.login(token)从此处开始实际的身份验证工作。

    步骤3：SecurityManager作为基本的“伞”组件，接收令牌并Authenticator通过调用来简单地委派给其内部实例authenticator.authenticate(token)。这几乎总是一个ModularRealmAuthenticator实例，它支持Realm在身份验证期间协调一个或多个实例。在ModularRealmAuthenticator本质上提供一个PAM为Apache四郎（其中每个样式的范例Realm是在PAM术语一个“模块”）。

    步骤4：如果Realm为该应用程序配置了多个，则该ModularRealmAuthenticator实例将Realm使用其configureed 发起多身份验证尝试AuthenticationStrategy。在Realms调用进行身份验证之前，期间和之后，将调用，AuthenticationStrategy以允许它对每个Realm的结果做出反应。我们将AuthenticationStrategies尽快覆盖。

    第5步：Realm咨询每个配置，以查看是否supports已提交AuthenticationToken。如果是这样，支持的Realm getAuthenticationInfo方法将与Submitted一起调用token。该getAuthenticationInfo方法有效地表示针对该特定对象的单个身份验证尝试Realm。我们将Realm很快介绍身份验证行为。

    简单说就是

    1. 系统调用subject的login方法将用户信息提交给SecurityManager

    2. SecurityManager将认证操作委托给认证器对象Authenticator

    3. Authenticator将用户输入的身份信息传递给Realm。 

    4. Realm访问数据库获取用户信息然后对信息进行封装并返回。

    5. Authenticator 对realm返回的信息进行身份认证。


      1. 认证服务端实现

        1. 核心业务分析

      认证业务API处理流程分析，如图-6所示：

       

      • 业务描述及设计实现。

      在用户数据层对象SysUserDao中，按特定条件查询用户信息，并对其进行封装。

      • 关键代码分析及实现。

      在SysUserDao接口中，添加根据用户名获取用户对象的方法，关键代码如下：

      SysUser findUserByUserName(String username)。

      1. Mapper元素定义

      • 业务描述及设计实现。

      根据SysUserDao中定义的方法，在SysUserMapper文件中添加元素定义。

      • 关键代码分析及实现。

      基于用户名获取用户对象的方法，关键代码如下：

      <select id="findUserByUserName"
           resultType="com.cy.pj.sys.entity.SysUser">
      select *
      from sys_users  
      where username=#{username}
   </select>

      1. Service接口及实现

      • 业务描述及设计实现。

      本模块的业务在Realm类型的对象中进行实现，我们编写realm时，要继承

      AuthorizingRealm并重写相关方法，完成认证及授权业务数据的获取及封装。

      • 关键代码分析及实现。

      第一步：定义ShiroUserRealm类，关键代码如下：

      package com.cy.pj.sys.service.realm;
@Service
public class ShiroUserRealm extends AuthorizingRealm {
 
    @Autowired
    private SysUserDao sysUserDao;
        
    /**
     * 设置凭证匹配器(与用户添加操作使用相同的加密算法)
     */
    @Override
    public void setCredentialsMatcher(
          CredentialsMatcher credentialsMatcher) {
        //构建凭证匹配对象 
        HashedCredentialsMatcher cMatcher=
        new HashedCredentialsMatcher();
        //设置加密算法
        cMatcher.setHashAlgorithmName("MD5");
        //设置加密次数
        cMatcher.setHashIterations(1);
        super.setCredentialsMatcher(cMatcher);
    }
    /**
     * 通过此方法完成认证数据的获取及封装,系统
     * 底层会将认证数据传递认证管理器，由认证
     * 管理器完成认证操作。
     */
    @Override
    protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(
            AuthenticationToken token) 
            throws AuthenticationException {
        //1.获取用户名(用户页面输入)
        UsernamePasswordToken upToken=
        (UsernamePasswordToken)token;
        String username=upToken.getUsername();
        //2.基于用户名查询用户信息
        SysUser user=
        sysUserDao.findUserByUserName(username);
        //3.判定用户是否存在
        if(user==null)
        throw new UnknownAccountException();
        //4.判定用户是否已被禁用。
        if(user.getValid()==0)
        throw new LockedAccountException();
        
        //5.封装用户信息
        ByteSource credentialsSalt=
        ByteSource.Util.bytes(user.getSalt());
        //记住：构建什么对象要看方法的返回值
        SimpleAuthenticationInfo info=
        new SimpleAuthenticationInfo(
                user,//principal (身份)
                user.getPassword(),//hashedCredentials
                credentialsSalt, //credentialsSalt
                getName());//realName
        //6.返回封装结果
        return info;//返回值会传递给认证管理器(后续
        //认证管理器会通过此信息完成认证操作)
    }
    ....
}

      第二步：对此realm，需要在SpringShiroConfig配置类中，注入给SecurityManager对象,修改securityManager方法，见黄色背景部分，例如:

      1 @Bean
2 public SecurityManager securityManager(Realm realm) {
3          DefaultWebSecurityManager sManager=
4          new DefaultWebSecurityManager();
5          sManager.setRealm(realm);
6          return sManager;
7 }

      1. Controller 类实现

      • 业务描述及设计实现。

      在此对象中定义相关方法，处理客户端的登陆请求，例如获取用户名，密码等然后提交该shiro框架进行认证。

      • 关键代码分析及实现。

      第一步：在SysUserController中添加处理登陆的方法。关键代码如下：

       1    @RequestMapping("doLogin")
 2        public JsonResult doLogin(String username,String password){
 3            //1.获取Subject对象
 4            Subject subject=SecurityUtils.getSubject();
 5            //2.通过Subject提交用户信息,交给shiro框架进行认证操作
 6            //2.1对用户进行封装
 7            UsernamePasswordToken token=
 8            new UsernamePasswordToken(
 9                    username,//身份信息
10                    password);//凭证信息
11            //2.2对用户信息进行身份认证
12            subject.login(token);
13            //分析:
14            //1)token会传给shiro的SecurityManager
15            //2)SecurityManager将token传递给认证管理器
16            //3)认证管理器会将token传递给realm
17            return new JsonResult("login ok");
18        }

      第二步：修改shiroFilterFactory的配置，对/user/doLogin这个路径进行匿名访问的配置，查看如下黄色标记部分的代码:

      @Bean
public ShiroFilterFactoryBean shiroFilterFactory (
             SecurityManager securityManager) {
         ShiroFilterFactoryBean sfBean=
         new ShiroFilterFactoryBean();
         sfBean.setSecurityManager(securityManager);
         //假如没有认证请求先访问此认证的url
         sfBean.setLoginUrl("/doLoginUI");
         //定义map指定请求过滤规则(哪些资源允许匿名访问,哪些必须认证访问)
         LinkedHashMap<String,String> map=
                 new LinkedHashMap<>();
         //静态资源允许匿名访问:"anon"
         map.put("/bower_components/**","anon");
         map.put("/build/**","anon");
         map.put("/dist/**","anon");
         map.put("/plugins/**","anon");
 
  map.put("/user/doLogin","anon");                       //authc表示，除了匿名访问的资源,其它都要认证("authc")后才能访问访问
         map.put("/**","authc");
         sfBean.setFilterChainDefinitionMap(map);
         return sfBean;
     }

      第三步：当我们在执行登录操作时,为了提高用户体验,可对系统中的异常信息进行处理,例如,在统一异常处理类中添加如下方法:

      @ExceptionHandler(ShiroException.class) 
   @ResponseBody
    public JsonResult doHandleShiroException(
            ShiroException e) {
        JsonResult r=new JsonResult();
        r.setState(0);
        if(e instanceof UnknownAccountException) {
            r.setMessage("账户不存在");
        }else if(e instanceof LockedAccountException) {
            r.setMessage("账户已被禁用");
        }else if(e instanceof IncorrectCredentialsException) {
            r.setMessage("密码不正确");
        }else if(e instanceof AuthorizationException) {
            r.setMessage("没有此操作权限");
        }else {
            r.setMessage("系统维护中");
        }
        e.printStackTrace();
        return r;
    }
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