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Spring Security优劣之我见

 

拜读了Spring Security相关帖子和Spring Security参考文档。现将我理解的Spring Security写下来和大家共享。

 

本文目的是从Spring Security能够提供的功能、以及基本原理角度分析，并不深入到如何编码。然后反过来，审查我们的软件系统需要哪些权限控制。进而评审Spring Security的适用性。

 

本文力求文字简单，概念也简单。

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文章大纲：

Spring Security 如何控制权限

    概要

    与WEB系统的集成
    控制内容
    细粒度权限控制
我们理想中的权限管理
    客户对权限管理的需求
    开发中遇到的难点
    我们理想的权限管理
Spring Security的评价
    优点
    缺点

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Spring Security如何控制权限

概要

Spring使用由Filter组成的Chain，来判断权限。如下图所示：

<!--[if gte vml 1]><v:shapetype id="_x0000_t75" coordsize="21600,21600" o:spt="75" o:preferrelative="t" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" filled="f" stroked="f"> <v:stroke joinstyle="miter" /> <v:formulas> <v:f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0" /> <v:f eqn="sum @0 1 0" /> <v:f eqn="sum 0 0 @1" /> <v:f eqn="prod @2 1 2" /> <v:f eqn="prod @3 21600 pixelWidth" /> <v:f eqn="prod @3 21600 pixelHeight" /> <v:f eqn="sum @0 0 1" /> <v:f eqn="prod @6 1 2" /> <v:f eqn="prod @7 21600 pixelWidth" /> <v:f eqn="sum @8 21600 0" /> <v:f eqn="prod @7 21600 pixelHeight" /> <v:f eqn="sum @10 21600 0" /> </v:formulas> <v:path o:extrusionok="f" gradientshapeok="t" o:connecttype="rect" /> <o:lock v:ext="edit" aspectratio="t" /> </v:shapetype><v:shape id="_x0000_i1025" type="#_x0000_t75" style="width:414.75pt; height:174pt" mce_style="width:414.75pt; height:174pt"> <v:imagedata src="file:///C:\DOCUME~1\back\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image001.png" mce_src="file:///C:\DOCUME~1\back\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image001.png" o:title=""Ĥ" /> </v:shape><![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]-->

Spring预定义了很多out-of-boxed filter供开发者直接使用。

每个Filter一般情况下（有些Filter是abstract的），都和配置文件的一个元素（有的情况下可能是属性）对应。

比如：AUTHENTICATION_PROCESSING_FILTER，对应配置文件里面的：http/form-login元素。

 

如果Spring提供的Filter不能满足系统的权限功能，开发者可以自定义Filter，然后把Filter放在某个Filter Chain的某个位置。可以替换掉原有Filter Chain的某个Filter，也可以放在某个Filter之前或者之后。

 

总之，Spring Security采用Filter Chain模式判断权限，Spring提供了一些Filter，也支持开发者自定义Filter。

与WEB系统的集成

使用Java EE的Filter（非Spring的Filter）机制，将需要权限判断的url，“牵引”给Spring的Filter Chain即可。

 

一般情况下，将所有的url都引入Filter Chain。当然也可以在web.xml配置需要权限判断的url（配置filter-mapping/url-pattern）。Spring的配置文件也支持过滤掉不需要权限判断的url（配置http/intercept-url元素）。

控制内容

Spring Security提供了如下内容的控制：

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->url；

<!--[if !supportLists]-->2.       <!--[endif]-->bean method；

<!--[if !supportLists]-->3.       <!--[endif]-->http session。

 

url：可以分为需要权限判断的url，不需要权限判断的url，登录表单url。通过我对spring相关帖子和参考文档的阅读，需要权限判断的url。仅限于做角色判断，就是说判断当前用户是否具有指定的角色。

 

bean method：Spring支持对Service layer method做权限判断。通过我对spring相关帖子和参考文档的阅读，也仅限于做角色判断。配置方式有2种：

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->写在Java源代码里面，如：@Secured("ROLE_TELLER")（该方法只有具有TELLER角色的用户能够访问，否则抛出异常）；

<!--[if !supportLists]-->2.       <!--[endif]-->写在配置文件里面，如：<protect method="set*" access="ROLE_ADMIN" />（该bean的所有set方法，只有具有ADMIN角色的用户能够访问，否则抛出异常）。

 

http session：控制一个用户名是否能重复登录，以及重复登录次数，并非重试密码次数。

 

另外，Spring Security还提供了如下一些功能：

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->remember me，记住我；

<!--[if !supportLists]-->2.       <!--[endif]-->form-login登录控制；

<!--[if !supportLists]-->3.       <!--[endif]-->多种身份认证功能；

<!--[if !supportLists]-->4.       <!--[endif]-->用户密码加密和“salt”功能；

<!--[if !supportLists]-->5.       <!--[endif]-->http协议控制；

<!--[if !supportLists]-->6.       <!--[endif]-->访问端口控制；

<!--[if !supportLists]-->7.       <!--[endif]-->Pre-Invocation & After-Invocation。

 

remember me，记住我：还记得浏览器采用cookie记住用户名和密码自动登录吗？好像就是这个（不知道我理解错了没有，应该没有。只是我不大敢相信）。使用这个功能，开发者在登录页面，使用spring自定义的标签。

 

form-login登录控制：有些页面不允许匿名访问，那么当匿名访问这些页面的时候，将弹出（或者转到）form-login窗口（或者页面）。这里又牵引出2个问题：1，输入用户名和密码后怎样验证；2，密码是否需要加密，怎么加密。

 

多种身份认证功能：Spring提供了丰富的用户身份认证功能。身份认证是什么意思？比如您告诉我“我是神仙”。那么我会问您“凭什么证明您是神仙”。这就是身份认证。认证手段一般是保存到数据库表的用户名/密码，usb key，ldap等。一般情况下，我们都使用用户名/密码的。

 

用户密码加密和“salt”功能：密码采用md5，还是sha加密算法。如果我们对密码加密的时候，不想仅仅对密码加密，还想把用户名和密码放在一起加密做为加密后的密码。那么使用salt吧。salt支持也读取用户的其他属性，不仅是用户名。

 

http协议控制：哪些url，必须采用https访问呢？哪些url必须采用http访问呢？哪些又两者都可以呢？通过这个配置。

 

访问端口控制：类似http协议控制，控制url和访问端口之间的关系。

 

Pre-Invocation & After-Invocation：在方法调用之前做权限判断，还是方法调用之后做权限判断呢？一般情况下是之前调用。也有情况下是之后调用。具体例子可以看官方文档（22.3小节）。

细粒度权限控制

由上面分析，我们看到url、method的权限判断，都仅限于用户角色权限判断。事实上Spring使用投票（Voter）机制，来做权限判断。用户角色权限也是一种投票。

投票这个词，听起来不容易懂。举例：董事会开会，各个股东投票以表决决议是否通过。Spring的角色投票器，只会投出一票。我们平时所说的投票至少要2张票吧，一张还叫什么投票。Spring的投票有3种结果：允许、拒绝和弃权。弃权？真的有点晕。呵呵，这种情况下还弃权。

 

那么投票器，如何集成到Spring的Filter里面呢？

Spring的Filter一般都由一个Manager支撑着。比如accessDecisionManager，可以由RoleVoter和BasicAclEntryVoter提供投票。accessDecisionManager根据RoleVoter，BasicAclEntryVoter投票结果，做出决策判断。

 

细粒度（数据级）的权限控制，Spring Security提供了一种模型以及相关实现。下面我简要说说这个模型。

举例：张三授权查询华北区域客户资料，李四授权查询华南区域客户资料。那么，首先会对所有客户记录做个标示（相当于取个id），然后在acl-entry表给张三授权华北所有客户访问权限；给李四华南区域所有客户权限。表记录大致是这样的：

访问用户	被访问数据	授权操作
张三	华北电力客户1	读取
张三	华北电力客户2	读取
李四	华南电力客户1	读取
…	…	…

这个模型的缺点是非常明显的：

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->和业务数据绑定死了，业务数据的增/删，需要维护该权限表；

<!--[if !supportLists]-->2.       <!--[endif]-->在大数据量的情况下，系统效率低下。

 

因此，开发者需要自己书写投票器了。

我们理想中的权限管理

客户对权限管理的需求

这里是指我们服务的最终用户，而不是软件开发者。客户对权限管理的需求，大体可以概括如下：

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->自主灵活地管理角色、角色权限，并将角色赋予系统相关用户；

<!--[if !supportLists]-->2.       <!--[endif]-->数据安全。系统展现数据是满足权限的，在系统内部搜索数据也必须在相应权限访问内，对系统数据进行增加、修改、删除必须是满足权限的；

<!--[if !supportLists]-->3.       <!--[endif]-->没有功能的按钮、菜单、数据等等，就不要在界面上出现了。

开发中遇到的难点

管理用户、角色、权限，以及三者之间的关系，这种典型的RBAC模型，非常容易，没有任何困难。

 

困难的是，数据级权限控制。这是和业务直接挂钩的，最复杂，而且会经常因为客户需求表达不到位、开发人员需求理解不到位、系统框架库表结构发生变化，而不断变化的。

这种变化，不仅需要编码，而且还需要重新测试。甚至这种变化会波及到其他模块，甚至整个系统。

系统开发经历几次变化下来，代码里面散布着if/else，散布着sql语句。导致bad smell。

我们理想的权限管理

我们期望的权限管理，应该具有这么几个特性：

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->能实现角色级权限；能实现数据级权限；

<!--[if !supportLists]-->2.       <!--[endif]-->简单、易操作，能够应对各种需求；

<!--[if !supportLists]-->3.       <!--[endif]-->应对需求变更能力强；

<!--[if !supportLists]-->4.       <!--[endif]-->最好有相关界面，比如权限管理界面、角色管理界面，角色和权限关系维护界面，用户和角色关系维护界面。如果没有界面，也是可以接受的。毕竟这些页面需要最终用户来使用，不同用户对系统的界面要求不同。因此我们并不期望统一的管理界面。

 

Spring Security的评价

在Spring Security世界里，可以区分出哪些资源可以匿名访问，哪些需要角色权限，又是哪个页面提供登录功能；怎样进行用户身份认证，用户的密码如何加密。哪些资源必须使用https协议，资源和访问端口有怎样的对应关系。

 

下面就优点和缺点对Spring Security进行点评。

优点

总体说来Spring Security具有以下几个优点：

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->提供了一套权限框架，这套框架是可行的；

<!--[if !supportLists]-->2.       <!--[endif]-->提供了很多用户身份认证功能，可以节约大量开发工作；

<!--[if !supportLists]-->3.       <!--[endif]-->提供了角色判断功能，这点既是优点又是缺点；

<!--[if !supportLists]-->4.       <!--[endif]-->提供了form-login、remember me等控制。

 

其中2、4两点，对于我们中国开发者（我对国外系统不大了解），可用性并不大。我们的系统大多采用用户名/密码身份认证模式，大多公司都有可复用代码。form-login、remember me等这些功能，并不是难以开发，而且可用之处也并不多。

缺点

我个人认为Spring Security存在以下几个硬伤：

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->角色被“编码”到配置文件和源文件，这样最终用户就不能创建角色了。但最终用户期望自己来控制角色。因为在项目实施过程中，客户可能并不能确定有哪些角色，以及角色怎么分配给系统用户。角色大多需要等到系统上线后，才能确定。这些编码有：

<!--[if !supportLists]-->a)      <!--[endif]-->url的权限控制，<intercept-url pattern="/**" access="ROLE_USER" />；

<!--[if !supportLists]-->b)      <!--[endif]-->java方法的权限控制，@Secured("IS_AUTHENTICATED_ANONYMOUSLY")；

<!--[if !supportLists]-->c)       <!--[endif]-->java方法的权限控制，<protect method="set*" access="ROLE_ADMIN" />；

<!--[if !supportLists]-->2.       <!--[endif]-->RBCA这种被广泛运用的模型，没有在Spring Security体现出来；

<!--[if !supportLists]-->3.       <!--[endif]-->Spring Security没有提供好的细粒度（数据级）权限方案，提供的缺省实现维护工作量大，在大数据量情况下，几乎不可用；

<!--[if !supportLists]-->4.       <!--[endif]-->Spring Security对于用户、角色、权限之间的关系，没有提供任何一种维护界面。不过从Spring Security角度看，确实没有必要有界面。角色创建、角色和权限直接的关系，都被“编码”到配置文件和源文件了；

<!--[if !supportLists]-->5.       <!--[endif]-->Spring Security学习难度大，配置文件还是很多。我承认有很多高手，但我们也看到有很多新人加入软件开发领域。付出如此大的学习代价，获得这么一点点好处，个人觉得并不值得。

 

附言：

本人在JavaEye创建“权限管理”圈子快2周了，吸引不少网友进来。我感到很高兴，也很荣幸。由于Spring Security运用范围还是比较广的，所以我打算好好学习一下，把学习经验和大家分享一下。

 

欢迎大家加入“权限管理”圈子讨论，探讨对权限管理的认识、看法、建议等等。

http://accessmanager.group.iteye.com/

 

to：开发中遇到的难点中

确实存在这样的问题，不过对于数据级别的权限控制，可以通过对Spring Security进行封装，提供给用户一个灵活的，可配置的数据权限管理功能。

在 RBAC（用户-角色-权限）中，“角色”在中间层次，用于组织“权限”，可以把同一个“权限”分配给不同的“角色”。

所以各个功能模块中真正判断的是用户是否拥有某个“权限”，而不是“角色”。

如果Spring Security仅限于做角色判断，那就很有问题啊。这个跟广泛使用的RBAC是矛盾的啊。

 

Spring Security这套框架是可行的。数据级别的权限控制，力度很弱，需要开发者自己写VOTER。

您说的“封装”是指Voter呢？还是什么呢？望赐教。

当时看到spring security文档，这么写，简直不敢相信。

学习学习，Acegi的配置文件真是吓人啊。


能说的详细一点吗？？？

实际上Spring Security是可以对角色进行定义的，最终用户也可以自由创建并控制角色。所以这并不是Spring Security的问题。

目前Spring Security提供了比较简化的配置方式，但是我用下来，由于许多内容都需要覆盖默认的实现方式来配合项目，所以使用起来还是会碰到不少困难的。对初学者来说，的确有些学习的坡度。

另外就是Spring Security对于数据访问权限的控制，的确没有提供一个很完善的解决方案，ACL的实现方式我个人不是很赞同其中的理念。不过我认为这不能作为Spring Security的错，因为本身它的模型基础就比较简单，对于数据访问层面的权限解决，往往要深入到具体的SQL层面，这样就需要一个自上而下的一个完整的方案，这样的方案，在我看来是无法通用的。

正如downpour所说， Spring Security2.x 比Acegi 1.x在配置上，简化了很多。可以说是大量的。尤其是那个auto-config属性。这点非常好，毕竟能提供缺省值，就使用缺省值嘛。


请教一下downpour，您说的Spring Security也可以让最终用户控制角色，您采取什么好的方法呢？
我想到的方法是：将官方文档的role理解成权限，然后想rbac模型那样维护角色、权限和用户之间关系。
Spring Security层次，覆盖UserDetails.getAuthorities() 的SQL语句。不值得是否可行，我没有实验过。


Spring Security对数据级的权限控制模型，不好。我也不会说是Spring Security的错，只会说这是缺点。


这种数据级权限控制，是否能够通用。这个主题，我研究了4年多了。目前，我们实现到可以不用编码就能把权限给配出来。

请采用spring security试试，配置文件简化了非常多。

那个role就是角色了。
实现的方法：
1、实现UserDetailsService的public UserDetails loadUserByUsername(String username)
从数据库取用户资料，返回的这个UserDetails 包括用户名、密码、状态还有该用户关联的角色。
2、实现FilterInvocationDefinitionSource的public ConfigAttributeDefinition getAttributes(Object obj)，此方法根据请求的URL从数据库找到对应的资源及该资源关联的角色。
3、当然，前提是你的数据库里有这些表：user、role、resource、user_role、role_resource
剩下的事情就由SpringSecurity来计算了，比如投票决定某人是否可以访问某url、调用某方法