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Java Web系列：JAAS认证和授权基础
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1.认证和授权概述
（1）认证：对用户的身份进行验证。
.NET基于的RBS（参考1）的认证和授权相关的核心是2个接口System.Security.Principal.IPrincipal和System.Security.Principal.IIdentity。我们自己实现认证过程，通过Thread.CurrentPrincipal来设置和读取认证结果。认证成功后设置认证状态和标识。
Java内置了的JAAS（参考2），核心是javax.security.auth.Subject类和javax.security.Principal接口。java对认证过程也提供了2个类型，javax.security.auth.login.LoginContext类和javax.security.auth.spi.LoginModule接口。我们自己实现认证过程，但只要实现了LoginModule就可以通过LoginContext使用一致的语法。
（2）授权：对用户的权限进行验证，通常使用Role(角色)管理权限。
.NET的支持基于角色的授权。.NET的IPrincipal接口的IsInRole方法是授权的核心。有两种方式使用：1.使用内置的IPrincipal对象（如GenericIdentity），在认证的同时加载用户的角色roles。2.自定义IPrincipal实现，实现自己的IsInRole逻辑。ASP.NET中实现的的RolePrincipal就通过将逻辑转发给System.Web.Security.Roles静态类。Roles依赖System.Web.Security.RoleProvider接口实现角色的查询，我们可以通过web.config的相关节点来配置自定义的RoleProvider。
JAAS的IPrincipal接口没有提供IsInRole方法，我们有2个选择，要么通过多个IPrincipal表示角色，要么自定义实现IPrincipal添加角色支持。Tomcat容器实现的org.apache.catalina.realm.GenericPrincipal就和.NET中的System.Security.Principal.GenericIdentity十分类似的角色实现。
Java的Subject类和IPrincipal接口与.NET的IPrincipal接口和IIdentity的接口不容易对应。为了便于统一理解.NET和Java的核心类型，我们可以从成员的理解，可以认为Java的Principal类型相当于.NET中的IPrincipa和IIdentity两个类型的作用。Subject只是作为Principal的聚合根。之前提到的Tomcat容器中的GenericPrincipal就即提供了hasRole和getName成员。Tomcat实现的HttpServletRequest对应的成员就是通过GenericPrincipal实现的。
| # | 成员 | .NET | Java |
| 认证类型 | AuthenticationType | System.Security.Principal.IIdentity.AuthenticationType | javax.servlet.http.HttpServletRequest.getAuthType() |
| 标识名称 | Name | System.Security.Principal.IIdentity.Name | java.security.Principal.getName() |
| 角色验证 | IsInRole | System.Security.Principal.IPrincipal.IsInRole | javax.servlet.http.HttpServletRequest.isUserInRole() |
2..NET Web认证和授权
ASP.NET Forms认证主采用RolePrincipal主体，未认证用户设置为GenericIdentity标识，已认证用户设置为FormsIdentity。RolePrincipal在验证角色时将使用Roles静态类通过RoleProvider进行角色验证。通过HttpContext.User可以直接调用主体。
实现一个最简单的自定义RoleProvider只需要继承并实现GetRolesForUser和IsUserInRole两个方法，通常可以使用委托在Application_Start中注入的方式实现通用的RoleProvider。
ASP.NET的forms验证通过FormsAuthentication发送和注销用于认证的token，通过配置web.config可以让不同的Web服务器以相同的方式对token加密和解密以适应Web服务器负载均衡。不适用cookie承载token时，可以自定义认证逻辑，比如通过url参数方式承载token配合ssl用于app客户端验证等。
.NET的认证和授权示意图：
自定义RoleProvider的示例，省略了不需要实现的部分代码，GetRolesForUserDelegate和IsUserInRoleDelegate在Application_Start中注入即可彻底实现RoleProvider和应用服务代码的解耦：
public class SimpleRoleProvider : RoleProvider
{
public static Func<string, string[]> GetRolesForUserDelegate; public static Func<string, string, bool> IsUserInRoleDelegate; public override string[] GetRolesForUser(string username)
{
return GetRolesForUserDelegate(username);
} public override bool IsUserInRole(string username, string roleName)
{
return IsUserInRoleDelegate(username, roleName);
}
}
Forms身份验证和RoleProvider的分别定义在web.config配置文件中。ASP.NET的配置文件示例（省略了其他配置）：
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<configuration>
<system.web>
<authentication mode="Forms">
<forms loginUrl="~/Home/Login" cookieless="UseCookies" slidingExpiration="true" />
</authentication>
<roleManager defaultProvider="SimpleRoleProvider" enabled="true">
<providers>
<clear />
<add name="SimpleRoleProvider" type="Onion.Web.SimpleRoleProvider" />
</providers>
</roleManager>
</system.web>
</configuration>
.NET中还有用于配置Pricipal的两个方法System.AppDomain.SetThreadPrincipal和System.AppDomain.SetPrincipalPolicy以及控制访问的两个类型System.Security.Permissions.PrincipalPermission和System.Security.Permissions.PrincipalPermissionAttribute。
3.JAAS
HttpServletRequest接口定义了6个验证和授权相关的方法getAuthType()、login()、logout()、getRemoteUser()、isUserInRole()、getUserPrincipal()。类似ASP.NET，Forms身份验证也在配置文件中进行配置。但由于Java热衷于定义一堆接口将实现推迟到容器级别，LoginContext依赖的具体的LoginModule的配置也必须在容器中进行配置。因此除了web.xml，还需要配置在容器中配置JAAS的配置文件。JAAS的示意图：
（1）JAAS 内置的登录模块使用：NTLoginModule：
配置：
first{
com.sun.security.auth.module.NTLoginModule Required debug=true;
};
代码
package com.test.jaas1;import java.security.Principal;
import javax.security.auth.login.LoginContext;
import javax.security.auth.login.LoginException;public class App {
public static void main(String[] args) {
System.setProperty("java.security.auth.login.config",
Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResource("jaas.config").getPath());
try {
LoginContext lc = new LoginContext("first");
lc.login();
System.out.println(lc.getSubject().getPrincipals().size());
for (Principal item : lc.getSubject().getPrincipals()) {
System.out.println(String.format("%s principal:%s", item.getClass().getTypeName(), item.getName()));
}
lc.logout();
System.out.println(lc.getSubject().getPrincipals().size());
} catch (LoginException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
（2）JAAS Tomcat容器下的登录模块使用（参考3）：
用于配置Forms认证：web.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app xmlns="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee/web-app_3_1.xsd"
version="3.1">
<display-name>Archetype Created Web Application</display-name>
<security-constraint>
<web-resource-collection>
<web-resource-name>Admin</web-resource-name>
<url-pattern>/admin/*</url-pattern>
</web-resource-collection>
<auth-constraint>
<role-name>admin</role-name>
</auth-constraint>
</security-constraint> <security-role>
<role-name>admin</role-name>
</security-role>
<login-config>
<auth-method>FORM</auth-method>
<form-login-config>
<form-login-page>/login.html</form-login-page>
<form-error-page>/error.html</form-error-page>
</form-login-config>
</login-config>
</web-app>
用于JAAS的LoginModule的配置：/main/java/resources/jaas.config
MyLogin{
MyLoginModule Required debug=true;
};
用于Tomcat的配置：/main/webapp/META-INF/context.xml配置（这个依赖至少还在项目内，不需要修改tomcat）：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Context>
<Realm className="org.apache.catalina.realm.JAASRealm"
appName="MyLogin"
userClassNames="UserPrincipal"
roleClassNames="RolePrincipal" />
</Context>
用于Tomcat的UserClass和RoleClass代码：
import java.security.Principal;public class UserPrincipal implements Principal { private String _name; public UserPrincipal(String name) {
this._name = name;
} @Override
public String getName() { return this._name;
}}
RoleClass：
import java.security.Principal;public class RolePrincipal implements Principal { private String _name; public RolePrincipal(String name) {
this._name = name;
} @Override
public String getName() { return this._name;
}}
用于JAAS配置文件初始化的代码（为了依赖tomcat的配置，在Filter中设置配置文件）：
import java.io.IOException;import javax.servlet.Filter;
import javax.servlet.FilterChain;
import javax.servlet.FilterConfig;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.ServletRequest;
import javax.servlet.ServletResponse;
import javax.servlet.annotation.WebFilter;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;@WebFilter("/*")
public class MyFilter implements Filter { @Override
public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
// TODO 自动生成的方法存根
System.setProperty("java.security.auth.login.config",
Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResource("jaas.config").getPath());
} @Override
public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain)
throws IOException, ServletException {
chain.doFilter(new MyRequest((HttpServletRequest) request), response); } @Override
public void destroy() {
// TODO 自动生成的方法存根 }}
用于登录的login.html：
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>Insert title here</title>
</head>
<body>
<form method="post" action="j_security_check">
<table>
<tr><td><label>UserName</label></td><td><input type="text" name="j_username"></td></tr>
<tr><td><label>Password</label></td><td><input type="password" name="j_password"></td></tr>
<tr><td></td><td><input type="submit" value="Login"></td></tr>
</table>
</form>
</body>
</html>
MyLoginModule实现：其中的三个name属性必须是固定值：j_security_check、j_username和j_password。
import java.io.IOException;
import java.util.Map;import javax.security.auth.Subject;
import javax.security.auth.callback.Callback;
import javax.security.auth.callback.CallbackHandler;
import javax.security.auth.callback.NameCallback;
import javax.security.auth.callback.PasswordCallback;
import javax.security.auth.callback.UnsupportedCallbackException;
import javax.security.auth.login.LoginException;
import javax.security.auth.spi.LoginModule;public class MyLoginModule implements LoginModule { private CallbackHandler handler;
private Subject subject; @Override
public void initialize(Subject subject, CallbackHandler callbackHandler, Map<String, ?> sharedState,
Map<String, ?> options) {
handler = callbackHandler;
this.subject = subject;
} @Override
public boolean login() throws LoginException { Callback[] callbacks = new Callback[2];
callbacks[0] = new NameCallback("login");
callbacks[1] = new PasswordCallback("password", true); try {
handler.handle(callbacks);
String name = ((NameCallback) callbacks[0]).getName();
String password = String.valueOf(((PasswordCallback) callbacks[1]).getPassword()); if (name != null && name.equals("user123") && password != null && password.equals("pass123")) {
return true;
} // If credentials are NOT OK we throw a LoginException
throw new LoginException("Authentication failed"); } catch (IOException e) {
throw new LoginException(e.getMessage());
} catch (UnsupportedCallbackException e) {
throw new LoginException(e.getMessage());
}
} @Override
public boolean commit() throws LoginException {
subject.getPrincipals().add(new UserPrincipal("user123"));
subject.getPrincipals().add(new RolePrincipal("admin"));
return true;
} @Override
public boolean abort() throws LoginException {
// TODO 自动生成的方法存根
return false;
} @Override
public boolean logout() throws LoginException {
subject.getPrincipals().clear();
return true;
}}
在.NET的RBS基础上实现RBAC（参考4）是可行的，但JAAS....。JAAS只要用过的人都对其印象深刻。
4.参考
（1）https://msdn.microsoft.com/en-us/library/52kd59t0(v=vs.90).aspx
（2）http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/security/jaas/JAASRefGuide.html
（3）http://www.byteslounge.com/tutorials/jaas-form-based-authentication-in-tomcat-example
（4）http://csrc.nist.gov/groups/SNS/rbac/
5.小结：
JAAS抽象的不切实际，实现又全靠容器，不同容器的实现还不一致，IPrincipal又不能直接支持Servlet认证和授权相关的方法。至少应该像.NET一样提供数据结构级别的角色认证类型，而不是跑偏成现在这样。容器要么自己扩展IPrincipal支持角色，要么通过配置传入指定类型的IPrincipal子类来区分角色和用户。只能希望Apache Shiro和Spring等第三方提供的一些实现能有更高的可用性。
