深入浅出 Spring Boot 与 Shiro：构建安全认证与权限管理框架

news2024/11/8 6:12:37

一、Shiro框架概念

（一）Shiro框架概念

1.概念：

Shiro是apache旗下一个开源安全框架，它对软件系统中的安全认证相关功能进行了封装，实现了用户身份认证，权限授权、加密、会话管理等功能，组成一个通用的安全认证框架。
工作流程如下图所示：

2.Shiro框架的三大组件：

Subject:主体对象，用于提交用户认证和授权作息。
SecurityManager:安全管理器，负责认证、授权等业务实现。（程序员需要配置该类）
Realm:领域对象，负责从数据层获取业务数据。（需要程序员提供Shiro框架定义的抽象类AuthorizingRealm（授权Realm）或AuthenticatingRealm（认证Realm）。
三大组件工作流程

3.Shiro框架的相关组件具体作用：

Shiro框架进行权限管理时，涉及了一些核心对象，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管理对象等。
- 具体架构如图所示：

核心对象具体作用：
Subject:与软件交互的一个特定的实体（用户、第三方服务等）。
SecurityManager:Shiro的核心，用来协调管理组件工作。
Authenticator:负责认证操作。
Authorizer:负责授权检测。
SessionManager（会话管理）：负责创建并管理用户Session生命周期。
SessionDao：代表SessionManager执行Session持久（CRUD）操作，它允许任何存储的数据挂接到Session管理基础上。
CacheManager：提供创建缓存实例和管理缓存生命周期的功能。
Cryptography（加密管理器）：提供了加密方式的设计及管理。
Realm（领域对象）：是Shiro和应用程序安全数据的桥梁。

二、SpringBoot整合Shiro

（一）所需依赖

<dependency>
    <groupId>org.apache.shiro</groupId>
    <artifactId>shiro-spring-boot-web-starter</artifactId>
    <version>1.7.1</version>
</dependency>

1.当添加该依赖后需要对项目进行初始化否则项目会启动失败。

原因：添加该依赖启动项目时，Shiro框架会要求创建一个Realm对象并交给Spring框架管理。

（二）完成Shiro配置

1.在application.yml/application.properties文件中

shiro:
  loginUrl: /login

（三）完成Shiro框架整合

提供Realm的实现类：
- Realm定义与实现结构及提供Realm实现类的方式

具体实现过程：
- 提供Realm的具体实现类SysShiroRealm.
  - 将SysShiroRealm对象交给Spring管理。如下图：
三、通过Shiro框架认证实现

（一）配置认证过滤链

1.实现方法：
- 配置一个ShiroFilterChainDefinition的实现类DefaultShiroFilterChainDefinition对象，在该对象中配置具体过滤链。完成配置后将该对象交于Spring管理。
2.具体实现：
```
@Bean
public ShiroFilterChainDefinition shiroFilterChainDefinition()
{
    DefaultShiroFilterChainDefinition chainDefinition = new DefaultShiroFilterChainDefinition();
    chainDefinition.addPathDefinition("/login", "anon");
    chainDefinition.addPathDefinition("/assets/**", "anon");
    chainDefinition.addPathDefinition("/forgetpw", "anon");
    chainDefinition.addPathDefinition("/user/logininfo", "anon");
    chainDefinition.addPathDefinition("/logout", "logout");
    /*chainDefinition.addPathDefinition("/**", "authc");*/
    return chainDefinition;
}
```
- 细节如下图所示
（二）提交用户登录信息给Shiro框架的securityMananger。

实现方法：通过Subject对象调用login()方法实现。

第一步：从前端获取用户信息通过Ajax或Axios提交给controller。

第二步：controller获取前端提供的用户登录信息，并封装成UsernamePasswordToken做为参数传递给Subject对象。Subject对象调用login方法将用户登录信息提交给SecurityManager进行登录校验。具体如下图：

（三）数据库获取用户认证信息交给Shiro框架的SecurityManager。

实现方法：通过重写doGetAuthenricatingInfo()实现

第一步：向SecurtiyManager提供用户凭证加密方式：
- 原因：
  - 由于通过Subject的login方法传给SecurityManager的用户的密码为明文密码，而数据库中保存的是加密盐和加密密码，因此需要提供加密方法，供SecurityManager调用对明文密码进行加密操作完成与加密后的密码校验。
- 方法：
  - 提供加密方法需要重写AuthorizingReaml的方法getCredentialsMatcher方法，该方法返回一个CredentialsMatcher（凭证匹配器）的实现类HashedCredentialsMatcher（针对MD5加密）的对象。
- 具体实现：
第二步：重写认证方法doGetAuthenticatingInfo方法，返回一个AuthenticationInfo的实现类SimpleAuthenticationInfo对象。用于封装数据库中用户凭证信息。
- 目的：封装从数据库获取的用户凭证信息，用于SecurityManager认证操作。
- 具体实现：
- - - 其中：SimpleAuthenticationInfo对象的构造方法：如图所示。
（四）完成认证
- 由SecurityManager内部完成，无需程序员干预。
（五）对认证结果进行处理。

1.SecurityMananger认证结果：
- 用户不存在：SecurityManager抛出UnknowAccountException。
- 密码不匹配：SecurityManager抛出IncorrectCredetialsException。
- 账号锁定：SecurityManager抛出LockedAccountException。
2.通过全局异常处理类完成认证结果信息普通化：

(六)获取用户登陆信息

1.方法：
- 通过shiro框架的subject组件获取。
2.具体实现：
- ```
SysUsersPojo usersPojo = (SysUsersPojo) SecurityUtils.getSubject().getPrincipal();
```
四、通过Shiro框架实现授权

（一）实现授权的方式
- Shiro框架实现授权是通过AOP的方式实现的。
  - 底层通过@annontation切入点表达式来定义切点。
    - 自定义的Annontation为@RequiresPremissions。
    - 注解实参：自定义的授权标识标识。
      - 作用：用于标识访问该方法需要的权限。
    - 目标方法是需要授权才能访问的方法。
    - 具体使用方法：
（二）授权的前置依赖
- 由于Shiro框架的授权是通过AOP来实现的，因此，要实现Shiro授权，就必须在项目中添加SpringAop依赖。
- 即：
  - ```
  <dependency>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId>
  </dependency>
```
（三）授权实现流程

1.认证是授权的基础。

2.实现流程
- 当用户访问需要授权的资源时，SecurityManager调用Realm中的doGetAuthorizationInfo()方法。
- 该方法从用户认证信息中获取用户信息。
- 通过用户信息获取用户所拥有的所有授权信息，封装成AuthorizationInfo实现类的对象。
- SecurityManager内部完成授权信息校验。
  - 如果用户拥有该授权标识，则访问该方法；如果用户没有该授权标识，则SecurityManager出抛出AuthorizationEexception，终止访问。
（四）具体实现过程

1.使用@RequiresPermissions描述需要授权才能访问的方法。

2.重写Realm中的doGetAuthorizationInfo方法，用于封装数据库的保存的该用户拥有的所有授权标识以供SecurityManager授权校验时使用。

3.授权中可能存在的问题
- 存在问题：当使用@RequiresPermissions注解描述需要授权访问的Controller层方法时，导致该方法无法被访问。
- 产生原因：
  - Shiro框架实现授权是通过AOP的方式实现。
  - 当@RequiresPermissions描述目标方法时，Shiro会为该方法所在类创建一个CGLIB代理对象。
  - 在创建代理对象时，默认情况下，原Controller方法上的@RequestMapping等类似注解失效。导致无法访问该Controller方法。
- 解决方法：
  - 解决原理：
    - AOP创建代理对象是通过DefaultAdvisorAutoProxyCreator对象完成的。
  - 解决方法：
    - 修改DefaultAdvisorAutoProxyCreator对象配置，让原对象上注解生效。
  - 具体实现。
五、认证授权总结

（一）用户信息流转流程