让Apache Shiro保护你的应用

jopen 10年前

在尝试保护你的应用时，你是否有过挫败感？是否觉得现有的Java安全解决方案难以使用，只会让你更糊涂？本文介绍的Apache Shiro，是一个不同寻常的Java安全框架，为保护应用提供了简单而强大的方法。本文还解释了Apache Shiro的项目目标、架构理念以及如何使用Shiro为应用安全保驾护航。

什么是Apache Shiro？

Apache Shiro（发音为“shee-roh”，日语“堡垒（Castle）”的意思）是一个强大易用的Java安全框架，提供了认证、授权、加密和会话管理功能，可为任何应用提供安全保障 - 从命令行应用、移动应用到大型网络及企业应用。

Shiro为解决下列问题（我喜欢称它们为应用安全的四要素）提供了保护应用的API：

  • 认证 - 用户身份识别，常被称为用户“登录”；

  • 授权 - 访问控制；

  • 密码加密 - 保护或隐藏数据防止被偷窥；

  • 会话管理 - 每用户相关的时间敏感的状态。

Shiro还支持一些辅助特性，如Web应用安全、单元测试和多线程，它们的存在强化了上面提到的四个要素。

为何要创建Apache Shiro？

    对于一个框架来讲，使其有存在价值的最好例证就是有让你去用它的原因，它应该能完成一些别人无法做到的事情。要理解这一点，需要了解Shiro的历史以及创建它时的其他替代方法。

    在2008年加入Apache软件基金会之前，Shiro已经5岁了，之前它被称为JSecurity项目，始于2003年初。当时，对于Java应用开发人员而言，没有太多的通用安全替代方案 - 我们被Java认证/授权服务（或称为JAAS）紧紧套牢了。JAAS有太多的缺点 - 尽管它的认证功能尚可忍受，但授权方面却显得拙劣，用起来令人沮丧。此外，JAAS跟虚拟机层面的安全问题关系非常紧密，如判断JVM中是否允许装入一个类。作为应用开发者，我更关心应用最终用户能做什么，而不是我的代码在JVM中能做什么。

    由于当时正从事应用开发，我也需要一个干净、容器无关的会话机制。在当时，“这场游戏”中唯一可用的会话是HttpSessions，它需要Web容器；或是EJB 2.1里的有状态会话Bean，这又要EJB容器。而我想要的一个与容器脱钩、可用于任何我选择的环境中的会话。

    最后就是加密问题。有时，我们需要保证数据安全，但是Java密码架构（Java Cryptography Architecture）让人难以理解，除非你是密码学专家。API里到处都是Checked Exception，用起来很麻烦。我需要一个干净、开箱即用的解决方案，可以在需要时方便地对数据加密/解密。

    于是，纵观2003年初的安全状况，你会很快意识到还没有一个大一统的框架满足所有上述需求。有鉴于此，JSecurity（即之后的Apache Shiro）诞生了。

今天，你为何愿意使用Apache Shiro？

从2003年至今，框架选择方面的情况已经改变了不少，但今天仍有令人信服的理由让你选择Shiro。其实理由相当多，Apache Shiro：

  • 易于使用 - 易用性是这个项目的最终目标。应用安全有可能会非常让人糊涂，令人沮丧，并被认为是“必要之恶”【译注：比喻应用安全方面的编程。】。若是能让它简化到新手都能很快上手，那它将不再是一种痛苦了。

  • 广泛性 - 没有其他安全框架可以达到Apache Shiro宣称的广度，它可以为你的安全需求提供“一站式”服务。

  • 灵活性 - Apache Shiro可以工作在任何应用环境中。虽然它工作在Web、EJB和IoC环境中，但它并不依赖这些环境。Shiro既不强加任何规范，也无需过多依赖。

  • Web能力 - Apache Shiro对Web应用的支持很神奇，允许你基于应用URL和Web协议（如REST）创建灵活的安全策略，同时还提供了一套控制页面输出的JSP标签库。

  • 可插拔 - Shiro干净的API和设计模式使它可以方便地与许多的其他框架和应用进行集成。你将看到Shiro可以与诸如Spring、Grails、Wicket、Tapestry、Mule、Apache Camel、Vaadin这类第三方框架无缝集成。

  • 支持 - Apache Shiro是Apache软件基金会成员，这是一个公认为了社区利益最大化而行动的组织。项目开发和用户组都有随时愿意提供帮助的友善成员。像Katasoft这类商业公司，还可以给你提供需要的专业支持和服务。

谁在用Shiro?

    Shiro及其前身JSecurity已被各种规模和不同行业的公司项目采用多年。自从成为Apache软件基金会的顶级项目后，站点流量和使用呈持续增长态势。许多开源社区也正在用Shiro，这里有些例子如Spring，Grails，Wicket，Tapestry，Tynamo，Mule和Vaadin。

    如Katasoft，Sonatype，MuleSoft这样的商业公司，一家大型社交网络和多家纽约商业银行都在使用Shiro来保护他们的商业软件和站点。

核心概念：Subject，SecurityManager和Realms

既然已经描述了Shiro的好处，那就让我们看看它的API，好让你能够有个感性认识。Shiro架构有三个主要概念 - Subject，SecurityManager和Realms。

Subject

    在考虑应用安全时，你最常问的问题可能是“当前用户是谁？”或“当前用户允许做X吗？”。当我们写代码或设计用户界面时，问自己这些问题很平常：应用通常都是基于用户故事构建的，并且你希望功能描述（和安全）是基于每个用户的。所以，对于我们而言，考虑应用安全的最自然方式就是基于当前用户。Shiro的API用它的Subject概念从根本上体现了这种思考方式。

    Subject一词是一个安全术语，其基本意思是“当前的操作用户”。称之为“用户”并不准确，因为“用户”一词通常跟人相关。在安全领域，术语“Subject”可以是人，也可以是第三方进程、后台帐户（Daemon Account）或其他类似事物。它仅仅意味着“当前跟软件交互的东西”。但考虑到大多数目的和用途，你可以把它认为是Shiro的“用户”概念。在代码的任何地方，你都能轻易的获得Shiro Subject，参见如下代码：

清单1. 获得Subject

import org.apache.shiro.subject.Subject;  import org.apache.shiro.SecurityUtils;  ...  Subject currentUser = SecurityUtils.getSubject();

    一旦获得Subject，你就可以立即获得你希望用Shiro为当前用户做的90%的事情，如登录、登出、访问会话、执行授权检查等 - 稍后还会看到更多。这里的关键点是Shiro的API非常直观，因为它反映了开发者以‘每个用户’思考安全控制的自然趋势。同时，在代码的任何地方都能很轻松地访问Subject，允许在任何需要的地方进行安全操作。

SecurityManager

    Subject的“幕后”推手是SecurityManager。Subject代表了当前用户的安全操作，SecurityManager则管理所有用户的安全操作。它是Shiro框架的核心，充当“保护伞”，引用了多个内部嵌套安全组件，它们形成了对象图。但是，一旦SecurityManager及其内部对象图配置好，它就会退居幕后，应用开发人员几乎把他们的所有时间都花在Subject API调用上。

    那么，如何设置SecurityManager呢？嗯，这要看应用的环境。例如，Web应用通常会在Web.xml中指定一个Shiro Servlet Filter，这会创建SecurityManager实例，如果你运行的是一个独立应用，你需要用其他配置方式，但有很多配置选项。

    一个应用几乎总是只有一个SecurityManager实例。它实际是应用的Singleton（尽管不必是一个静态Singleton）。跟Shiro里的几乎所有组件一样，SecurityManager的缺省实现是POJO，而且可用POJO兼容的任何配置机制进行配置 - 普通的Java代码、Spring XML、YAML、.properties和.ini文件等。基本来讲，能够实例化类和调用JavaBean兼容方法的任何配置形式都可使用。

    为此，Shiro借助基于文本的INI配置提供了一个缺省的“公共”解决方案。INI易于阅读、使用简单并且需要极少依赖。你还能看到，只要简单地理解对象导航，INI可被有效地用于配置像SecurityManager那样简单的对象图。注意，Shiro还支持Spring XML配置及其他方式，但这里只我们只讨论INI。

下列清单2列出了基于INI的Shiro最简配置：

清单2. 用INI配置Shiro

[main]  cm = org.apache.shiro.authc.credential.HashedCredentialsMatcher  cm.hashAlgorithm = SHA-512  cm.hashIterations = 1024  # Base64 encoding (less text):  cm.storedCredentialsHexEncoded = false    iniRealm.credentialsMatcher = $cm    [users]   jdoe = TWFuIGlzIGRpc3Rpbmd1aXNoZWQsIG5vdCBvbmx5IGJpcyByZWFzb2   asmith = IHNpbmd1bGFyIHBhc3Npb24gZnJvbSBvdGhlciBhbXNoZWQsIG5vdCB

在清单2中，我们看到了用于配置SecurityManager实例的INI配置例子。有两个INI段落：[main]和[users].

[main]段落是配置SecurityManager对象及其使用的其他任何对象（如Realms）的地方。在示例中，我们看到配置了两个对象：

  1. cm对象，是Shiro的HashedCredentialsMatcher类实例。如你所见，cm实例的各属性是通过“嵌套点”语法进行配置的 - 在清单3中可以看到IniSecurityManagerFactory使用的惯例，这种方法代表了对象图导航和属性设置。

  2. iniRealm对象，它被SecurityManager用来表示以INI格式定义的用户帐户。

[users]段落是指定用户帐户静态列表的地方 - 为简单应用或测试提供了方便。

就介绍而言，详细了解每个段落的细节并不是重点。相反，看到INI配置是一种配置Shiro的简单方式才是关键。关于INI配置的更多细节，请参见Shiro文档。

清单3. 装入shiro.ini配置文件

import org.apache.shiro.SecurityUtils;  import org.apache.shiro.config.IniSecurityManagerFactory;  import org.apache.shiro.mgt.SecurityManager;  import org.apache.shiro.util.Factory;    ...    //1.装入INI配置   Factory<SecurityManager> factory = new IniSecurityManagerFactory("classpath:shiro.ini");    //2. 创建SecurityManager   SecurityManager securityManager = factory.getInstance();    //3. 使其可访问   SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);

在清单3的示例中，我们看到有三步：

  1. 装入用来配置SecurityManager及其构成组件的INI配置文件；

  2. 根据配置创建SecurityManager实例（使用Shiro的工厂概念，它表述了工厂方法设计模式）；

  3. 使应用可访问SecurityManager Singleton。在这个简单示例中，我们将它设置为VM静态Singleton，但这通常不是必须的 - 你的应用配置机制可以决定你是否需要使用静态存储。

Realms

    Shiro的第三个也是最后一个概念是Realm。Realm充当了Shiro与应用安全数据间的“桥梁”或者“连接器”。也就是说，当切实与像用户帐户这类安全相关数据进行交互，执行认证（登录）和授权（访问控制）时，Shiro会从应用配置的Realm中查找很多内容。

    从这个意义上讲，Realm实质上是一个安全相关的DAO：它封装了数据源的连接细节，并在需要时将相关数据提供给Shiro。当配置Shiro时，你必须至少指定一个Realm，用于认证和（或）授权。配置多个Realm是可以的，但是至少需要一个。

    Shiro内置了可以连接大量安全数据源（又名目录）的Realm，如LDAP、关系数据库（JDBC）、类似INI的文本配置资源以及属性文件等。如果缺省的Realm不能满足需求，你还可以插入代表自定义数据源的自己的Realm实现。下面的清单4是通过INI配置Shiro使用LDAP目录作为应用Realm的示例。

清单4. Realm配置示例片段：连接存储用户数据的LDAP

[main]  ldapRealm = org.apache.shiro.realm.ldap.JndiLdapRealm  ldapRealm.userDnTemplate = uid={0},ou=users,dc=mycompany,dc=com  ldapRealm.contextFactory.url = ldap://ldapHost:389  ldapRealm.contextFactory.authenticationMechanism = DIGEST-MD5

既然已经了解如何建立一个基本的Shiro环境，下面让我们来讨论，作为一名开发者该如何使用这个框架。


原文地址：http://www.infoq.com/cn/articles/apache-shiro