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用户鉴权框架Apache Shiro技术选型

Java goomoon 102浏览 0评论

前段时间要做个项目,用户登录授权需要自己开发,考虑到系统的复杂性,决定使用已有的框架来实现。对现在业内生态不错的两个框架Apache Shiro和Spring Security进行了对比,最终决定选择Apache Shiro作为项目的用户鉴权框架,现在把梳理到的资料整理一下,以供后续参考。

一、Apache Shiro架构介绍

官网原文:https://shiro.apache.org/

Apache Shiro™ is a powerful and easy-to-use Java security framework that performs authentication, authorization, cryptography, and session management. With Shiro’s easy-to-understand API, you can quickly and easily secure any application – from the smallest mobile applications to the largest web and enterprise applications.

Apache Shiro™是一个强大且易用的Java安全框架,能够用于身份验证、授权、加密和会话管理。Shiro拥有易于理解的API,您可以快速、轻松地获得任何应用程序——从最小的移动应用程序到最大的网络和企业应用程序。

Shiro 的 API 也是非常简单。其基本功能点如下图所示:

apcheshiro_1

Authentication:身份认证 / 登录,验证用户是不是拥有相应的身份;

Authorization:授权,即权限验证,验证某个已认证的用户是否拥有某个权限;即判断用户是否能做事情,常见的如:验证某个用户是否拥有某个角色。或者细粒度的验证某个用户对某个资源是否具有某个权限;

Session Manager:会话管理,即用户登录后就是一次会话,在没有退出之前,它的所有信息都在会话中;会话可以是普通 JavaSE 环境的,也可以是如 Web 环境的;

Cryptography:加密,保护数据的安全性,如密码加密存储到数据库,而不是明文存储;

Web Support:Web 支持,可以非常容易的集成到 Web 环境;

Caching:缓存,比如用户登录后,其用户信息、拥有的角色 / 权限不必每次去查,这样可以提高效率;

Concurrency:shiro 支持多线程应用的并发验证,即如在一个线程中开启另一个线程,能把权限自动传播过去;

Testing:提供测试支持;

Run As:允许一个用户假装为另一个用户(如果他们允许)的身份进行访问;

Remember Me:记住我,这个是非常常见的功能,即一次登录后,下次再来的话不用登录了。

Shiro 不会去维护用户、维护权限;这些需要我们自己去设计 / 提供;然后通过相应的接口注入给 Shiro 即可。

1.1、从应用程序角度看Shiro架构

从应用程序角度的来观察如何使用 Shiro 完成工作。如下图:

apacheshiro_2

 

 

可以看到:应用代码直接交互的对象是 Subject,也就是说 Shiro 的对外 API 核心就是 Subject;其每个 API 的含义:

Subject:主体,代表了当前 “用户”,这个用户不一定是一个具体的人,与当前应用交互的任何对象都是 Subject,如网络爬虫,机器人等;即一个抽象概念;所有Subject 都绑定到 SecurityManager,与 Subject 的所有交互都会委托给 SecurityManager;可以把 Subject 认为是一个门面;SecurityManager 才是实际的执行者;

SecurityManager:安全管理器;即所有与安全有关的操作都会与 SecurityManager 交互;且它管理着所有 Subject;可以看出它是 Shiro 的核心,它负责与后边介绍的其他组件进行交互,如果学习过 SpringMVC,你可以把它看成 DispatcherServlet 前端控制器;

Realm:域,Shiro 从从 Realm 获取安全数据(如用户、角色、权限),就是说 SecurityManager 要验证用户身份,那么它需要从 Realm 获取相应的用户进行比较以确定用户身份是否合法;也需要从 Realm 得到用户相应的角色 / 权限进行验证用户是否能进行操作;可以把 Realm 看成 DataSource,即安全数据源。

也就是说对于我们而言,最简单的一个 Shiro 应用:

  1. 应用代码通过 Subject 来进行认证和授权,而 Subject 又委托给 SecurityManager;
  2. 我们需要给 Shiro 的 SecurityManager 注入 Realm,从而让 SecurityManager 能得到合法的用户及其权限进行判断。

从以上也可以看出,Shiro 不提供维护用户 / 权限,而是通过 Realm 让开发人员自己注入。

1.2、从内部来看下 Shiro 的架构

如下图所示:apacheshiro_3

Subject:主体,可以看到主体可以是任何可以与应用交互的 “用户”;

SecurityManager:相当于 SpringMVC 中的 DispatcherServlet 或者 Struts2 中的 FilterDispatcher;是 Shiro 的心脏;所有具体的交互都通过 SecurityManager 进行控制;它管理着所有 Subject、且负责进行认证和授权、及会话、缓存的管理。

Authenticator:认证器,负责主体认证的,这是一个扩展点,如果用户觉得 Shiro 默认的不好,可以自定义实现;其需要认证策略(Authentication Strategy),即什么情况下算用户认证通过了;

Authrizer:授权器,或者访问控制器,用来决定主体是否有权限进行相应的操作;即控制着用户能访问应用中的哪些功能;

Realm:可以有 1 个或多个 Realm,可以认为是安全实体数据源,即用于获取安全实体的;可以是 JDBC 实现,也可以是 LDAP 实现,或者内存实现等等;由用户提供;注意:Shiro 不知道你的用户 / 权限存储在哪及以何种格式存储;所以我们一般在应用中都需要实现自己的 Realm;

SessionManager:用来管理Session会话的生命周期;由于 Shiro 并不仅仅可以用在 Web 环境,也可以用在如普通的 J2SE 、EJB 等环境;所以Shiro 就抽象了一个自己的 Session 来管理主体与应用之间交互的数据;这样的话,比如我们在 Web 环境用,刚开始是一台 Web 服务器;接着又上了台 EJB 服务器;这时想把两台服务器的会话数据放到一个地方,这个时候就可以实现自己的分布式会话(如把数据放到 Memcached 服务器);

SessionDAO:DAO 大家都用过,数据访问对象,用于会话的 CRUD,比如我们想把 Session 保存到数据库,那么可以实现自己的 SessionDAO,通过如 JDBC 写到数据库;比如想把 Session 放到 Memcached 中,可以实现自己的 Memcached SessionDAO;另外 SessionDAO 中可以使用 Cache 进行缓存,以提高性能;

CacheManager:缓存控制器,来管理如用户、角色、权限等的缓存的;由于因为这些数据基本上很少去改变,放到缓存中后可以提高访问的性能

Cryptography:密码模块,Shiro 提高了一些常见的加密组件用于如密码加密 / 解密的。

二、Shiro特点和优势

2.1、Apache Shiro的特点

易于使用 – 易用性是这个项目的最终目标。提供易于理解的 Java Security API。

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。

2.2、Shiro与Spring Security的对比

目前在java web应用安全框架中,与Spring Security形成直接竞争的就是Shiro,二者在核心功能上几乎差不多,但从使用的角度各有优缺点。

2.2.1、用户量对比:Shiro使用量更高

从使用情况上看,二者都在逐步提高使用量。Shiro的使用量一直高于Spring Security。

apacheshiro_4

2.2.2、易用性:Shiro使用更简单

通常来说,Shiro入门更加容易,使用起来也非常简单,这也是造成Shiro的使用量一直高于Spring Security的主要原因。但是个人认为,二者其实都简单,我说说我的理由:

在没有Spring Boot之前,Spring Security的大部分配置要通过XML实现,配置还是还是非常复杂的。但是有了 Spring Boot之后,这一情况已经得到显著改善。

Spring Security之所以看上去比Shiro更复杂,其实是因为它引入了一些不常用的概念与规则。大家应该都知道2/8法则,这在Spring Security里面体现的特别明显,如果你只学Spring Security最重要的那20%,这20%的复杂度和shiro基本是一致的。也就是说,不重要的那80%,恰恰是Spring Security比shiro的“复杂度”。

也就是说,如果有人能帮你把Spring Security最重要的那20%摘出来,二者的入门门槛、复杂度其实是差不太多的。

2.2.3、社区支持:二者不相上下

Spring Security依托于Spring庞大的社区支持,这点自不必多说。Shiro属于apache社区,因为它的广泛使用,文档也非常的全面。二者从社区支持来看,几乎不相上下。

2.2.4、功能丰富性:Spring Security功能更加丰富

Spring Security因为它的复杂,所以从功能的丰富性的角度更胜一筹。其中比较典型的如:

Spring Security默认含有对OAuth2.0的支持,与Spring Social一起使用完成社交媒体登录也比较方便。Shiro在这方面只能靠自己写代码实现。

还有一种普遍说法:Spring Security在网络安全的方面下的功夫更多,但是笔者并未有非常直接的感受,有可能出现安全问题的时候才会感到不够安全的痛。

2.2.5、总结:

如果只是想实现一个简单的web应用,Shiro更加的轻量级,学习成本也更低。如果您正在开发一个分布式的、微服务的、或者与Spring Cloud系列框架深度集成的项目,建议使用Spring Security。

由于我们的低代码平台的建设短期目标内先不考虑分布式和微服务架构,以简单易用的单体应用为主,关键的流程和难点在低代码引擎模块,所以用户权限的架构上优先选择轻量级的Shiro框架

三、使用教程

3.1、Shiro认证过程


apacheshiro_5
代码示例:

apacheshiro_6

运行之后可以看到预想中的效果,先输出isAuthenticated:true表示登录认证成功,然后再输出isAuthenticated:false表示认证失败退出登录。

3.2、Shiro授权过程

20210617122706570

代码示例:

20210617122706571

3.3、自定义Realm

从上面我们了解到实际进行权限信息验证的是Realm,Shiro 框架内部默认提供了两种实现,一种是查询.ini文件的IniRealm,另一种是查询数据库的JdbcRealm,这两种来说都相对简单。具体使用方法可以参考:

https://how2j.cn/k/shiro/shiro-tutorial/1720.html#nowhere

当然也可以自定义实现Realm,参考地址:

https://zhuanlan.zhihu.com/p/54176956

3.4、Shiro加密

数据库中保存的密码,通常都会使用非对称加密,简单理解也就是不可逆的加密,例如常见的 md5 加密算法就是符合这样的一种算法。

apacheshiro_7

例如上图,对字符串“123456”进行MD5加密,得到的结果:e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e,就无法通过计算还原回 123456,我们把这个加密的字符串保存在数据库中,等下次用户登录时我们把密码通过同样的算法加密后再从数据库中取出这个字符串进行比较,就能够知道密码是否正确了,这样既保留了密码验证的功能又大大增加了安全性,但是问题是:虽然无法直接通过计算反推回密码,但是我们仍然可以通过计算一些简单的密码加密后的 Md5 值进行比较,推算出原来的密码。这样经过多次对比,如果密码较为简单的话,也就达到了破解的效果。

3.4.1、加盐 + 多次加密

既然相同的密码 md5 一样,那么我们就让我们的原始密码再加一个随机数,然后再进行 md5 加密,这个随机数就是我们说的盐(salt),这样处理下来就能得到不同的 Md5 值,当然我们需要把这个随机数盐也保存进数据库中,以便我们进行验证。另外我们可以通过多次加密的方法,即使黑客通过一定的技术手段拿到了我们的密码 md5 值,但它并不知道我们到底加密了多少次,所以这也使得破解工作变得艰难。

在 Shiro 框架中,对于这样的操作提供了简单的代码实现:

apacheshiro_8

输出:

原始密码是 123456 , 盐是: f5GQZsuWjnL9z585JjLrbQ==, 运算次数是: 2, 运算出来的密文是:55fee80f73537cefd6b3c9a920993c25

3.5、详细使用教程

请参考:

官方Quick Start: https://shiro.apache.org/10-minute-tutorial.html

官方Doc:https://shiro.apache.org/documentation.html

优秀博客教程:https://www.cnblogs.com/Java3y/p/8615275.html

https://how2j.cn/k/shiro/shiro-plan/1732.html

https://segmentfault.com/a/1190000024521540?utm_source=tag-newest

 

 

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