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第二章 身份驗證——《跟我學Shiro》[張開濤]

阿新 • • 發佈：2018-12-30

身份驗證，即在應用中誰能證明他就是他本人。一般提供如他們的身份ID一些標識資訊來表明他就是他本人，如提供身份證，使用者名稱/密碼來證明。

在shiro中，使用者需要提供principals （身份）和credentials（證明）給shiro，從而應用能驗證使用者身份：

principals：身份，即主體的標識屬性，可以是任何東西，如使用者名稱、郵箱等，唯一即可。一個主體可以有多個principals，但只有一個Primary principals，一般是使用者名稱/密碼/手機號。

credentials：證明/憑證，即只有主體知道的安全值，如密碼/數字證書等。

最常見的principals和credentials組合就是使用者名稱/密碼了。接下來先進行一個基本的身份認證。

另外兩個相關的概念是之前提到的Subject及Realm，分別是主體及驗證主體的資料來源。

2.2  環境準備

本文使用Maven構建，因此需要一點Maven知識。首先準備環境依賴： 

Java程式碼  收藏程式碼
  1. <dependencies>  
  2.     <dependency>  
  3.         <groupId>junit</groupId>  
  4.         <artifactId>junit</artifactId>  
  5.         <version>4.9</version>  
  6.     </dependency>  
  7.     <dependency>  
  8.         <groupId>commons-logging</groupId>  
  9.         <artifactId>commons-logging</artifactId>  
  10.         <version>1.1.3</version>  
  11.     </dependency>  
  12.     <dependency>  
  13.         <groupId>org.apache.shiro</groupId>  
  14.         <artifactId>shiro-core</artifactId>  
  15.         <version>1.2.2</version>  
  16.     </dependency>  
  17. </dependencies>   

新增junit、common-logging及shiro-core依賴即可。

2.3  登入/退出

1、首先準備一些使用者身份/憑據（shiro.ini）

Java程式碼  收藏程式碼
  1. [users]  
  2. zhang=123  
  3. wang=123  

此處使用ini配置檔案，通過[users]指定了兩個主體：zhang/123、wang/123。

2、測試用例（com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.LoginLogoutTest） 

Java程式碼  收藏程式碼
  1. @Test  
  2. public void testHelloworld() {  
  3.     //1、獲取SecurityManager工廠，此處使用Ini配置檔案初始化SecurityManager  
  4.     Factory<org.apache.shiro.mgt.SecurityManager> factory =  
  5.             new IniSecurityManagerFactory("classpath:shiro.ini");  
  6.     //2、得到SecurityManager例項 並繫結給SecurityUtils  
  7.     org.apache.shiro.mgt.SecurityManager securityManager = factory.getInstance();  
  8.     SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);  
  9.     //3、得到Subject及建立使用者名稱/密碼身份驗證Token（即使用者身份/憑證）  
  10.     Subject subject = SecurityUtils.getSubject();  
  11.     UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("zhang", "123");  
  12.     try {  
  13.         //4、登入，即身份驗證  
  14.         subject.login(token);  
  15.     } catch (AuthenticationException e) {  
  16.         //5、身份驗證失敗  
  17.     }  
  18.     Assert.assertEquals(true, subject.isAuthenticated()); //斷言使用者已經登入  
  19.     //6、退出  
  20.     subject.logout();  
  21. }  

2.1、首先通過new IniSecurityManagerFactory並指定一個ini配置檔案來建立一個SecurityManager工廠；

2.2、接著獲取SecurityManager並繫結到SecurityUtils，這是一個全域性設定，設定一次即可；

2.3、通過SecurityUtils得到Subject，其會自動繫結到當前執行緒；如果在web環境在請求結束時需要解除繫結；然後獲取身份驗證的Token，如使用者名稱/密碼；

2.4、呼叫subject.login方法進行登入，其會自動委託給SecurityManager.login方法進行登入；

2.5、如果身份驗證失敗請捕獲AuthenticationException或其子類，常見的如： DisabledAccountException（禁用的帳號）、LockedAccountException（鎖定的帳號）、UnknownAccountException（錯誤的帳號）、ExcessiveAttemptsException（登入失敗次數過多）、IncorrectCredentialsException （錯誤的憑證）、ExpiredCredentialsException（過期的憑證）等，具體請檢視其繼承關係；對於頁面的錯誤訊息展示，最好使用如“使用者名稱/密碼錯誤”而不是“使用者名稱錯誤”/“密碼錯誤”，防止一些惡意使用者非法掃描帳號庫；

2.6、最後可以呼叫subject.logout退出，其會自動委託給SecurityManager.logout方法退出。

從如上程式碼可總結出身份驗證的步驟：

1、收集使用者身份/憑證，即如使用者名稱/密碼；

2、呼叫Subject.login進行登入，如果失敗將得到相應的AuthenticationException異常，根據異常提示使用者錯誤資訊；否則登入成功；

3、最後呼叫Subject.logout進行退出操作。

如上測試的幾個問題：

1、使用者名稱/密碼硬編碼在ini配置檔案，以後需要改成如資料庫儲存，且密碼需要加密儲存；

2、使用者身份Token可能不僅僅是使用者名稱/密碼，也可能還有其他的，如登入時允許使用者名稱/郵箱/手機號同時登入。 

2.4  身份認證流程

流程如下：

1、首先呼叫Subject.login(token)進行登入，其會自動委託給Security Manager，呼叫之前必須通過SecurityUtils. setSecurityManager()設定；

2、SecurityManager負責真正的身份驗證邏輯；它會委託給Authenticator進行身份驗證；

3、Authenticator才是真正的身份驗證者，Shiro API中核心的身份認證入口點，此處可以自定義插入自己的實現；

4、Authenticator可能會委託給相應的AuthenticationStrategy進行多Realm身份驗證，預設ModularRealmAuthenticator會呼叫AuthenticationStrategy進行多Realm身份驗證；

5、Authenticator會把相應的token傳入Realm，從Realm獲取身份驗證資訊，如果沒有返回/丟擲異常表示身份驗證失敗了。此處可以配置多個Realm，將按照相應的順序及策略進行訪問。

2.5  Realm

Realm：域，Shiro從從Realm獲取安全資料（如使用者、角色、許可權），就是說SecurityManager要驗證使用者身份，那麼它需要從Realm獲取相應的使用者進行比較以確定使用者身份是否合法；也需要從Realm得到使用者相應的角色/許可權進行驗證使用者是否能進行操作；可以把Realm看成DataSource，即安全資料來源。如我們之前的ini配置方式將使用org.apache.shiro.realm.text.IniRealm。

org.apache.shiro.realm.Realm介面如下： 

Java程式碼  收藏程式碼
  1. String getName(); //返回一個唯一的Realm名字  
  2. boolean supports(AuthenticationToken token); //判斷此Realm是否支援此Token  
  3. AuthenticationInfo getAuthenticationInfo(AuthenticationToken token)  
  4.  throws AuthenticationException;  //根據Token獲取認證資訊  

單Realm配置

1、自定義Realm實現（com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.realm.MyRealm1）：  

Java程式碼  收藏程式碼
  1. public class MyRealm1 implements Realm {  
  2.     @Override  
  3.     public String getName() {  
  4.         return "myrealm1";  
  5.     }  
  6.     @Override  
  7.     public boolean supports(AuthenticationToken token) {  
  8.         //僅支援UsernamePasswordToken型別的Token  
  9.         return token instanceof UsernamePasswordToken;   
  10.     }  
  11.     @Override  
  12.     public AuthenticationInfo getAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {  
  13.         String username = (String)token.getPrincipal();  //得到使用者名稱  
  14.         String password = new String((char[])token.getCredentials()); //得到密碼  
  15.         if(!"zhang".equals(username)) {  
  16.             throw new UnknownAccountException(); //如果使用者名稱錯誤  
  17.         }  
  18.         if(!"123".equals(password)) {  
  19.             throw new IncorrectCredentialsException(); //如果密碼錯誤  
  20.         }  
  21.         //如果身份認證驗證成功，返回一個AuthenticationInfo實現；  
  22.         return new SimpleAuthenticationInfo(username, password, getName());  
  23.     }  
  24. }   

2、ini配置檔案指定自定義Realm實現(shiro-realm.ini)  

Java程式碼  收藏程式碼
  1. #宣告一個realm  
  2. myRealm1=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.realm.MyRealm1  
  3. #指定securityManager的realms實現  
  4. securityManager.realms=$myRealm1   

通過$name來引入之前的realm定義

3、測試用例請參考com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.LoginLogoutTest的testCustomRealm測試方法，只需要把之前的shiro.ini配置檔案改成shiro-realm.ini即可。

多Realm配置

1、ini配置檔案（shiro-multi-realm.ini）  

Java程式碼  收藏程式碼
  1. #宣告一個realm  
  2. myRealm1=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.realm.MyRealm1  
  3. myRealm2=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.realm.MyRealm2  
  4. #指定securityManager的realms實現  
  5. securityManager.realms=$myRealm1,$myRealm2   

securityManager會按照realms指定的順序進行身份認證。此處我們使用顯示指定順序的方式指定了Realm的順序，如果刪除“securityManager.realms=$myRealm1,$myRealm2”，那麼securityManager會按照realm宣告的順序進行使用（即無需設定realms屬性，其會自動發現），當我們顯示指定realm後，其他沒有指定realm將被忽略，如“securityManager.realms=$myRealm1”，那麼myRealm2不會被自動設定進去。

2、測試用例請參考com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.LoginLogoutTest的testCustomMultiRealm測試方法。

Shiro預設提供的Realm

以後一般繼承AuthorizingRealm（授權）即可；其繼承了AuthenticatingRealm（即身份驗證），而且也間接繼承了CachingRealm（帶有快取實現）。其中主要預設實現如下：

org.apache.shiro.realm.text.IniRealm：[users]部分指定使用者名稱/密碼及其角色；[roles]部分指定角色即許可權資訊；

org.apache.shiro.realm.text.PropertiesRealm： user.username=password,role1,role2指定使用者名稱/密碼及其角色；role.role1=permission1,permission2指定角色及許可權資訊；

org.apache.shiro.realm.jdbc.JdbcRealm：通過sql查詢相應的資訊，如“select password from users where username = ?”獲取使用者密碼，“select password, password_salt from users where username = ?”獲取使用者密碼及鹽；“select role_name from user_roles where username = ?”獲取使用者角色；“select permission from roles_permissions where role_name = ?”獲取角色對應的許可權資訊；也可以呼叫相應的api進行自定義sql；

JDBC Realm使用

1、資料庫及依賴

Java程式碼  收藏程式碼
  1. <dependency>  
  2.     <groupId>mysql</groupId>  
  3.     <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>  
  4.     <version>5.1.25</version>  
  5. </dependency>  
  6. <dependency>  
  7.     <groupId>com.alibaba</groupId>  
  8.     <artifactId>druid</artifactId>  
  9.     <version>0.2.23</version>  
  10. </dependency>   

本文將使用mysql資料庫及druid連線池； 

2、到資料庫shiro下建三張表：users（使用者名稱/密碼）、user_roles（使用者/角色）、roles_permissions（角色/許可權），具體請參照shiro-example-chapter2/sql/shiro.sql；並新增一個使用者記錄，使用者名稱/密碼為zhang/123；

3、ini配置（shiro-jdbc-realm.ini） 

Java程式碼  收藏程式碼
  1. jdbcRealm=org.apache.shiro.realm.jdbc.JdbcRealm  
  2. dataSource=com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource  
  3. dataSource.driverClassName=com.mysql.jdbc.Driver  
  4. dataSource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/shiro  
  5. dataSource.username=root  
  6. #dataSource.password=  
  7. jdbcRealm.dataSource=$dataSource  
  8. securityManager.realms=$jdbcRealm   

1、變數名=全限定類名會自動建立一個類例項

2、變數名.屬性=值 自動呼叫相應的setter方法進行賦值

3、$變數名 引用之前的一個物件例項 

4、測試程式碼請參照com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.LoginLogoutTest的testJDBCRealm方法，和之前的沒什麼區別。

2.6  Authenticator及AuthenticationStrategy

Authenticator的職責是驗證使用者帳號，是Shiro API中身份驗證核心的入口點： 

Java程式碼  收藏程式碼
  1. public AuthenticationInfo authenticate(AuthenticationToken authenticationToken)  
  2.             throws AuthenticationException;   

如果驗證成功，將返回AuthenticationInfo驗證資訊；此資訊中包含了身份及憑證；如果驗證失敗將丟擲相應的AuthenticationException實現。

SecurityManager介面繼承了Authenticator，另外還有一個ModularRealmAuthenticator實現，其委託給多個Realm進行驗證，驗證規則通過AuthenticationStrategy介面指定，預設提供的實現：

FirstSuccessfulStrategy：只要有一個Realm驗證成功即可，只返回第一個Realm身份驗證成功的認證資訊，其他的忽略；

AtLeastOneSuccessfulStrategy：只要有一個Realm驗證成功即可，和FirstSuccessfulStrategy不同，返回所有Realm身份驗證成功的認證資訊；

AllSuccessfulStrategy：所有Realm驗證成功才算成功，且返回所有Realm身份驗證成功的認證資訊，如果有一個失敗就失敗了。

ModularRealmAuthenticator預設使用AtLeastOneSuccessfulStrategy策略。

假設我們有三個realm：

myRealm1： 使用者名稱/密碼為zhang/123時成功，且返回身份/憑據為zhang/123；

myRealm2： 使用者名稱/密碼為wang/123時成功，且返回身份/憑據為wang/123；

myRealm3： 使用者名稱/密碼為zhang/123時成功，且返回身份/憑據為[email protected]/123，和myRealm1不同的是返回時的身份變了；

1、ini配置檔案(shiro-authenticator-all-success.ini) 

Java程式碼  收藏程式碼
  1. #指定securityManager的authenticator實現  
  2. authenticator=org.apache.shiro.authc.pam.ModularRealmAuthenticator  
  3. securityManager.authenticator=$authenticator  
  4. #指定securityManager.authenticator的authenticationStrategy  
  5. allSuccessfulStrategy=org.apache.shiro.authc.pam.AllSuccessfulStrategy  
  6. securityManager.authenticator.authenticationStrategy=$allSuccessfulStrategy  
Java程式碼  收藏程式碼
  1. myRealm1=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.realm.MyRealm1  
  2. myRealm2=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.realm.MyRealm2  
  3. myRealm3=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.realm.MyRealm3  
  4. securityManager.realms=$myRealm1,$myRealm3  

2、測試程式碼（com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.AuthenticatorTest）

2.1、首先通用化登入邏輯 

Java程式碼  收藏程式碼
  1. private void login(String configFile) {  
  2.     //1、獲取SecurityManager工廠，此處使用Ini配置檔案初始化SecurityManager  
  3.     Factory<org.apache.shiro.mgt.SecurityManager> factory =  
  4.             new IniSecurityManagerFactory(configFile);  
  5.     //2、得到SecurityManager例項 並繫結給SecurityUtils  
  6.     org.apache.shiro.mgt.SecurityManager securityManager = factory.getInstance();  
  7.     SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);  
  8.     //3、得到Subject及建立使用者名稱/密碼身份驗證Token（即使用者身份/憑證）  
  9.     Subject subject = SecurityUtils.getSubject();  
  10.     UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("zhang", "123");  
  11.     subject.login(token);  
  12. }  

2.2、測試AllSuccessfulStrategy成功：    

Java程式碼  收藏程式碼
  1. @Test  
  2. public void testAllSuccessfulStrategyWithSuccess() {  
  3.     login("classpath:shiro-authenticator-all-success.ini");  
  4.     Subject subject = SecurityUtils.getSubject();  
  5.     //得到一個身份集合，其包含了Realm驗證成功的身份資訊  
  6.     PrincipalCollection principalCollection = subject.getPrincipals();  
  7.     Assert.assertEquals(2, principalCollection.asList().size());  
  8. }   

即PrincipalCollection包含了zhang和[email protected]身份資訊。

2.3、測試AllSuccessfulStrategy失敗：

Java程式碼  收藏程式碼
  1.     @Test(expected = UnknownAccountException.class)  
  2.     public void testAllSuccessfulStrategyWithFail() {  
  3.         login("classpath:shiro-authenticator-all-fail.ini");  
  4.         Subject subject = SecurityUtils.getSubject();  
  5. }   

shiro-authenticator-all-fail.ini與shiro-authenticator-all-success.ini不同的配置是使用了securityManager.realms=$myRealm1,$myRealm2；即myRealm驗證失敗。

對於AtLeastOneSuccessfulStrategy和FirstSuccessfulStrategy的區別，請參照testAtLeastOneSuccessfulStrategyWithSuccess和testFirstOneSuccessfulStrategyWithSuccess測試方法。唯一不同點一個是返回所有驗證成功的Realm的認證資訊；另一個是隻返回第一個驗證成功的Realm的認證資訊。

自定義AuthenticationStrategy實現，首先看其API：

Java程式碼  收藏程式碼
  1. //在所有Realm驗證之前呼叫  
  2. AuthenticationInfo beforeAllAttempts(  
  3. Collection<? extends Realm> realms, AuthenticationToken token)   
  4. throws AuthenticationException;  
  5. //在每個Realm之前呼叫  
  6. AuthenticationInfo beforeAttempt(  
  7. Realm realm, AuthenticationToken token, AuthenticationInfo aggregate)   
  8. throws AuthenticationException;  
  9. //在每個Realm之後呼叫  
  10. AuthenticationInfo afterAttempt(  
  11. Realm realm, AuthenticationToken token,   
  12. AuthenticationInfo singleRealmInfo, AuthenticationInfo aggregateInfo, Throwable t)  
  13. throws AuthenticationException;  
  14. //在所有Realm之後呼叫  
  15. AuthenticationInfo afterAllAttempts(  
  16. AuthenticationToken token, AuthenticationInfo aggregate)   
  17. throws AuthenticationException;   

因為每個AuthenticationStrategy例項都是無狀態的，所有每次都通過介面將相應的認證資訊傳入下一次流程；通過如上介面可以進行如合併/返回第一個驗證成功的認證資訊。

自定義實現時一般繼承org.apache.shiro.authc.pam.AbstractAuthenticationStrategy即可，具體可以參考程式碼com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.authenticator.strategy包下OnlyOneAuthenticatorStrategy 和AtLeastTwoAuthenticatorStrategy。

到此基本的身份驗證就搞定了，對於AuthenticationToken 、AuthenticationInfo和Realm的詳細使用後續章節再陸續介紹。

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