让Apache Shiro保护你的应用
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:
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•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.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
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