权限设计

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2021-11-01 09:14 358阅读 0赞

前言：  
权限往往是一个极其复杂的问题，但也可简单表述为这样的逻辑表达式：判断"Who对What(Which)进行How的操作"的逻辑表达式是否为真。针对不同的应用，需要根据项目的实际情况和具体架构，在维护性、灵活性、完整性等N多个方案之间比较权衡，选择符合的方案。g

目标：  
直观，因为系统最终会由最终用户来维护，权限分配的直观和容易理解，显得比较重要，系统不辞劳苦的实现了组的继承，除了功能的必须，更主要的就是因为它足够直观。  
简单，包括概念数量上的简单和意义上的简单还有功能上的简单。想用一个权限系统解决所有的权限问题是不现实的。设计中将常常变化的"定制"特点比较强的部分判断为业务逻辑，而将常常相同的"通用"特点比较强的部分判断为权限逻辑就是基于这样的思路。  
扩展，采用可继承在扩展上的困难。的Group概念在支持权限以组方式定义的同时有效避免了重定义时  
现状：  
对于在企业环境中的访问控制方法，一般有三种：  
1.自主型访问控制方法。目前在我国的大多数的信息系统中的访问控制模块中基本是借助于自主型访问控制方法中的访问控制列表(ACLs)。  
2.强制型访问控制方法。用于多层次安全级别的军事应用。  
3.基于角色的访问控制方法（RBAC）。是目前公认的解决大型企业的统一资源访问控制的有效方法。其显著的两大特征是：1.减小授权管理的复杂性，降低管理开销。2.灵活地支持企业的安全策略，并对企业的变化有很大的伸缩性。  
名词：  
粗粒度：表示类别级，即仅考虑对象的类别(the type of object)，不考虑对象的某个特  
定实例。比如，用户管理中，创建、删除，对所有的用户都一视同仁，并不区分操作的具体对象实例。  
细粒度：表示实例级，即需要考虑具体对象的实例(the instance of object)，当然，细  
粒度是在考虑粗粒度的对象类别之后才再考虑特定实例。比如，合同管理中，列表、删除，需要区分该合同实例是否为当前用户所创建。  
原则：  
权限逻辑配合业务逻辑。即权限系统以为业务逻辑提供服务为目标。相当多细粒度的权限问题因其极其独特而不具通用意义，它们也能被理解为是"业务逻辑"的一部分。比如，要求："合同资源只能被它的创建者删除，与创建者同组的用户可以修改，所有的用户能够浏览"。这既可以认为是一个细粒度的权限问题，也可以认为是一个业务逻辑问题。在这里它是业务逻辑问题，在整个权限系统的架构设计之中不予过多考虑。当然，权限系统的架构也必须要能支持这样的控制判断。或者说，系统提供足够多但不是完全的控制能力。即，设计原则归结为："系统只提供粗粒度的权限，细粒度的权限被认为是业务逻辑的职责"。  
需要再次强调的是，这里表述的权限系统仅是一个"不完全"的权限系统，即，它不提供所有关于权限的问题的解决方法。它提供一个基础，并解决那些具有"共性"的(或者说粗粒度的)部分。在这个基础之上，根据"业务逻辑"的独特权限需求，编码实现剩余部分(或者说细粒度的)部分，才算完整。回到权限的问题公式，通用的设计仅解决了Who+What+How 的问题，其他的权限问题留给业务逻辑解决。  
概念：  
Who：权限的拥用者或主体（Principal、User、Group、Role、Actor等等）  
What：权限针对的对象或资源（Resource、Class）。  
How：具体的权限（Privilege, 正向授权与负向授权）。  
Role：是角色，拥有一定数量的权限。  
Operator：操作。表明对What的How 操作。  
说明：  
User：与 Role 相关，用户仅仅是纯粹的用户，权限是被分离出去了的。User是不能与 Privilege 直接相关的，User 要拥有对某种资源的权限，必须通过Role去关联。解决 Who 的问题。  
Resource：就是系统的资源，比如部门新闻，文档等各种可以被提供给用户访问的对象。资源可以反向包含自身，即树状结构，每一个资源节点可以与若干指定权限类别相关可定义是否将其权限应用于子节点。  
Privilege：是Resource Related的权限。就是指，这个权限是绑定在特定的资源实例上的。比如说部门新闻的发布权限，叫做"部门新闻发布权限"。这就表明，该Privilege是一个发布权限，而且是针对部门新闻这种资源的一种发布权限。Privilege是由Creator在做开发时就确定的。权限，包括系统定义权限和用户自定义权限用户自定义权限之间可以指定排斥和包含关系(如：读取，修改，管理三个权限，管理 权限 包含 前两种权限)。Privilege 如"删除" 是一个抽象的名词，当它不与任何具体的 Object 或 Resource 绑定在一起时是没有任何意义的。拿新闻发布来说，发布是一种权限，但是只说发布它是毫无意义的。因为不知道发布可以操作的对象是什么。只有当发布与新闻结合在一起时，才会产生真正的 Privilege。这就是 Privilege Instance。权限系统根据需求的不同可以延伸生很多不同的版本。  
Role：是粗粒度和细粒度(业务逻辑)的接口，一个基于粗粒度控制的权限框架软件，对外的接口应该是Role，具体业务实现可以直接继承或拓展丰富Role的内容，Role不是如同User或Group的具体实体，它是接口概念，抽象的通称。  
Group：用户组，权限分配的单位与载体。权限不考虑分配给特定的用户。组可以包括组(以实现权限的继承)。组可以包含用户，组内用户继承组的权限。Group要实现继承。即在创建时必须要指定该Group的Parent是什么Group。在粗粒度控制上，可以认为，只要某用户直接或者间接的属于某个Group那么它就具备这个Group的所有操作许可。细粒度控制上，在业务逻辑的判断中，User仅应关注其直接属于的Group，用来判断是否"同组" 。Group是可继承的，对于一个分级的权限实现，某个Group通过"继承"就已经直接获得了其父Group所拥有的所有"权限集合"，对这个Group而言，需要与权限建立直接关联的，仅是它比起其父Group需要"扩展"的那部分权限。子组继承父组的所有权限，规则来得更简单，同时意味着管理更容易。为了更进一步实现权限的继承，最直接的就是在Group上引入"父子关系"。  
User与Group是多对多的关系。即一个User可以属于多个Group之中，一个Group可以包括多个User。子Group与父Group是多对一的关系。Operator某种意义上类似于Resource + Privilege概念，但这里的Resource仅包括Resource Type不表示Resource Instance。Group 可以直接映射组织结构，Role 可以直接映射组织结构中的业务角色，比较直观，而且也足够灵活。Role对系统的贡献实质上就是提供了一个比较粗颗粒的分配单位。  
Group与Operator是多对多的关系。各概念的关系图示如下：  
解释：  
Operator的定义包括了Resource Type和Method概念。即，What和How的概念。之所以将What和How绑定在一起作为一个Operator概念而不是分开建模再建立关联，这是因为很多的How对于某What才有意义。比如，发布操作对新闻对象才有意义，对用户对象则没有意义。  
How本身的意义也有所不同，具体来说，对于每一个What可以定义N种操作。比如，对于合同这类对象，可以定义创建操作、提交操作、检查冲突操作等。可以认为，How概念对应于每一个商业方法。其中，与具体用户身份相关的操作既可以定义在操作的业务逻辑之中，也可以定义在操作级别。比如，创建者的浏览视图与普通用户的浏览视图要求内容不同。既可以在外部定义两个操作方法，也可以在一个操作方法的内部根据具体逻辑进行处理。具体应用哪一种方式应依据实际情况进行处理。  
这样的架构，应能在易于理解和管理的情况下，满足绝大部分粗粒度权限控制的功能需要。但是除了粗粒度权限，系统中必然还会包括无数对具体Instance的细粒度权限。这些问题，被留给业务逻辑来解决，这样的考虑基于以下两点：  
一方面，细粒度的权限判断必须要在资源上建模权限分配的支持信息才可能得以实现。比如，如果要求创建者和普通用户看到不同的信息内容，那么，资源本身应该有其创建者的信息。另一方面，细粒度的权限常常具有相当大的业务逻辑相关性。对不同的业务逻辑，常常意味着完全不同的权限判定原则和策略。相比之下，粗粒度的权限更具通用性，将其实现为一个架构，更有重用价值；而将细粒度的权限判断实现为一个架构级别的东西就显得繁琐，而且不是那么的有必要，用定制的代码来实现就更简洁，更灵活。  
所以细粒度控制应该在底层解决，Resource在实例化的时候，必需指定Owner和GroupPrivilege在对Resource进行操作时也必然会确定约束类型：究竟是OwnerOK还是GroupOK还是AllOK。Group应和Role严格分离User和Group是多对多的关系，Group只用于对用户分类，不包含任何Role的意义；Role只授予User，而不是Group。如果用户需要还没有的多种Privilege的组合，必须新增Role。Privilege必须能够访问Resource，同时带User参数，这样权限控制就完备了。  
思想：  
权限系统的核心由以下三部分构成：1.创造权限，2.分配权限，3.使用权限，然后，系统各部分的主要参与者对照如下：1.创造权限 - Creator创造，2.分配权限 - Administrator 分配，3.使用权限 - User：  
1. Creator 创造 Privilege， Creator 在设计和实现系统时会划分，一个子系统或称为模块，应该有哪些权限。这里完成的是 Privilege 与 Resource 的对象声明，并没有真正将 Privilege 与具体Resource 实例联系在一起，形成Operator。  
2. Administrator 指定 Privilege 与 Resource Instance 的关联。在这一步， 权限真正与资源实例联系到了一起， 产生了Operator（Privilege Instance）。Administrator利用Operator这个基本元素，来创造他理想中的权限模型。如，创建角色，创建用户组，给用户组分配用户，将用户组与角色关联等等...这些操作都是由 Administrator 来完成的。  
3. User 使用 Administrator 分配给的权限去使用各个子系统。Administrator 是用户，在他的心目中有一个比较适合他管理和维护的权限模型。于是，程序员只要回答一个问题，就是什么权限可以访问什么资源，也就是前面说的 Operator。程序员提供 Operator 就意味着给系统穿上了盔甲。Administrator 就可以按照他的意愿来建立他所希望的权限框架可以自行增加，删除，管理Resource和Privilege之间关系。可以自行设定用户User和角色Role的对应关系。(如果将 Creator看作是 Basic 的发明者， Administrator 就是 Basic 的使用者，他可以做一些脚本式的编程) Operator是这个系统中最关键的部分，它是一个纽带，一个系在Programmer，Administrator，User之间的纽带。  
用一个功能模块来举例子。  
一．建立角色功能并做分配：  
1．如果现在要做一个员工管理的模块(即Resources)，这个模块有三个功能，分别是：增加，修改，删除。给这三个功能各自分配一个ID，这个ID叫做功能代号：  
Emp\_addEmp，Emp\_deleteEmp，Emp\_updateEmp。  
2．建立一个角色(Role)，把上面的功能代码加到这个角色拥有的权限中，并保存到数据库中。角色包括系统管理员，测试人员等。  
3．建立一个员工的账号，并把一种或几种角色赋给这个员工。比如说这个员工既可以是公司管理人员，也可以是测试人员等。这样他登录到系统中将会只看到他拥有权限的那些模块。  
二．把身份信息加到Session中。  
登录时，先到数据库中查找是否存在这个员工，如果存在，再根据员工的sn查找员工的权限信息，把员工所有的权限信息都入到一个Hashmap中，比如就把上面的Emp\_addEmp等放到这个Hashmap中。然后把Hashmap保存在一个UserInfoBean中。最后把这个UserInfoBean放到Session中，这样在整个程序的运行过程中，系统随时都可以取得这个用户的身份信息。  
三．根据用户的权限做出不同的显示。  
可以对比当前员工的权限和给这个菜单分配的"功能ID"判断当前用户是否有打开这个菜单的权限。例如：如果保存员工权限的Hashmap中没有这三个ID的任何一个，那这个菜单就不会显示，如果员工的Hashmap中有任何一个ID，那这个菜单都会显示。  
对于一个新闻系统(Resouce)，假设它有这样的功能(Privilege)：查看，发布，删除，修改；假设对于删除，有"新闻系统管理者只能删除一月前发布的，而超级管理员可删除所有的这样的限制，这属于业务逻辑(Business logic)，而不属于用户权限范围。也就是说权限负责有没有删除的Permission，至于能删除哪些内容应该根据UserRole or UserGroup来决定(当然给UserRole or UserGroup分配权限时就应该包含上面两条业务逻辑)。  
一个用户可以拥有多种角色，但同一时刻用户只能用一种角色进入系统。角色的划分方法可以根据实际情况划分，按部门或机构进行划分的，至于角色拥有多少权限，这就看系统管理员赋给他多少的权限了。用户—角色—权限的关键是角色。用户登录时是以用户和角色两种属性进行登录的（因为一个用户可以拥有多种角色，但同一时刻只能扮演一种角色），根据角色得到用户的权限，登录后进行初始化。这其中的技巧是同一时刻某一用户只能用一种角色进行登录。  
针对不同的"角色"动态的建立不同的组，每个项目建立一个单独的Group，对于新的项目，建立新的 Group 即可。在权限判断部分，应在商业方法上予以控制。比如：不同用户的"操作能力"是不同的(粗粒度的控制应能满足要求)，不同用户的"可视区域"是不同的(体现在对被操作的对象的权限数据，是否允许当前用户访问，这需要对业务数据建模的时候考虑权限控制需要)。  
扩展性：  
有了用户/权限管理的基本框架，Who(User/Group)的概念是不会经常需要扩展的。变化的可能是系统中引入新的 What (新的Resource类型)或者新的How(新的操作方式)。那在三个基本概念中，仅在Permission上进行扩展是不够的。这样的设计中Permission实质上解决了How 的问题，即表示了"怎样"的操作。那么这个"怎样"是在哪一个层次上的定义呢？将Permission定义在"商业方法"级别比较合适。比如，发布、购买、取消。每一个商业方法可以意味着用户进行的一个"动作"。定义在商业逻辑的层次上，一方面保证了数据访问代码的"纯洁性"，另一方面在功能上也是"足够"的。也就是说，对更低层次，能自由的访问数据，对更高层次，也能比较精细的控制权限。  
确定了Permission定义的合适层次，更进一步，能够发现Permission实际上还隐含了What的概念。也就是说，对于What的How操作才会是一个完整的Operator。比如，"发布"操作，隐含了"信息"的"发布"概念，而对于"商品"而言发布操作是没有意义的。同样的，"购买"操作，隐含了"商品"的"购买"概念。这里的绑定还体现在大量通用的同名的操作上，比如，需要区分"商品的删除"与"信息的删除"这两个同名为"删除"的不同操作。  
提供权限系统的扩展能力是在Operator (Resource + Permission)的概念上进行扩展。Proxy 模式是一个非常合适的实现方式。实现大致如下：在业务逻辑层(EJB Session Facade \[Stateful SessionBean\]中)，取得该商业方法的Methodname，再根据Classname和 Methodname 检索Operator 数据，然后依据这个Operator信息和Stateful中保存的User信息判断当前用户是否具备该方法的操作权限。  
应用在 EJB 模式下，可以定义一个很明确的 Business层次，而一个Business 可能意味着不同的视图，当多个视图都对应于一个业务逻辑的时候，比如，Swing Client以及 Jsp Client 访问的是同一个 EJB 实现的 Business。在 Business 层上应用权限较能提供集中的控制能力。实际上，如果权限系统提供了查询能力，那么会发现，在视图层次已经可以不去理解权限，它只需要根据查询结果控制界面就可以了。  
灵活性：  
Group和Role，只是一种辅助实现的手段，不是必需的。如果系统的Role很多，逐个授权违背了"简单，方便"的目的，那就引入Group，将权限相同的Role组成一个Group进行集中授权。Role也一样，是某一类Operator的集合，是为了简化针对多个Operator的操作。  
Role把具体的用户和组从权限中解放出来。一个用户可以承担不同的角色，从而实现授权的灵活性。当然，Group也可以实现类似的功能。但实际业务中，Group划分多以行政组织结构或业务功能划分；如果为了权限管理强行将一个用户加入不同的组，会导致管理的复杂性。  
Domain的应用。为了授权更灵活，可以将Where或者Scope抽象出来，称之为Domain，真正的授权是在Domain的范围内进行，具体的Resource将分属于不同的Domain。比如：一个新闻机构有国内与国外两大分支，两大分支内又都有不同的资源（体育类、生活类、时事政治类）。假如所有国内新闻的权限规则都是一样的，所有国外新闻的权限规则也相同。则可以建立两个域，分别授权，然后只要将各类新闻与不同的域关联，受域上的权限控制，从而使之简化。  
权限系统还应该考虑将功能性的授权与资源性的授权分开。很多系统都只有对系统中的数据（资源）的维护有权限控制，但没有对系统功能的权限控制。  
权限系统最好是可以分层管理而不是集中管理。大多客户希望不同的部门能且仅能管理其部门内部的事务，而不是什么都需要一个集中的Administrator或Administrators组来管理。虽然你可以将不同部门的人都加入Administrators组，但他们的权限过大，可以管理整个系统资源而不是该部门资源。  
正向授权与负向授权：正向授权在开始时假定主体没有任何权限，然后根据需要授予权限，适合于权限要求严格的系统。负向授权在开始时假定主体有所有权限，然后将某些特殊权限收回。  
权限计算策略：系统中User，Group，Role都可以授权，权限可以有正负向之分，在计算用户的净权限时定义一套策略。  
系统中应该有一个集中管理权限的AccessService，负责权限的维护（业务管理员、安全管理模块）与使用（最终用户、各功能模块），该AccessService在实现时要同时考虑一般权限与特殊权限。虽然在具体实现上可以有很多，比如用Proxy模式，但应该使这些Proxy依赖于AccessService。各模块功能中调用AccessService来检查是否有相应的权限。所以说，权限管理不是安全管理模块自己一个人的事情，而是与系统各功能模块都有关系。每个功能模块的开发人员都应该熟悉安全管理模块，当然，也要从业务上熟悉本模块的安全规则。  
技术实现：  
1．表单式认证，这是常用的，但用户到达一个不被授权访问的资源时，Web容器就发  
出一个html页面，要求输入用户名和密码。  
2．一个基于Servlet Sign in/Sign out来集中处理所有的Request，缺点是必须由应用程序自己来处理。  
3．用Filter防止用户访问一些未被授权的资源，Filter会截取所有Request/Response，  
然后放置一个验证通过的标识在用户的Session中，然后Filter每次依靠这个标识来决定是否放行Response。  
这个模式分为：  
Gatekeeper ：采取Filter或统一Servlet的方式。  
Authenticator： 在Web中使用JAAS自己来实现。  
用户资格存储LDAP或数据库：  
1. Gatekeeper拦截检查每个到达受保护的资源。首先检查这个用户是否有已经创建  
好的Login Session，如果没有，Gatekeeper 检查是否有一个全局的和Authenticator相关的session？  
2. 如果没有全局的session，这个用户被导向到Authenticator的Sign-on 页面，  
要求提供用户名和密码。  
3. Authenticator接受用户名和密码，通过用户的资格系统验证用户。  
4. 如果验证成功，Authenticator将创建一个全局Login session，并且导向Gatekeeper  
来为这个用户在他的web应用中创建一个Login Session。  
5. Authenticator和Gatekeepers联合分享Cookie，或者使用Tokens在Query字符里。  
  
  
  
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权限系统(1)--基本模式  
  
在系统中发生的事情，抽象的说都是某个主体(subject)在某个资源(resource)上执行了某个操作(operation)。  
subject --\[operation\]--> resource  
所谓权限管理，就是在这条信息传递路径中加上一些限制性控制。  
主体试图去做的 limited by 系统允许主体去做的 = 主体实际做的。  
可以看到，权限控制基本对应于filter模式。subject试图去做的事情应该由业务逻辑决定，因而应该编码在业务系统中。  
  
先考虑最粗粒度的控制策略，控制点加在subject处，即无论从事何种操作，针对何种资源，我们首先需要确认subject是受控的。只有通过认证的用户才能使用系统功能，这就是authentication。boolean isAllowed subject)  
稍微复杂一些，控制可以施加在subject和operation的边界处（此时并不知道具体进行何种操作），称为模块访问控制，即只有某些用户才能访问特定模块。isAllowed(subject, operation set)  
第三级控制直接施加在operation上，即操作访问控制。operation知道resource和subject（但它尚没有关于resource的细节知识)，我们能够采取的权限机制是bool isAllowed(subject, operation, resource), 返回true允许操作，返回false则不允许操作。  
  
最简单的情况下，subject与resource之间的访问控制关系是静态的，可以直接写成一个权限控制矩阵  
  
for operationA:  
resourceA resourceB  
subjectA 1 0  
subjectB 0 1  
  
  
isAllowed(subjectA, resourceA)恒等于true  
  
如果多个operation的权限控制都可以通过这种方式来表示，则多个权限控制矩阵可以叠加在一起  
  
for operationA, operationB:  
resourceA resourceB  
subjectA 10 01  
subjectB 01 11  
  
当subject和resource的种类很多时，权限控制矩阵急剧膨胀，它的条目数是N\*M。很显然，我们需要进行矩阵分解。这也是最基本的控制手段之一: 在系统中增加一个瓶颈，或者说寻找到隐含的结构。  
subject\_resource = subject\_role \* role\_resource  
这样系统权限配置条目的数量为 N\*R + R\*M, 如果R的数目远小于subject和resource，则实现简化。这称为RBAC(role based access control)，它的一个额外好处是权限系统的部分描述可以独立于subject存在，即在系统中没有任何用户的时候，通过角色仍然可以表达部分权限信息。可以说角色是subject在权限系统中的代理(分解)。  
  
有时候引入一个瓶颈还不过瘾，有人引入组的概念，与role串联，  
subject\_resource = subject\_group\_role \* role\_resource  
或着group与role并联,  
subject\_resource = subject\_group \* group\_resource  
  
与role稍有不同，一般情况下group的业务含义更加明显，可能对应于组织结构等。将组织机构明确引入权限体系，有的时候比较方便，但对于权限系统自身的稳定性而言，未见得有什么太大的好处。并联模式有些多余，串联模式又过于复杂，细节调整困难，特别是多条控制路径造成的冲突情况。一般情况下，我不提倡将group引入权限控制中。  
  
比操作控制更加深入的控制就是数据控制了，此时需要对于resource的比较全面的知识。虽然表面上，仍然是  
boolean isAllowed(subject, operation, resource)，但控制函数需要知道resource的细节。例如行级控制(row-level)或者列级控制(column-level)的实现。因为我们一般情况下不可能将每一个条目都建模为独立的resource，而只能是存在一个整体描述，例如所有密级为绝密的文档。在witrix平台中，数据控制主要通过数据源的filter来实现，因为查询条件（数据的定位条件)已经被对象化为Query类，所以我们可以在合适的地方自由的追加权限控制条件。  
  
以上的讨论中，权限控制都是根据某些静态描述信息来进行的，但现实世界是多变的。最简单的，当subject从事不同业务时，对应于同一组资源，也可能对应的权限控制并不同(在witrix平台中,对应于IDataSource的模式切换)。更复杂一些, 在不同的时刻, 我们需要根据其他附加信息来作出是否允许操作的判断, 即此时我们权限设置的不仅仅是一些静态的描述信息, 而是一个完整的控制函数, 这就是所谓的工作流权限控制,一种动态权限控制.

**权限系统(2)--operation**

权限控制可以看作一个filter模式的应用, 这也符合AOP思想的应用条件。在一个简化的图象中，我们只需要将一个判别函数 isAllowed(subject, operation, resource)插入到所有安全敏感的函数调用之前就可以了。虽然概念上很完美，具体实现的时候仍然有一些细节上的问题。基本的困难在于很难在最细的粒度上指定权限控制规则（连续的？动态的？可扩展的？），因而我们只能在一些关键处指定权限规则，或者设置一些整体性的权限策略，然后通过特定的推理来推导出细粒度的权限规则，这就引出结构的问题。我们需要能够对权限控制策略进行有效的描述（控制策略的结构），并且决定如何与程序结构相结合。subject, operation和resource为了支持推理，都可能需要分化出复杂的结构，而不再是简单的原子性的概念。而在与程序结构结合这一方面，虽然AOP使得我们可以扩展任何函数，但这种扩展需要依赖于cutpoint处所能得到的信息，因而权限控制的有效实施也非常依赖于功能函数本身良好的设计。有的时候因为需要对结构有过于明确的假定，权限控制的实现不得不牺牲一定的通用性。  
  
下面我们将分别讨论一下operation, subject和resource的结构分解的问题。首先是operation。  
说到推理结构，让人最先想起的就是决策树，树形结构，在面向对象语言中可以对应于继承。金字塔式的树形结构也正是在现实世界中我们应用最多的控制结构。通过层层分解，operation的结构可以组织为一棵树,  
应用程序 ==> 各个子系统 ==> 每个子系统的功能模块 ==> 子功能模块  
==> 每个模块的功能点(具有明确的业务含义) ==> 每个功能点对应的访问函数(程序实现中的结构)  
一个常见的需求是根据权限配置决定系统菜单树的显示，一般控制用户只能看到自己有权操作的功能模块和功能按钮。这种需求的解决方法是非常直接的。首先，在后台建立子系统到功能模块，功能模块到功能点以及功能点到实现函数之间的映射表（如果程序组织具有严格规范，这甚至可以通过自动搜集得到）。然后，在权限配置时建立用户与功能点之间的关联。此时，通过一个视图，我们就可以搜集到用户对哪些功能模块具有访问权限的信息。  
  
为了控制菜单树的显示，witrix平台中的SiteMap采用如下策略：  
1. 如果用户对某个子功能具有操作权限，则所有父菜单项都缺省可用  
2. 如果用户对某个功能具有操作权限，并且标记为cascade，则所有子菜单项都自动缺省可用  
3. 如果明确指定功能不可用，则该菜单及子菜单都强制不可用  
4. 如果明确指定功能对所有人可用，则不验证权限，所有子菜单自动缺省可用  
4. 强制设定覆盖缺省值  
5. 不可用的菜单缺省不可见  
6. 明确标记为可见的菜单即使不可用也可见  
7. 父菜单可见子菜单才可见  
我们通过预计算来综合考虑这些相互影响的控制策略。尽量将推导运算预先完成也是解决性能问题的不二法门。  
  
在witrix平台中，每一次网络访问的url都符合jsplet框架所要求的对象调用格式，需要指定objectName和objectEvent参数，这就对应于功能点的访问函数。访问控制点集中在objectManager并且访问格式是标准的。使用spring等AOP方式实现细粒度访问控制，困难似乎在于不容易引入外部配置信息（例如功能点信息等），而且控制点所对应的对象函数格式也不统一，因而多数需要在细粒度上一一指定。

**权限系统(3)-- subject**

权限控制中，subject可能不会简单的对应于userId, 而是包含一系列的security token或certificate, 例如用户登陆地址，登陆时间等。一般情况下，这些信息在权限系统中的使用都是很直接的，不会造成什么问题。  
subject域中最重要的结构是user和role的分离，可以在不存在user的情况下，为role指定权限。有人进一步定义了userGroup的概念，可以为userGroup指定role，而user从其所属的group继承role的设置。一般情况下，我不提倡在权限系统中引入userGroup的概念。这其中最重要的原因就是它会造成多条权限信息传递途径，从而产生一种路径依赖, 并可能出现信息冲突的情况。一般user与group的关联具有明确的业务含义，因而不能随意取消。如果我们希望对user拥有的权限进行细调，除去user从group继承的某个不应该拥有的权限，解决的方法很有可能是所谓的负权限，即某个权限条目描述的是不能做某某事。负权限会造成各个权限设置之间的互相影响，造成必须尝试所有权限规则才能作出判断的困境，引出对额外的消歧策略的需求，这些都极大的限制了系统的可扩展性。在允许负权限的环境中，管理员将无法直接断定某个权限设置的最终影响，他必须在头脑中完成所有的权限运算之后才能理解某用户最终拥有的实际权限，如果发现权限设置冲突，管理员可能需要多次尝试才能找到合适方案。这种配置时的推理需求可能会增加配置管理的难度，造成微妙的安全漏洞，而且负权限导致的全局关联也降低了权限系统的稳定性。我更倾向于将group作为权限设置时的一种辅助标记手段，系统中只记录用户最终拥有的角色，即相当于记录用户通过group拥有权限的推导完成的结果, 如果需要权限细调，我们直接在用户拥有的角色列表上直接进行。当然，如果实现的复杂一些，权限系统对外暴露的接口仍然可以模拟为能够指定userGroup的权限。  
推理在面向对象语言中最明显的表现是继承，所以有些人将subject域中的推理直接等价于role之间的继承问题，这未必是最好的选择。继承可以形成非常复杂的推理关系，但是可能过于复杂了（特别是直接使用sql语句无法实现树形推理查询）。按照级列理论，从不相关发展到下一阶段是出现简单的序关系，即我们可以说subject出现级别上的差异，高级别subject将自动具有低级别的权限。一种选择是定义roleRank,规定高级别role自动具有低级别role的权限，但考虑到user与role的两分结构，我们也可以同时定义userRank和roleRank,规定高级别user自动具有低级别的role，而role之间不具有推理关系。在面向对象领域中，我们已经证实了完全采用继承来组织对象关系会导致系统的不稳定，所以我倾向于第二种选择，即将role看作某种类似于interface的东西，一种权限的切片。为了进一步限制这种推导关系，我们可以定义所谓的安全域的概念. security domain, 规定推导只能在一定的域中才能进行。  
select user.userId, role.roleId  
from user, role  
where user.userRank > role.roleRank  
and user.domain = role.domain  
  
将权限控制一般需要施加在最细的粒度上，这在复杂的系统中可能过于理想化了。复杂的情况下我们需要进行局部化设计，即进行某些敏感操作之前进行一系列复杂的权限校验工作。当完成这些工作之后，进入某个security zone, 在其中进行操作就不再需要校验了。  
总的来说，权限系统采用非常复杂的结构效果未必理想。很多时候只是个管理模式的问题，应该尽量通过重新设计权限空间的结构来加以规避。不过在一些非常复杂的权限控制环境下，也许简单的描述信息确实很难有效的表达权限策略（虽然我从未遇到过），此时尝试一下规则引擎可能比在权限系统中强行塞入越来越多的约束要好的多  
  
**权限系统(4)--resource**

权限管理中进行数据访问控制，其基本模式如下  
operation target = selector(resource)  
selector = user selector + auth filter  
这里需要对resource的结构，以及选择算子的显式建模。selector必须允许权限系统追加filter，例如  
IDataSource包中所使用的Query对象。  
sql语言的表达能力有限, 作为选择算子来使用有时需要resource作一些结构上的调整，增加一些冗余的字段。例如表达一段时间内的利率，我们需要使用from\_date和to\_date两个字段来进行描述，其中to\_date的值与下一条记录的from\_date相同。  
value from\_date to\_date  
0.01 2003-01-01 2003-05-01  
0.012 2003-05-01 2004-01-01  
  
如果表达一条航线中的多个阶段，我们可能会在每条记录中增加起始站和终点站两个字段。  
更重要的一个常见需求是树形结构在关系数据库中的表达。为了能够直接操纵一个分支下的所有记录，在层次固定的情况下，我们可能会增加多个分类字段，例如数据仓库中的层次维度。在层次数目不确定的情况下，我们将不得不使用层次码或者类似于url的其他方案，通过layer\_code like '01.01.%' 之类的语句实现分支选择。为了限制选择的深度，我们可能还需要layer\_level字段。基于层次码和层次数，我们可以建立多种选择算子，例如包含所有直接子节点，包含自身及所有父节点等等。  
[http://www.dbazine.com/oracle/or-articles/tropashko4][http_www.dbazine.com_oracle_or-articles_tropashko4]

**权限系统(5)--动态性**

动态权限最简单的一个表现是时限性，subject只在某个时间段内具有某种权限。这只需要在user和role的映射中，或者role自身的属性中增加startTime和expireTime即可。  
  
更复杂的动态性一般与流程控制相关，此时权限控制应该由工作流系统完成，而不是在数据上增加越来越多的权限标记。在witrix平台中，使用tpl模板技术来定制权限设置。  
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**基于** **RBAC** **模型的权限管理系统的设计和实现**

裴辉东 梁云风

（ 1. 山东省烟台海颐软件股份有限公司；2山东省烟台东方电子信息产业股份有限公司）

**摘要：** 提出了基于RBAC模型的权限管理 系统的 设计和实现方案。介绍了采用的J2EE架构的多层体系结构设计，阐述了基于角色的访问控制RBAC模型的设计思想 ，并讨论了权限管理系统的核心面向对象设计模型，以及权限访问、权限控制和权限存储机制等关键技术。

**关键词：** 权限管 理系统；角色；访问控制；RBAC模型；J2EE；LDAP

**0**  **引言**

管理信息系统是一个复杂的人机交互系统，其中每个具体环节都可能受到安全威胁。构建强健的权限管理系统，保证管理信息系统的安全性是十分重要的。权限管理系统是管理信息系统中可代码重用性最高的模块之一。任何多用户的系统都不可避免的涉及到相同的权限需求，都需要解决实体鉴别、数据保密性、数据完整性、防抵赖和访问控制等安全服务 (据ISO7498-2) 。例如，访问控制服务要求系统根据操作者已经设定的操作权限，控制操作者可以访问哪些资源，以及确定对资源如何进行操作。

目前，权限管理系统也是重复开发率最高的模块之一。在企业中，不同的应用系统都拥有一套独立的权限管理系统。每套权限管理系统只满足自身系统的权限管理需要，无论在数据存储、权限访问和权限控制机制等方面都可能不一样，这种不一致性存在如下弊端：

a. 系统管理员需要维护多套权限管理系统，重复劳动。

b. 用户管理、组织机构等数据重复维护，数据一致性、完整性得不到保证。

c. 由于权限管理系统的设计不同，概念解释不同，采用的技术有差异，权限管理系统之间的集成存在问题，实现单点登录难度十分大，也给企业构建企业门户带来困难。

采用统一的安全管理设计思想，规范化设计和先进的技术架构体系，构建一个通用的、完善的、安全的、易于管理的、有良好的可移植性和扩展性的权限管理系统，使得权限管理系统真正成为权限控制的核心，在维护系统安全方面发挥重要的作用，是十分必要的。

本文介绍一种基于角色的访问控制RBAC（Role-Based policies Access Control）模型的权限管理系统的设计和实现，系统采用基于J2EE架构技术实现。并以讨论了应用系统如何进行 权限的访问和控制 。

**1**  **采用** **J2EE** **架构设计**

采用J2EE企业平台架构构建权限管理系统。J2EE架构集成了先进的软件体系架构思想，具有采用多层分布式应用模型、基于组件并能重用组件、统一完全模型和灵活的事务处理控制等特点。

系统逻辑上分为四层：客户层、Web层、业务层和资源层。

a. 客户层主要负责人机交互。可以使系统管理员通过Web浏览器访问，也可以提供不同业务系统的API、Web Service调用。

b. Web层封装了用来提供通过Web访问本系统的客户端的表示层逻辑的服务。

c. 业务层提供业务服务，包括业务数据和业务逻辑，集中了系统业务处理。主要的业务管理模块包括组织机构管理、用户管理、资源管理、权限管理和访问控制几个部分。

d. 资源层主要负责数据的存储、组织和管理等。资源层提供了两种实现方式：大型关系型数据库（如ORACLE）和LDAP（Light Directory Access Protocol，轻量级目录访问协议）目录服务器（如微软的活动目录）。

**2 RBAC** **模型**

访问控制是针对越权使用资源的防御措施。基本目标是为了限制访问主体（用户、进程、服务等）对访问客体（文件、系统等）的访问权限，从而使计算机系统在合法范围内使用；决定用户能做什么，也决定代表一定用户利益的程序能做什么\[1\]。

企业环境中的访问控制策略一般有三种：自主型访问控制方法、强制型访问控制方法和基于角色的访问控制方法（RBAC）。其中，自主式太弱，强制式太强，二者工作量大，不便于管理\[1\]。基于角色的访问控制方法 是目前公认的解决大型企业的统一资源访问控制的有效方法。其显著的两大特征是： 1.减 小授权管理的复杂性，降低管理开销 ；2.灵活地支 持企业的安全策略，并对企业的变化有很大的伸缩性。

NIST（The National Institute of Standards and Technology，美国国家标准与技术研究院）标准RBAC模型由4个部件模型组成，这4个部件模型分别是基本模型RBAC0（Core RBAC）、角色分级模型RBAC1（Hierarchal RBAC）、角色限制模型RBAC2（Constraint RBAC）和统一模型RBAC3（Combines RBAC）\[1\]。RBAC0模型如图1所示。

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图1 RBAC0 模型

a. RBAC0定义了能构成一个RBAC控制系统的最小的元素集合。在RBAC之中,包含用户users(USERS)、角色roles(ROLES)、目标objects(OBS)、操作operations(OPS)、许可权permissions(PRMS)五个基本数据元素，权限被赋予角色,而不是用户，当一个角色被指定给一个用户时，此用户就拥有了该角色所包含的权限。会话sessions是用户与激活的角色集合之间的映射。RBAC0与传统访问控制的差别在于增加一层间接性带来了灵活性，RBAC1、RBAC2、RBAC3都是先后在RBAC0上的扩展。

b. RBAC1引入角色间的继承关系，角色间的继承关系可分为一般继承关系和受限继承关系。一般继承关系仅要求角色继承关系是一个绝对偏序关系，允许角色间的多继承。而受限继承关系则进一步要求角色继承关系是一个树结构。

c. RBAC2模型中添加了责任分离关系。RBAC2的约束规定了权限被赋予角色时,或角色被赋予用户时,以及当用户在某一时刻激活一个角色时所应遵循的强制性规则。责任分离包括静态责任分离和动态责任分离。约束与用户-角色-权限关系一起决定了RBAC2模型中用户的访问许可。

d. RBAC3包含了RBAC1和RBAC2，既提供了角色间的继承关系，又提供了责任分离关系。

**3** **核心对象模型设计**

根据 RBAC模型的权限设计思想，建立权限管理系统的核心对象模型。如图2所示。

对象模型中包含的基本元素主要有：用户（Users）、用户组（Group）、角色（Role）、目标（Objects）、 访问模式 （Access Mode）、操作（Operator）。主要的关系有：分配角色权限PA（Permission Assignment）、分配用户角色UA（Users Assignmen描述如下：

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图2  权限管理系统核心类图

**a .控制对象：** 是系统所要保护的资源（Resource），可 以被访问的对象 。 资源的定义需要注 意以下两个问题：

1.资源具有层次关系和包含关系 。例如，网页是资源，网页上的按钮、文本框等对象也是资源，是网页节点的子节点，如可以访问按钮，则必须能够访问页面。

2. 这里提及的资源概念是指资源的类别 （Resource Class），不是某个特定资源的实例（Resource Instance）。 资源的类别和资源的实例的区分，以及资源的粒度的细分，有利于确定权限管理系统和应用系统之间的管理边界，权限管理系统需要对于资源的类别进行权限管理，而应用系统需要对特定资源的实例进行权限管理。两者的区分主要是基于以下两点考虑：

一方面，资源实例的权限常具有资源的相关性。即根据资源实例和访问资源的主体之间的关联关系，才可能进行资源的实例权限判断。

例如，在管理信息系统中，需要按照营业区域划分不同部门的客户， A区和B区 都具有修改客户资料这一受控的资源，这里“客户档案资料”是属于资源的类别的范畴。如果规 定A区只能修改A区 管理的客户资料，就必须要区分出资料的归属，这里的 资源是属于资源实例的范畴 。客户档案（资源）本身应该有其使用者的信息（客户资料可能就含有营业区域这一属性），才能区分特定资源的实例操作，可以修改属于自己管辖的信息内容。

另一方面，资源的实例权限常具有相当大的业务逻辑相关性。对不同的业务逻辑，常常意味着完全不同的权限判定原则和策略。

**b.权限：** 对受保护的资源操作的访问许可 (Access Permission) ，是绑定在特定的资源实例上的。对应地，访问策略 （Access Strategy）和资源 类别 相关，不同的资源 类别 可能采用不同的访问模式（Access Mode）。例如，页面具有能打开、不能打开的 访问模式，按钮具有可用、不可用的访问模式，文本编辑框具有可编辑、不可编辑的访问模式。同一资源的访问策略可能存在排斥和包含关系。例如，某个数据集的可修改访问模式就包含了可查询访问模式。

**c.用户：** 是 权限的拥有者或主体。用户和权限实现分离，通过授权管理进行绑定。

**d.用户组：** 一组用户的集合。在业务逻辑的判断中，可以实现基于个人身份或组的身份进行判断。系统弱化了用户组的概念，主要实现用户（个人的身份）的方式。

**e.角色：** 权限分配的单位与载体。角色通过继承关系支持分级的权限实现。例如，科长角色同时具有科长角色、科内不同业务人员角色。

**f.操作：** 完成资源的类别和访问策略之间的绑定。

**g.分配角色权限PA：** 实现操作和角色之间的关联关系映射。

**h.分配用户角色UA：** 实现用户和角色之间的关联关系映射。

该对象模型最终将访问控制模型转化为访问矩阵形式。访问矩阵中的行对应于用户，列对应于操作，每个矩阵元素规定了相应的角色，对应于相应的目标被准予的访问许可、实施行为。按访问矩阵中的行看，是访问能力表CL(Access Capabilities)的内容；按访问矩阵中的列看，是访问控制表ACL（Access Control Lists）的内容。

**4**  **权限访问机制**

权限管理系统端：提供集中管理权限的服务，负责提供用户的鉴别、用户信息、组织结构信息,以及权限 关系表 的计算。如图3所示。

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图3 权限的访问示意图

Fig.3 Privilege invoke

系统根据用户，角色、操作、 访问 策略和控制对象之间的关联关系，同时考虑权限的正负向授予，计算出用户的最小权限。在 业务逻辑层采用 Session Bean实现此服务，也可以发布成Web Service。采用代理Proxy模式，集中控制来自应用系统的所要访问的权限计算服务，并返回权限关系表，即二元组\{ObjectId，OperatorId\}。

应用系统端：可以通过访问能力表CL和访问控制表ACL两种可选的访问方式访问权限管理系统。 以基于 J2EE 框架的应用系统为例，说明访问过程 ：

a.首先采用基于表单的验证，利用Servlet方式集中处理登录请求\[2\]。考虑到需要鉴别的实体是用户，采用基于ACL访问方式。用户登录时调用权限管理系统的用户鉴别服务，如果验证成功，调用权限计算服务，并返回权限关系表，以HashMap的方式存放到登录用户的全局Session中；如果没有全局的Session或者过期，则被导向到登录页面，重新获取权限。

b.直接URL资源采用基于CL访问方式进行的访问控制。如果用户直接输入URL地址访问页面，有两种方法控制访问：1.通过权限标签读取CL进行控制；2.采取Filter模式，进行权限控制，如果没有权限，则重定向到登录页面。

**5**  **权限控制机制**

权限所要控制的资源类别是根据应用系统的需要而定义的，具有的语义和控制规则也是应用系统提供的，对于权限管理系统来说是透明的，权限将不同应用系统的资源和操作统一对待。应用系统调用权限管理系统所获得的权限关系表，也是需要应用系统来解释的。按此设计，权限管理系统的通用性较强，权限的控制机制则由应用系统负责处理。

由于应用系统的权限控制与特定的技术环境有关，以基于 J2EE架 构的应用系统为例来说明，系统 主要的展示组件是JSP页面， 采用标记库和权限控制组件共同来实现。

a. 权限标识：利用标签来标识不同级别资源，页面权限标签将标识页面对象。

b. 权限注册：遍历JSP页面上的权限控制标签，读取JSP的控制权限。通过权限注册组件将JSP页面上的权限控制对象以及规则注册到权限管理信息系统中。

c. 权限控制：应用系统用户登录系统时，从权限管理系统获得权限关系表之后，一方面，权限标签控制页面展示；另一方面，利用权限控制组件在业务逻辑中进行相应的权限 控制 ， 尤其是和业务逻辑紧密联系的控制对象实例的权限控制。

**6**  **权限存储机制**

权限管理系统采用了两种可选的存储机制：LDAP（Lightweight Directory Access Protocol）目录服务数据库和关系型数据库。存储用户信息、组织结构、角色、操作、访问模式等信息。

其中，目录服务系统基于LDAP标准，具有广泛的数据整合和共享能力。元目录（Meta-Directory）功能允许快速、简洁的与企业现存基础结构进行集成，解决基于传统RDBMS等用户数据库与LDAP用户数据库的同步问题。

**7**  **结语**

本文论述了 一种基于RBAC模型的权限管理系统的 实现技术方案。该 权限管理系统 已成功应用于系统的设计和开发实践，与应用系统具有很好的集成。实践表明，采用 基于RBAC模型的权限具有以下优势：权限分配 直观、容易理解，便于使用；扩展性好，支持岗位、权限多变的需求；分级权限适合分层的组织结构形式；重用性强。

**参考文献**

1. 段云所（著）（Duan Yunsuo）。信息安全概论。北京:高等教育出版社（Beijing：Publishing House of Higher Education），2003

2. Kevin Duffey Vikram Goyal Ted Husted著。JSP站点设计编程指南（Professional JSP Site Design）。北京：电子工业出版社（Beijing：Publishing House of Electronics Industry），2002

转载于:https://www.cnblogs.com/seandotnet/archive/2006/12/19/597018.html

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