RBAC权限系统分析、设计与实现

Love The Way You Lie 2022-10-29 12:26 273阅读 0赞

> 最近在整理SpringSecurity的知识，看到一篇不错的文章，讲述关于RBAC的知识。使用最普遍的权限管理模型正是RBAC（Role-Based Access Control）模型，文章也主要是介绍基于RBAC的权限管理系统，这篇文章从RBAC是什么、如何设计RBAC两部分来介绍。

> 我所负责的项目涉及到角色权限的问题全部是通过RBAC来实现的，以前只是出于熟练使用的层面，现在学习一下RBAC更深层次的理论知识。

## 一、RBAC是什么 ##

### 1、RBAC模型概述 ###

RBAC认为权限授权的过程可以抽象地概括为：Who是否可以对What进行How的访问操作，并对这个逻辑表达式进行判断是否为True的求解过程，也即是将权限问题转换为What、How的问题，Who、What、How构成了访问权限三元组。

### 2、RBAC的组成 ###

在RBAC模型里面，有3个基础组成部分，分别是：**用户**、**角色**和**权限**。

RBAC通过定义角色的权限，并对用户授予某个角色从而来控制用户的权限，实现了用户和权限的逻辑分离（区别于ACL模型），极大地方便了权限的管理

下面在讲解之前，先介绍一些名词：

*  User（用户）：每个用户都有唯一的UID识别，并被授予不同的角色
 *  Role（角色）：不同角色具有不同的权限
 *  Permission（权限）：访问权限
 *  用户-角色映射：用户和角色之间的映射关系
 *  角色-权限映射：角色和权限之间的映射

它们之间的关系如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
例如下图，管理员和普通用户被授予不同的权限，普通用户只能去修改和查看个人信息，而不能创建创建用户和冻结用户，而管理员由于被授 予所有权限，所以可以做所有操作。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

### 3、RBAC支持的安全原则 ###

RBAC支持三个著名的安全原则：最小权限原则、责任分离原则和数据抽象原则

*  最小权限原则：RBAC可以将角色配置成其完成任务所需的最小权限集合
 *  责任分离原则：可以通过调用相互独立互斥的角色来共同完成敏感的任务，例如要求一个计账员和财务管理员共同参与统一过账操作
 *  数据抽象原则：可以通过权限的抽象来体现，例如财务操作用借款、存款等抽象权限，而不是使用典型的读、写、执行权限

### 4、RBAC的优缺点 ###

（1）优点：

*  简化了用户和权限的关系
 *  易扩展、易维护

（2）缺点：

*  RBAC模型没有提供操作顺序的控制机制，这一缺陷使得RBAC模型很难适应哪些对操作次序有严格要求的系统

### 5、RBAC的4种模型 ###

（1）RBAC0

RBAC0，是最简单、最原始的实现方式，也是其他RBAC模型的基础。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

在该模型中，用户和角色之间可以是多对多的关系，即一个用户在不同场景下是可以有不同的角色，例如：项目经理也可能是组长也可能是架构师。同时每个角色都至少有一个权限。这种模型下，用户和权限被分离独立开来，使得权限的授权认证更加灵活。

（2）RBAC1

基于RBAC0模型，引入了角色间的继承关系，即角色上有了上下级的区别。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]

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，实现角色间的单继承。

这种模型适合于角色之间层次分明，可以给角色分组分层。

（3）RBAC2

RBAC2，基于RBAC0模型的基础上，进行了角色的访问控制。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]

RBAC2中的一个基本限制是互斥角色的限制，互斥角色是指各自权限可以互相制约的两个角色。对于这类角色一个用户在某一次活动中只能被分配其中的一个角色，不能同时获得两个角色的使用权。

该模型有以下几种约束：

*  互斥角色 ：同一用户只能分配到一组互斥角色集合中至多一个角色，支持责任分离的原则。互斥角色是指各自权限互相制约的两个角色。对于这类角色一个用户在某一次活动中只能被分配其中的一个角色，不能同时获得两个角色的使用权。常举的例子：在审计活动中，一个角色不能同时被指派给会计角色和审计员角色。
 *  基数约束 ：一个角色被分配的用户数量受限；一个用户可拥有的角色数目受限；同样一个角色对应的访问权限数目也应受限，以控制高级权限在系统中的分配。例如公司的领导人有限的；
 *  先决条件角色 ：可以分配角色给用户仅当该用户已经是另一角色的成员；对应的可以分配访问权限给角色，仅当该角色已经拥有另一种访问权限。指要想获得较高的权限，要首先拥有低一级的权限。就像我们生活中，国家主席是从副主席中选举的一样。
 *  运行时互斥 ：例如，允许一个用户具有两个角色的成员资格，但在运行中不可同时激活这两个角色。

## 二、如何设计RBAC ##

这一节，我会介绍设计基于RBAC模型的权限系统的功能模块组成、流程以及数据库的设计。

### 1、RBAC的功能模块 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]

### 2、RBAC执行流程 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]

### 3、RBAC数据库设计 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]  
复杂一点的设计  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221024/cd6177e883cc4de2be6b3c213a455699.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221024/316940d1c3bf434d9f2a60523da7d004.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221024/def617d2c9894a62bcb545fff836483a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]: /images/20221024/f0719504f9b84b10b602c28e841ea62a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]: /images/20221024/abdfb7d5c83b4249894919788e43c05b.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]: /images/20221024/ddc8fddc100f4419a25609c796b3a698.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]: /images/20221024/9fa9b55945e041d99ff6cb79431b0341.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]: /images/20221024/606aa065a02f47a2bb545bfd274e75e2.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]: /images/20221024/0fd0baace59646b0980d9da3091f4fac.png