Java Web系列：JAAS认证和授权基础

1.认证和授权概述

（1）认证：对用户的身份进行验证。

.NET基于的RBS（参考1）的认证和授权相关的核心是2个接口System.Security.Principal.IPrincipal和System.Security.Principal.IIdentity。我们自己实现认证过程，通过Thread.CurrentPrincipal来设置和读取认证结果。认证成功后设置认证状态和标识。

Java内置了的JAAS（参考2），核心是javax.security.auth.Subject类和javax.security.Principal接口。java对认证过程也提供了2个类型，javax.security.auth.login.LoginContext类和javax.security.auth.spi.LoginModule接口。我们自己实现认证过程，但只要实现了LoginModule就可以通过LoginContext使用一致的语法。

（2）授权：对用户的权限进行验证，通常使用Role(角色)管理权限。

.NET的支持基于角色的授权。.NET的IPrincipal接口的IsInRole方法是授权的核心。有两种方式使用：1.使用内置的IPrincipal对象（如GenericIdentity），在认证的同时加载用户的角色roles。2.自定义IPrincipal实现，实现自己的IsInRole逻辑。ASP.NET中实现的的RolePrincipal就通过将逻辑转发给System.Web.Security.Roles静态类。Roles依赖System.Web.Security.RoleProvider接口实现角色的查询，我们可以通过web.config的相关节点来配置自定义的RoleProvider。

JAAS的IPrincipal接口没有提供IsInRole方法，我们有2个选择，要么通过多个IPrincipal表示角色，要么自定义实现IPrincipal添加角色支持。Tomcat容器实现的org.apache.catalina.realm.GenericPrincipal就和.NET中的System.Security.Principal.GenericIdentity十分类似的角色实现。

Java的Subject类和IPrincipal接口与.NET的IPrincipal接口和IIdentity的接口不容易对应。为了便于统一理解.NET和Java的核心类型，我们可以从成员的理解，可以认为Java的Principal类型相当于.NET中的IPrincipa和IIdentity两个类型的作用。Subject只是作为Principal的聚合根。之前提到的Tomcat容器中的GenericPrincipal就即提供了hasRole和getName成员。Tomcat实现的HttpServletRequest对应的成员就是通过GenericPrincipal实现的。

#	成员	.NET	Java
认证类型	AuthenticationType	System.Security.Principal.IIdentity.AuthenticationType	javax.servlet.http.HttpServletRequest.getAuthType()
标识名称	Name	System.Security.Principal.IIdentity.Name	java.security.Principal.getName()
角色验证	IsInRole	System.Security.Principal.IPrincipal.IsInRole	javax.servlet.http.HttpServletRequest.isUserInRole()

2..NET Web认证和授权

ASP.NET Forms认证主采用RolePrincipal主体，未认证用户设置为GenericIdentity标识，已认证用户设置为FormsIdentity。RolePrincipal在验证角色时将使用Roles静态类通过RoleProvider进行角色验证。通过HttpContext.User可以直接调用主体。

实现一个最简单的自定义RoleProvider只需要继承并实现GetRolesForUser和IsUserInRole两个方法，通常可以使用委托在Application_Start中注入的方式实现通用的RoleProvider。

ASP.NET的forms验证通过FormsAuthentication发送和注销用于认证的token，通过配置web.config可以让不同的Web服务器以相同的方式对token加密和解密以适应Web服务器负载均衡。不适用cookie承载token时，可以自定义认证逻辑，比如通过url参数方式承载token配合ssl用于app客户端验证等。

.NET的认证和授权示意图：

自定义RoleProvider的示例，省略了不需要实现的部分代码，GetRolesForUserDelegate和IsUserInRoleDelegate在Application_Start中注入即可彻底实现RoleProvider和应用服务代码的解耦：

    public class SimpleRoleProvider : RoleProvider
    {
        public static Func<string, string[]> GetRolesForUserDelegate;

        public static Func<string, string, bool> IsUserInRoleDelegate;

        public override string[] GetRolesForUser(string username)
        {
            return GetRolesForUserDelegate(username);
        }

        public override bool IsUserInRole(string username, string roleName)
        {
            return IsUserInRoleDelegate(username, roleName);
        }
    }

Forms身份验证和RoleProvider的分别定义在web.config配置文件中。ASP.NET的配置文件示例（省略了其他配置）：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<configuration>
  <system.web>
    <authentication mode="Forms">
      <forms loginUrl="~/Home/Login" cookieless="UseCookies" slidingExpiration="true" />
    </authentication>
    <roleManager defaultProvider="SimpleRoleProvider" enabled="true">
      <providers>
        <clear />
        <add name="SimpleRoleProvider" type="Onion.Web.SimpleRoleProvider" />
      </providers>
    </roleManager>
  </system.web>
</configuration>

.NET中还有用于配置Pricipal的两个方法System.AppDomain.SetThreadPrincipal和System.AppDomain.SetPrincipalPolicy以及控制访问的两个类型System.Security.Permissions.PrincipalPermission和System.Security.Permissions.PrincipalPermissionAttribute。

3.JAAS

HttpServletRequest接口定义了6个验证和授权相关的方法getAuthType()、login()、logout()、getRemoteUser()、isUserInRole()、getUserPrincipal()。类似ASP.NET，Forms身份验证也在配置文件中进行配置。但由于Java热衷于定义一堆接口将实现推迟到容器级别，LoginContext依赖的具体的LoginModule的配置也必须在容器中进行配置。因此除了web.xml，还需要配置在容器中配置JAAS的配置文件。JAAS的示意图：

（1）JAAS 内置的登录模块使用：NTLoginModule：

配置：

first{
    com.sun.security.auth.module.NTLoginModule Required debug=true;
};

代码

package com.test.jaas1;

import java.security.Principal;
import javax.security.auth.login.LoginContext;
import javax.security.auth.login.LoginException;

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        System.setProperty("java.security.auth.login.config",
                Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResource("jaas.config").getPath());
        try {
            LoginContext lc = new LoginContext("first");
            lc.login();
            System.out.println(lc.getSubject().getPrincipals().size());
            for (Principal item : lc.getSubject().getPrincipals()) {
                System.out.println(String.format("%s principal:%s", item.getClass().getTypeName(), item.getName()));
            }
            lc.logout();
            System.out.println(lc.getSubject().getPrincipals().size());
        } catch (LoginException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

（2）JAAS Tomcat容器下的登录模块使用（参考3）：

用于配置Forms认证：web.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app xmlns="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee/web-app_3_1.xsd"
    version="3.1">
    <display-name>Archetype Created Web Application</display-name>
    <security-constraint>
        <web-resource-collection>
            <web-resource-name>Admin</web-resource-name>
            <url-pattern>/admin/*</url-pattern>
        </web-resource-collection>
        <auth-constraint>
            <role-name>admin</role-name>
        </auth-constraint>
    </security-constraint>

    <security-role>
        <role-name>admin</role-name>
    </security-role>
    <login-config>
        <auth-method>FORM</auth-method>
        <form-login-config>
            <form-login-page>/login.html</form-login-page>
            <form-error-page>/error.html</form-error-page>
        </form-login-config>
    </login-config>
</web-app>

用于JAAS的LoginModule的配置：/main/java/resources/jaas.config

MyLogin{
    MyLoginModule Required debug=true;
};

用于Tomcat的配置：/main/webapp/META-INF/context.xml配置（这个依赖至少还在项目内，不需要修改tomcat）：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Context>
  <Realm className="org.apache.catalina.realm.JAASRealm"
    appName="MyLogin"
    userClassNames="UserPrincipal"
    roleClassNames="RolePrincipal" />
</Context>

用于Tomcat的UserClass和RoleClass代码：

import java.security.Principal;

public class UserPrincipal implements Principal {

    private String _name;

    public UserPrincipal(String name) {
        this._name = name;
    }

    @Override
    public String getName() {

        return this._name;
    }

}

RoleClass：

import java.security.Principal;

public class RolePrincipal implements Principal {

    private String _name;

    public RolePrincipal(String name) {
        this._name = name;
    }

    @Override
    public String getName() {

        return this._name;
    }

}

用于JAAS配置文件初始化的代码（为了依赖tomcat的配置，在Filter中设置配置文件）：

import java.io.IOException;

import javax.servlet.Filter;
import javax.servlet.FilterChain;
import javax.servlet.FilterConfig;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.ServletRequest;
import javax.servlet.ServletResponse;
import javax.servlet.annotation.WebFilter;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;

@WebFilter("/*")
public class MyFilter implements Filter {

    @Override
    public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
        // TODO 自动生成的方法存根
        System.setProperty("java.security.auth.login.config",
                Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResource("jaas.config").getPath());
    }

    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain)
            throws IOException, ServletException {
        chain.doFilter(new MyRequest((HttpServletRequest) request), response);

    }

    @Override
    public void destroy() {
        // TODO 自动生成的方法存根

    }

}

用于登录的login.html：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>Insert title here</title>
</head>
<body>
<form method="post" action="j_security_check">
<table>
<tr><td><label>UserName</label></td><td><input type="text" name="j_username"></td></tr>
<tr><td><label>Password</label></td><td><input type="password" name="j_password"></td></tr>
<tr><td></td><td><input type="submit" value="Login"></td></tr>
</table>
</form>
</body>
</html>

MyLoginModule实现：其中的三个name属性必须是固定值：j_security_check、j_username和j_password。

import java.io.IOException;
import java.util.Map;

import javax.security.auth.Subject;
import javax.security.auth.callback.Callback;
import javax.security.auth.callback.CallbackHandler;
import javax.security.auth.callback.NameCallback;
import javax.security.auth.callback.PasswordCallback;
import javax.security.auth.callback.UnsupportedCallbackException;
import javax.security.auth.login.LoginException;
import javax.security.auth.spi.LoginModule;

public class MyLoginModule implements LoginModule {

    private CallbackHandler handler;
    private Subject subject;

    @Override
    public void initialize(Subject subject, CallbackHandler callbackHandler, Map<String, ?> sharedState,
            Map<String, ?> options) {
        handler = callbackHandler;
        this.subject = subject;
    }

    @Override
    public boolean login() throws LoginException {

        Callback[] callbacks = new Callback[2];
        callbacks[0] = new NameCallback("login");
        callbacks[1] = new PasswordCallback("password", true);

        try {
            handler.handle(callbacks);
            String name = ((NameCallback) callbacks[0]).getName();
            String password = String.valueOf(((PasswordCallback) callbacks[1]).getPassword());

            if (name != null && name.equals("user123") && password != null && password.equals("pass123")) {
                return true;
            }

            // If credentials are NOT OK we throw a LoginException
            throw new LoginException("Authentication failed");

        } catch (IOException e) {
            throw new LoginException(e.getMessage());
        } catch (UnsupportedCallbackException e) {
            throw new LoginException(e.getMessage());
        }
    }

    @Override
    public boolean commit() throws LoginException {
        subject.getPrincipals().add(new UserPrincipal("user123"));
        subject.getPrincipals().add(new RolePrincipal("admin"));
        return true;
    }

    @Override
    public boolean abort() throws LoginException {
        // TODO 自动生成的方法存根
        return false;
    }

    @Override
    public boolean logout() throws LoginException {
        subject.getPrincipals().clear();
        return true;
    }

}

在.NET的RBS基础上实现RBAC（参考4）是可行的，但JAAS....。JAAS只要用过的人都对其印象深刻。

4.参考

（1）https://msdn.microsoft.com/en-us/library/52kd59t0(v=vs.90).aspx

（2）http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/security/jaas/JAASRefGuide.html

（3）http://www.byteslounge.com/tutorials/jaas-form-based-authentication-in-tomcat-example

（4）http://csrc.nist.gov/groups/SNS/rbac/

5.小结：

JAAS抽象的不切实际，实现又全靠容器，不同容器的实现还不一致，IPrincipal又不能直接支持Servlet认证和授权相关的方法。至少应该像.NET一样提供数据结构级别的角色认证类型，而不是跑偏成现在这样。容器要么自己扩展IPrincipal支持角色，要么通过配置传入指定类型的IPrincipal子类来区分角色和用户。只能希望Apache Shiro和Spring等第三方提供的一些实现能有更高的可用性。