一文读懂图数据库 Nebula Graph 访问控制实现原理

摘要：数据库权限管理对大家都很熟悉，然而怎么做好数据库权限管理呢？在本文中将详细介绍 Nebula Graph 的用户管理和权限管理。

本文首发 Nebula Graph 博客：https://nebula-graph.com.cn/posts/access-control-design-code-nebula-graph/

数据库权限管理对大家来说都已经很熟悉了。Nebula Graph 本身是一个高性能的海量图数据库，数据库的安全问题更是数据库设计的重中之重。目前 Nebula Graph 已支持基于角色的权限控制功能。在这篇文章中将详细介绍 Nebula Graph 的用户管理和权限管理。

Nebula Graph 架构体系

由上图可知，Nebula Graph的主体架构分为三部分：Computation Layer、Storage Layer 和 Meta Service。Console 、API 和 Web Service 被统称为 Client API。 账户数据和权限数据将被存储在 Meta Engine中，当Query Engine 启动后，将会初始 Meta Client，Query Engine 将通过 Meta Client 与 Meta Service 进行通信。

当用户通过 Client API 连接 Query Engine 时，Query Engine 会通过 Meta Client 查询 Meta Engine 的用户数据，并判断连接账户是否存在，以及密码是否正确。当验证通过后，连接创建成功，用户可以通过这个连接执行数据操作。当用户通过 Client API 发送操作指令后，Query Engine 首先对此指令做语法解析，识别操作类型，通过操作类型、用户角色等信息进行权限判断，如果权限无效，则直接在 Query Engine 阻挡操作，并返回错误信息至 Client API。 在整个权限检查的过程中，Nebula Graph 对 Meta data 进行了缓存，将在以下章节中介绍。

功能描述

在介绍功能之前，需要先描述一下 Nebula Graph 的逻辑结构：Nebula Graph 是一个支持多图空间（Space) 的图数据库，Space 中独立管理 Schema 和 Data，Space 和 Space 之间相互独立。另外，Nebula Graph 还提供了一系列高级命令用于全局管理 Cluster，Cluster 的操作命令和 Space 的操作命令将在下文中详细描述。

因此 Nebula Graph 的权限管理将会基于图空间（Space）、角色（Role）、操作（Operation） 三个维度进行。详细描述请看下列子章节。

角色划分

Nebula Graph 提供了五种操作角色，分别是 GOD、ADMIN、DBA、USER、GUEST，这五种操作角色基本覆盖了所有的数据安全控制的场景。一个登陆账户（Account）可以在不同的 Space 中拥有不同角色，但一个 Account 在同一个 Space 中只能拥有一种角色。角色讲解：

• GOD：相当于 Linux 操作系统中的 root 用户，拥有最高的管理权限。Nebula Graph Cluster 在初始化时会默认创建一个 GOD 角色的 Account，名为 root。
• ADMIN：基于 Space 的高级管理员，拥有此 Space 之内的所有管理权限，但对整个集群则没有管理权限。
• DBA：数据库管理员，可以对权限内的 Space 进行管理，例如对 Schema / Data 进行修改和查询。和 ADMIN 的区别是 DBA 不能对某个 Account 进行授权操作，但 ADMIN 可以。
• USER：普通的数据库使用角色。可读写 Data，可读 Schema 但没有写权限。
• GUEST：访问者角色，对权限内 Space 的 Schema 和 Data 有只读权限。

详细权限列表如下图所示：

OPERATION	GOD	ADMIN	DBA	USER	GUEST
Read Space	Y	Y	Y	Y	Y
Write Space	Y
Read Schema	Y	Y	Y	Y	Y
Write Schema	Y	Y	Y
Write User	Y
Write Role	Y	Y
Read Data	Y	Y	Y	Y	Y
Write Data	Y	Y	Y	Y
Special operation	Y	Y	Y	Y	Y

注 : Special Operation 为特殊操作，例如 SHOW SPACE，每个角色都可以执行，但其执行结果只显示 Account 权限内的结果。

数据库操作权限细分

基于上边的角色列表，不同的角色拥有不同的操作许可，详细如下：

OPERATION	STATEMENTS
Read Space	1.USE 2.DESCRIBE SPACE
Write Space	1.CREATE SPACE 2.DROP SPACE 3.CREATE SNAPSHOT 4.DROP SNAPSHOT 5.BALANCE
Read Schema	1.DESCRIBE TAG 2.DESCRIBE EDGE 3.DESCRIBE TAG INDEX 4.DESCRIBE EDGE INDEX
Write Schema	1.CREATE TAG 2.ALTER TAG 3.CREATE EDGE 4.ALTER EDGE 5.DROP TAG 6.DROP EDGE 7.CREATE TAG INDEX 8.CREATE EDGE INDEX 9.DROP TAG INDEX 10.DROP EDGE INDEX
Write User	1.CREATE USER 2.DROP USER 3.ALTER USER
Write Role	1.GRANT 2.REVOKE
Read Data	1.GO 2.PIPE 3.LOOKUP 4.YIELD 5.ORDER BY 6.FETCH VERTEX 7.FETCH EDGE 8.FIND PATH 9.LIMIT 10.GROUP BY 11.RETURN
Write Data	1.REBUILD TAG INDEX 2.REBUILD EDGE INDEX 3.INSERT VERTEX 4.UPDATE VERTEX 5.INSERT EDGE 6.UPDATE DEGE 7.DELETE VERTEX 8.DELETE EDGE
Special Operation	1. SHOW，eg: SHOW SPACE、SHOW ROLES 2.CHANGE PASSWORD

控制逻辑

Nebula Graph 的用户管理和权限管理和大多数数据库的控制相似，基于 meta server，对图空间（Space）、角色（Role）、操作（Operation）三个层面进行权限管理，当 Client 连接 Nebula Graph Server 的时候，Nebula Graph Server 首先会验证登陆账户（Account）是否存在，并验证密码是否有效。

登录成功后，Nebula Graph Server 会为此连接初始 Session ID，并将 Session ID、用户信息、权限信息和 Space 信息一起加载到 Session 结构中。后续的每次操作将基于 Session 结构中的信息进行权限判断。直到用户主动退出连接或 session timeout，Session 销毁。另外，Meta Client 对权限信息进行了缓存，并根据设置的时间频率进行缓存同步，有效降低了用户连接的过程的时间耗费。

控制逻辑代码片段

Permission Check

bool PermissionCheck::permissionCheck(session::Session *session, Sentence* sentence) {
    auto kind = sentence->kind();
    switch (kind) {
        case Sentence::Kind::kUnknown : {
            return false;
        }
        case Sentence::Kind::kUse :
        case Sentence::Kind::kDescribeSpace : {
            /**
             * Use space and Describe space are special operations.
             * Permission checking needs to be done in their executor.
             * skip the check at here.
             */
            return true;
        }
        ...

Permission Check Entry

Status SequentialExecutor::prepare() {
    for (auto i = 0U; i < sentences_->sentences_.size(); i++) {
        auto *sentence = sentences_->sentences_[i].get();
        auto executor = makeExecutor(sentence);
        if (FLAGS_enable_authorize) {
            auto *session = executor->ectx()->rctx()->session();
            /**
             * Skip special operations check at here. they are :
             * kUse, kDescribeSpace, kRevoke and kGrant.
             */
            if (!PermissionCheck::permissionCheck(session, sentence)) {
                return Status::PermissionError("Permission denied");
            }
        }
   ...
}

示例

查看现有用户角色

(root@127.0.0.1:6999) [(none)]> SHOW USERS;
===========
| Account |
===========
| root    |
-----------
Got 1 rows (Time spent: 426.351/433.756 ms)

创建用户

(root@127.0.0.1:6999) [(none)]> CREATE USER user1 WITH PASSWORD "pwd1"
Execution succeeded (Time spent: 194.471/201.007 ms)

(root@127.0.0.1:6999) [(none)]> CREATE USER user2 WITH PASSWORD "pwd2"
Execution succeeded (Time spent: 33.627/40.084 ms)

# 查看现有用户角色

(root@127.0.0.1:6999) [(none)]> SHOW USERS;
===========
| Account |
===========
| root    |
-----------
| user1   |
-----------
| user2   |
-----------
Got 3 rows (Time spent: 24.415/32.173 ms)

为 Space 中的不同 Account 指定角色

# 创建图空间

(root@127.0.0.1:6999) [(none)]> CREATE SPACE user_space(partition_num=1, replica_factor=1)
Execution succeeded (Time spent: 218.846/225.075 ms)

(root@127.0.0.1:6999) [(none)]> GRANT DBA ON user_space TO user1
Execution succeeded (Time spent: 203.922/210.957 ms)

(root@127.0.0.1:6999) [(none)]> GRANT ADMIN ON user_space TO user2
Execution succeeded (Time spent: 36.384/49.296 ms)

查看特定 Space 的已有角色

(root@127.0.0.1:6999) [(none)]> SHOW ROLES IN user_space
=======================
| Account | Role Type |
=======================
| user1   | DBA       |
-----------------------
| user2   | ADMIN     |
-----------------------
Got 2 rows (Time spent: 18.637/29.91 ms)

取消特定 Space 的角色授权

(root@127.0.0.1:6999) [(none)]> REVOKE ROLE DBA ON user_space FROM user1
Execution succeeded (Time spent: 201.924/216.232 ms)

# 查看取消之后，user_space 现有角色

(root@127.0.0.1:6999) [(none)]> SHOW ROLES IN user_space
=======================
| Account | Role Type |
=======================
| user2   | ADMIN     |
-----------------------
Got 1 rows (Time spent: 16.645/32.784 ms)

删除某个 Account 角色

(root@127.0.0.1:6999) [(none)]> DROP USER user2
Execution succeeded (Time spent: 203.396/216.346 ms)

# 查看 user2 在 user_space 的角色

(root@127.0.0.1:6999) [(none)]> SHOW ROLES IN user_space
Empty set (Time spent: 20.614/34.905 ms)

# 查看数据库现有 account

(root@127.0.0.1:6999) [(none)]> SHOW USERS;
===========
| Account |
===========
| root    |
-----------
| user1   |
-----------
Got 2 rows (Time spent: 22.692/38.138 ms)

本文到此结束，如果你喜欢本文，可以给我们点个 star 哟 GitHub 传送门：https://github.com/vesoft-inc/nebula ；

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Hi，我是 bright-starry-sky，是图数据 Nebula Graph 研发工程师，对数据库存储有浓厚的兴趣，希望本次的经验分享能给大家带来帮助，如有不当之处希望你能在本文【评论】区留言，谢谢~