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如何使用 Spring Security ACL

无糖拿铁
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在上一篇文章中，我们了解了 Spring Security ACL 的基本概念。 但是几乎没有涉及实现与使用的部分。这篇文章我们就来看一看如何在使用了 Spring 的项目中使用 Spring Security。

导入 Jar 包

Spring Security ACL 的 GAV 是 org.springframework.security:spring-security-acl:<version>， 被加入到了 Spring IO Platform bom 中，所以可以使用 Spring 的依赖管理插件来管理版本号。

但是 Spring 没有提供相应的 boot starter，使用的时候需要自己进行配置。 毕竟 ACL 中提供的默认实现很可能达不到需求，还不如自己动手。

存储 ACL

ACL 需要被持久化起来，否则系统重启后就丢掉了权限信息。

基于 JDBC 的持久化

Spring Security ACL 提供了默认的 AclService 和 MutableAclService 实现：JdbcAclService 和 JdbcMutableAclService。

因为是基于 JDBC 的实现，所以就可能存在性能问题（绝大多数情况下不需要更新 ACL，但使用 JDBC 时总是会访问数据库，得到一模一样的 ACL）。 于是 ACL 又设计了一个缓存机制来减少对数据库的请求。缓存的接口是 AclCache，Spring 提供了基于 Eh-Cache 和 Spring Cache 的两个实现。

AclCache 接口被安排在了 org.springframework.security.acls.model 包中。 个人觉得这不是一个必须的元素，算不上核心概念，不应该和其他核心概念放到一起。

创建数据库

JdbcAclService 需要创建四张表，创建表的 SQL 已经在 jar 包里了（但是有坑），我们只是来看看这几张表分别保存了什么内容。

acl_sid

  • id: 主键

  • principal: 一个布尔值，表示这个 sid 是不是 PrincipalSid，如果值为 false 则表示 sid 是 GrantedAuthoritySid

    这个设计简直把扩展堵死了 🙄️

  • sid: Sid 实例中保存的字符串，也就是 Principal.getName() 或 GrantedAuthority.getAuthority() 或自己写代码生成的字符串

acl_class

  • id: 主键

  • class: Domain Object 类型的全限定名

    ObjectIdentity 的默认实现使用 全限定名+id 的方式确定一个 Domain Object

  • class_id_type: 可选字段，保存 ObjectIdentity 中 identifier 的类型，默认是 Long

    这就是坑的所在。Jar 包中给出的 SQL 有不同的数据库的版本，只有 PostgreSql 和 HSQL 的版本中有这个字段。 如果不创建这个字段，那么 ObjectIdentity 就只能支持 Long 类型的 id。 JdbcService 默认也不会查询这个字段，需要特别配置。

acl_object_identity

  • id: 主键

  • object_id_class: 外键依赖 acl_class.id

  • object_id_identity: ObjectIdentity.getIdentifer() 的值，与 object_id_class 组成唯一键

  • parent_object: 外键依赖 acl_object_identity.id，在 Acl 继承时使用

  • owner_sid: 外键依赖 acl_sid.id，是 Acl 实例的 owner，拥有修改 Acl 的权限

  • entries_inheriting: 布尔值，表示 child acl 是否要继承 parent acl 的 ACE

这张表里保存的都是 Acl 持有的信息，也就是说，这张表的一行记录对应了一个 Acl 实例。

acl_entry

  • id: 主键

  • acl_object_identity: 外键依赖 acl_object_identity.id，表示属于哪一个 Acl

  • ace_order: 表示这一条 ACE 在 Acl 中的顺序，和 acl_object_identity 组成唯一键

  • sid: 外键依赖 acl_sid.id，表示这条 ACE 的权限对应哪一个 Sid

  • mask: 表示权限的 32 位二进制数字

  • granting: 布尔值，表示这条 ACE 是否生效

  • audit_success

  • audit_failure: 这两条是用于审计的信息，对应了 AuditableAccessControlEntry 接口，本文不会涉及

这张表保存的是 ACE 的信息，一行记录对应了一个 ACE 实例。

配置 JdbcAclService

在动手之前，我们先来看看 JdbcAclService 都有什么依赖：

jdbc acl service dependencies

因为 ACL 没有 Spring Boot 的 auto configure，所以除了 DataSource，我们需要自己来配置这些依赖。

除非项目中不需要修改 ACL，否则都会选择创建一个 JdbcMutableAclService 而不是 JdbcAclService。

注入 JdbcMutableAclService
@Bean
public MutableAclService mutableAclService() {
  JdbcMutableAclService jdbcMutableAclService = new JdbcMutableAclService(datasource, lookupStrategy(), aclCache());
  jdbcMutableAclService.setAclClassIdSupported(true); (1)
  jdbcMutableAclService.setClassIdentityQuery("SELECT @@IDENTITY"); (2)
  jdbcMutableAclService.setSidIdentityQuery("SELECT @@IDENTITY"); (3)
  return jdbcMutableAclService;
}

  1. 如果要支持 acl_class.class_id_type 字段，则需要将 aclClassIdSupported 设置为 true。这样 JdbcAclService 在查询时和 JdbcMutableAclService 更新时才会考虑这个字段的值。

  2. classIdentityQuery 会在创建 Acl 对象时用到，用来获取刚刚插入的 acl_class.id。默认值是 call identity()，这是 H2 数据库的方言，这里的例子是 MySql 的方言。

  3. 与 2 相同，只是用来获取刚刚插入的 acl_sid.id

接着，我们需要配置 LookupStrategy 和 AclCache。

注入 LookupStrategy

LookupStratege 只有一个实现：BasicLookupStrategy

@Bean
public LookupStrategy lookupStrategy() {
  BasicLookupStrategy basicLookupStrategy = new BasicLookupStrategy(datasource, aclCache(), aclAuthorizationStrategy(), permissionGrantingStrategy());
  basicLookupStrategy.setAclClassIdSupported(true); (1)
  return basicLookupStrategy;
}

  1. BasicLookupStrategy 也会自己组装 sql，需要调用这个方法以支持 acl_class.class_id_type。

接着，我们先来看一下 AclAuthorizationStrategy 和 PermissionGratingStrategy 这两个简单一点的依赖。

注入 AclAuthorizationStrategy
@Bean
public AclAuthorizationStrategy aclAuthorizationStrategy() {
  return new AclAuthorizationStrategyImpl(new SimpleGrantedAuthority("owner"));
}

AclAuthorizationStrategy 是用来判断当前的 Autentication 是否有权限修改 Acl 的接口，它只有 AclAuthorizationStrategyImpl 这一个实现。 这个接口规定了三种权限：

  • change ownership 修改 Acl 的 owner

  • change auditing 修改 Acl 的审计信息

  • change general 修改 ACE

实现中有三个 GrantedAuthority 属性，对应了上面的三种权限，表示对 Acl 进行某种操作时，Authentication 需要满足对应的 GrantedAuthority。

它的构造方法接受一个或三个 GrantedAuthority:

  • 如果只有一个参数，那么三个权限都是这个 GrantedAuthority

  • 如果有三个参数，那么就会按上面的顺序赋值给这三个权限

在判断权限时，如果是 Acl 的 owner，且不是在修改审计信息时，就可以直接获得权限；否则就需要 Authentication 具备对应的 GrantedAuthority。

注入 PermissionGrantingStrategy
@Bean
public PermissionGrantingStrategy permissionGrantingStrategy() {
  return new DefaultPermissionGrantingStrategy(new ConsoleAuditLogger());
}

PermissionGrantingStrategy 抽象了 isGranted 方法，被 AclImpl 调用，是真正执行权限判断的地方。 这个接口只有这一个实现。

注入 AclCache

AclCache 有两种实现，这里为了简单，我们就使用 Spring 提供的这种实现

@Bean
public AclCache aclCache() {
  return new SpringCacheBasedAclCache(cache(), permissionGrantingStrategy(), aclAuthorizationStrategy());
}

@Bean
public Cache cache() {
  return new NoOpCache("any");
}

Cache 是 Spring 提供的接口，有多个实现，这里为了简单，就选择了 NoOpCache。

到这里，JdbcAclService 的配置就暂时告一段落了，这些配置已经足够我们在创建、更新、删除 Domain Object 之后修改 Acl 对象了。接下来我们就来看看如何更新 Acl。

创建 ACL

创建 ACL 发生在创建 Domain Object 的时候。我们可以编写代码创建 Acl 对象：

public void onCreate(Class<?> domainClass, String id, Authentication authentication) {
  ObjectIdentity objectIdentity = new ObjectIdentityImpl(domainClass, id);
  PrincipalSid sid = new PrincipalSid(authentication);
  MutableAcl acl = findOrCreate(objectIdentity);
  acl.insertAce(acl.getEntries().size(), BasePermission.ADMINISTRATION, sid, true);
  // ... (1)
  mutableAclService.updateAcl(acl);
}

private MutableAcl findOrCreate(ObjectIdentity objectIdentity) {
  try {
    return (MutableAcl) mutableAclService.readAclById(objectIdentity); (2)
  } catch (NotFoundException e) {
    return mutableAclService.createAcl(objectIdentity);
  }
}

  1. 这里可以向 Acl 中插入任意需要的 ACE

  2. 这里的强制转换不会出错是因为 AclImpl 是 Acl 和 MutableAcl 的共有且唯一的实现

我们来梳理一下这段代码的逻辑：

  1. 根据 domainClass 和 id 创建 ObjectIdentity，它可以用来标识一个 domain object

  2. 根据当前的 Authentication 创建一个 PrincipalSid，它后续会被用作 ACE 的 sid

  3. 根据 ObjectIdentity 对象查找或创建 Acl 对象

    创建时会使用当前的 Authentication 新建一个 PrincipalSid 对象，和这里的不是同一个对象

  4. 向 Acl 中插入 ACE

    这里可添加当前用户的 ACE，也可以添加某种 GrantedAuthority 的权限

  5. 保存 Acl

接着我们来看一下添加 ACE 的细节，也就是 Acl.insertAce() 方法。

insertAce

这个方法的作用是向 Acl 实例的 List<AccessControlEntry> 中插入 ACE 实例。

第一个参数指定了这个 ACE 在列表中的索引值。

第二个参数指定这个 ACE 的权限是什么。这里我们使用了 BasePermission 这个实现提供的值。 但无论如何，Permission 接口的 getMask() 方法一定返回的是一个 32 位的二进制数字。（类型是 int，但取值范围是 0~232-1，这也就是所能设计的权限的个数。）

第三个参数是一个 Sid，表示这个 Sid 拥有对应的权限。

第四个参数是 granting，代表这条 ACE 是否生效，作用类似于 enable。

调用了这个方法之后，一个新的 ACE 就被加入到 Acl 中了。接下来的权限判断就可以使用到这个新的 ACE。

更新 ACL

更新 ACL 可能更多的出现在协作软件中，比如邀请他人一起编写文档等操作。

添加新的 ACE

我们就以邀请协作作为例子，看看如何添加 ACE：

public void onInvite(Class<?> domainClass, String id, String invitedUserPrincipalName) {
  ObjectIdentity objectIdentity = new ObjectIdentityImpl(domainClass, id);
  PrincipalSid sid = new PrincipalSid(invitedUserPrincipalName); (1)
  MutableAcl acl = findAcl(objectIdentity);
  acl.insertAce(acl.getEntries().size(), BasePermission.WRITE, sid, true);
  mutableAclService.updateAcl(acl);
}

private MutableAcl findAcl(ObjectIdentity objectIdentity) {
  return (MutableAcl) mutableAclService.readAclById(objectIdentity);
}

  1. PrincipalSid 其实保存的是 Authentication.getName() 的返回值，本质上就是 principal name，所以可以直接使用一个字符串作为 principal name。

这里，我们给了一个具体的被邀请者一个 WRITE 权限。我们甚至可以给一组用户权限，只需要提供不同的 Sid。

GrantedAuthoritySid sid = new GrantedAuthoritySid("teamA");

更新已有的 ACE

还是前面的例子，假设某个协作者完成了自己的工作，不想误操作导致修改，希望将权限修改为只读。 那么这个时候就会使用到 MutableAcl.updateAce() 方法。

这个方法只有两个参数，第一个是要修改的 ACE 的索引，第二个是需要修改成的权限，那么我们的代码可能写出来是这个样子：

List<AccessControlEntry> aces = acl.getEntries();
aces.stream()
  .filter(ace -> ace.getSid().equals(sid))
  .mapToInt(aces::indexOf)
  .forEach(idx -> acl.updateAce(idx, permission));

这样我们就能将任何匹配到 Sid 的 ACE 的权限修改为指定的 Permission。

删除已有的 ACE

还是前面的例子，假设我们协作完成了，需要关闭其他人的权限，那么我们就需要删除对应的 ACE。

个人更倾向于软删除，也就是将 ACE 的 granting 字段设置为 false。但是 Spring ACL 在模型设计上没有提供修改的方法，具体实现上，这个字段也被标记为 final。

删除 ACE 同样需要它的索引：

List<AccessControlEntry> aces = acl.getEntries();
aces.stream()
  .filter(ace -> ace.getSid().equals(sid))
  .mapToInt(aces::indexOf)
  .forEach(acl::deleteAce);

删除 ACL

一个 ACL 关联到一个 domain object，当一个 domain object 被删除时，ACL 也应该被删除。

MutaleAclService 也定义了 deleteAcl 方法用来删除 ACL，它被 JdbcMutableAclService 实现。

mutableAclService.deleteAcl(acl, true);

其中的第二个参数表示是否要删除子 Acl。（因为 ACL 可以继承）

在具体的实现中，默认的 sql 会删除整个 ACL。所以如果想要实现软删除，那么不仅需要调用对应的 setter 方法来修改对应的 sql，还需要修改表结构来支持软删除。

使用 ACL 保护业务调用

现在我们知道了如何操作 ACL，那么接下来看看如果使用 ACL 来判断请求是否有权限调用业务方法。

在上一篇文章中，我们介绍过 Spring ACL 提供的三种使用 ACL 的机制，接下来我们以 expression based access control 作为例子，看看如何使用 ACL 保护业务方法。

在这个例子中，我们使用 PostAuthorize 来保护业务方法：

@PostAuthorize("hasPermission(returnObject, 'READ')")
public DomainObject find(String id) {
  //...
  return domainObject;
}

这个例子中，业务方法返回的 domainObject 会被作为表达式中的 returnObject 传递给 hasPermission 方法，验证当前用户是否有指定的 READ 权限。

这里的 hasPermission 方法会调用到 SecurityExpressionRoot，最终到达 AclPermissionEvaluator.hasPermission() 方法。

在这个方法中，returnObject 会被交给 ObjectIdnetityRetrievalStrategy 接口，得到 ObjectIdentity，用来查找对应的 Acl 实例。

具体实现上，其实是通过反射得到 className 和 getId() 方法，然后调用这个方法得到 identity。所以这里的 returnObject 一定要有 getId() 方法。

我们传递的 'READ' 参数，就是 permission，但这里被当作了 Object。AclPermissionEvaluator 通过自己实现的 resolvePermission() 方法来处理不同类型的参数。 我们的 'READ' 会被当做字符串处理，交给 PermissionFactory 的默认实现处理。 默认实现中提供了两个 Map，分别保存了 permission name → BasePermission 和 mask int → BasePermission 的映射关系。 我们的 'READ' 也就这样被映射到了 BasePermission.READ。

启用 Method Security

解释完了上面的方法，接下来就是要让这个表达式生效了。

Spring Security 默认没用启用 Method Security，而 PostAuthorize 则需要这个支持。

要启用这个功能很简单，我们只需要：

  1. enable pre/post security

  2. 创建 AclPermissionEvaluator

  3. 创建 MethodSecurityExpressionHanler，并将 AclPermissionEvaluator 设置为它的 PermissionEvaluator

@Configuration
@EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled = true)
public class MethodSecurityConfig {
  @Autowired private AclService aclService;

  @Bean
  public MethodSecurityExpressionHandler methodSecurityExpressionHandler() {
    MethodSecurityExpressionHandler handler = new DefaultMethodSecurityExpressionHandler();
    handler.setPermissionEvaluator(new AclPermissionEvaluator(aclService)); (1)
    return handler;
  }
}

  1. 我们可以给它提供一个 AclSerivce 而不是 MutableAclService，因为它不会修改 ACL

这样我们的表达式就能生效了，当一个没有 READ 权限的用户尝试访问 domain object 的时候，就会得到一个 403 响应。

这里就不再讲使用 AclEntryVoter 和 after invocation 的例子了，无论使用哪种方式，都需要自己进行相应的配置。读者如果感兴趣可以自己研究研究。

总结

这篇文章从代码的角度简单研究了如何使用 ACL。

相信你也看出来了，没有 Spring Boot auto configure 的支持，使用 ACL 需要些大量的配置代码。 这还不止。在研究源码时，发现 ACL 的实现其实比较简单，覆盖的场景看起来特别单一。 如果实际项目想要使用，应该需要花一些工作来提供项目和适配的实现。

举个例子，AclEntryVoter 的实现中，要求 MethodInvocation 的餐宿中一定要有 domain object，这一点可能就和一些项目的实践相违背。

尽管如此，我仍然认为 ACL 是一种不错的设计，很好的分离了业务和访问控制的关注点，抽象的接口也可以方便的进行扩展，值得去试一试。

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更新于 2022-02-16  ac5b3b4
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