权限控制的解决方式(科普向)
1 权限控制是什么
认证(Authentication)和 授权(Authorization)是两个概念:
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认证的目的是为了认出用户是谁,解决的是『Who am I』的问题;
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而授权的目的是为了决定用户能够做什么,解决的是『What can I do』的问题。
形象的来说:假设系统是一个屋子,持有钥匙的人可以开门进入屋子。那么屋子就是通过锁和钥匙来进行『认证』的,开门的过程对应的就是登陆。开门之后,能访问哪个屋子,什么事情能做,什么事情不能做,就是『授权』的管辖范围了。
某个主体(subject)对某个客体(object)需要实施某种操作(operation),系统对这种操作的限制就是权限控制。在一个安全的系统中,通过认证来确认主体的身份。客体是一种资源,是主体发起请求的对象。主体所能做什么,就是权限,权限可以细分为不同的能力,例如:在Linux文件系统中,将权限分为 读、写、执行 三种能力。"基于角色的访问控制"和"基于数据的访问控制"是进行系统安全设计时经常用到的两种控制方式,下文会涉及到。
以下是一些常见的权限控制模型:
1.1 ACL
ACL(Access Control List) 控制访问列表。在ACL中,包含用户(User)、资源(Resource)、资源操作(Operation)三个关键要素。每一项资源,都配有一个列表,记录哪些用户可以对这项资源执行哪些操作。当系统试图访问这项资源时,会检查这个列表中是否有关于当前用户的操作权限。
总的来说,ACL是面向"资源"的访问控制模型,机制是围绕"资源"展开的。模型如下图所示:
ACL典型的例子:
在 Linux 中,主体是系统用户,客体是被访问的文件,一个文件所能执行的操作分为读(r)、写(w)、执行(x),这三种操作同时对应着三种主体:文件拥有者、文件拥有者所在的用户组、其他用户。主体-客体-操作这三种的对应关系构成了 ACL 控制访问列表,当用户访问文件时,能否成功将由 ACL 决定。
1.2 RBAC
1.2.1 名词术语
用户(user):人、机器、网络等,进行资源或服务访问的实施主体
角色(role):一个工作职能,被授予角色的用户将具有相应的权威和责任
会话(session):从用户到其激活的角色集合的一个映射
权限(permission):对受RBAC保护的一个或多个对象执行某个操作的许可
操作(operation):一个程序可执行的映像,被调用时为用户执行某些功能
客体(object):需要进行访问控制的系统资源,例如:文件、打印机、数据库记录等
1.2.2 RBAC定义
RBAC(Role-Based Access Control):基于角色的访问控制。 RBAC认为授权实际就是 who,what,how 三者之间的关系,即 who 对 what 进行 how 的操作。
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Who:权限的拥用者或主体(如 User、Group、Role 等等)
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What:权限针对的对象或资源
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How:具体的权限
RBAC的关注点在于 Role 和 User, Permission 的关系。称为 User assignment(UA) 和 Permission assignment(PA)。关系的左右两边都是 Many-to-Many 关系。就是 user 可以有多个 role,role 可以包括多个 user。User 通过成为 Role 而得到这些 Role 的 Permission,Role 隔离了 User 和 Permission 的逻辑关系。
RBAC支持三个著名的安全原则:
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最小权限原则:要求系统只授予主体必要的权限,而不要过度授权,这样能有效减少系统、网络、应用、数据库出错的机会。RBAC可以将其角色配置成其完成任务所需要的最小的权限集
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责任分离原则:调用相互独立互斥的角色来共同完成敏感的任务。例如:记账员和财务管理员共同参与同一过账
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数据抽象原则:权限的抽象。如:财务操作用借款、存款等抽象权限,而不用操作系统提供的典型的读、写、执行权限。
1.2.3 RBAC分类
1.2.3.1 RBAC0
RBAC0:RBAC的核心部分,是通用的权限模型,其他的版本都是建立在 RBAC0 的基础上并进行相应的扩展。 模型图如下:
use和role关系:N:N
role和permission关系:N:N
在用户的会话中保持激活状态的角色的权限构成了用户的可用权限
1.2.3.2 RBAC1
RBAC1:基于 RBAC0 的角色层次模型,角色层次定义了角色间的继承关系,例如:角色 r1 继承了角色 r2,r1 则拥有了 r2 的所有权限。模型图如下:
使用第一种模型也可以,不过会存在数据冗余,没有RBAC1更面向对象
1.2.3.3 RBAC2
RBAC2:基于 RBAC0 的约束模型,增加了职级分离关系,用来实施利益冲突策略防止组织中用户的越权行为,限制了用户的权限。包含SSD(静态职级分离)和DSD(动态职级分离)概念。
SSD:用户/角色分配约束,由2个参数定义 :
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包含2或2个以上角色的角色集合
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用户拥有的角色在该角色集中小于某个阀值
DSD:会话与角色之间的约束,约束一个用户会话可以激活的角色来限制用户的权限。例如:一个用户拥有3个角色,一个会话中只激活1个角色。模型图如下
1.2.4 RBAC 接口
RBAC接口定义规范,可参考:GBT 25062-2010 信息安全技术 鉴别与授权 基于角色的访问控制模型与管理规范
2 垂直权限(功能权限)
访问控制是建立用户与权限之间的关系,目前常用的一种方法就是基于 RBAC 模型,我们可称之为『垂直权限』。例如:在一个论坛中,有admin、普通用户、匿名用户三种角色,admin有删除、编辑、置顶帖子的权限,普通用户有评论和浏览帖子的权限,匿名用户只有浏览帖子的权限。目前已有 Shiro,Spring Security 等基于 RBAC 模型的成熟框架来处理功能权限管理和鉴权的问题。
垂直权限的漏洞举例:Web应用程序在服务端没有做权限控制,只是在前端菜单显示上将部分页面隐藏了。此时,恶意用户可以猜测其他管理页面的 URL,就可以访问或控制其他角色拥有的数据或页面,达到越权操作的目的,可能会使得普通用户拥有了管理员的权限。
解决:对管理员所见的管理界面 URL,每次用户访问时,都要判定该用户是否有访问此 URL 的权限。推荐使用成熟的权限解决方案框架。
3 水平权限(数据权限)
用户A和用户B可能同属于一个角色 RoleX,但用户 A 和用户 B 都各自有一些私有数据,正常情况下,用户自己只能访问自己的私有数据,例如:你有删除邮件的功能(操作权限),但只能删除自己的邮件,不能误删其他人的邮件(数据权限)。但在 RBAC 模型下,系统只会验证用户A是否属于角色 RoleX,而不会判断用户A是否能访问只属于用户B的数据 DataB,此时就可能发生越权访问。
这种问题,称之为『水平权限管理问题』,又可以称之为『基于数据的访问控制』:相比垂直权限管理来说,水平权限问题出现在同一个角色上,系统只验证了能访问数据的角色,没有对数据的子集做细分,因此缺乏了一个用户到数据级之间的对应关系。对于数据的访问控制,与业务结合的比较紧密,目前还没有统一的数据级权限管理框架,一般是具体问题具体解决。
数据权限就是控制访问数据的可见范围,表现形式是:当某用户有操作权限时候,不代表对所有数据都有查看或管理的权限。一般表现为行权限和列权限:
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行权限:限制用户对某些行的访问,例如:只能对某人、某部门的数据进行访问;也可以是根据数据的范围进行限制,例如:按合同额大小限制用户对数据的访问
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列权限:限制用户对某些列的访问,例如:某些内容的摘要可以被查阅,但详细内容只有 VIP 用户能查阅
水平权限的漏洞案例:Web应用程序接受用户的请求,修改某条数据id(资源的唯一编号)时,而没有判断当前用户是否可以访问该条记录,导致恶意用户可以修改本不属于自己的数据。例如:`/api/v1/blog?blogId=xxx [DELETE]` 这是删除博客内容的url,当用户改变 blogId 时,后端如果未校验博客的所属人是否是当前用户,则可以删除其他人的博客内容。
解决方案:用户做出相应动作时(新建、删除、更新等)时,需要对其会话身份进行验证(可采用Cookie机制),并且对用户访问的对象记录校验数据权限是否ok(按业务场景)。
4 OAuth
OAuth 是一个在不提供用户名和密码的情况下,授权第三方应用访问 Web 资源的安全协议。例如一个 OAuth 场景:用户将照片存储在Google,然后在"云冲印"的网站,将照片冲印出来。那么,"云冲印"网站需要获得用户的授权来读取Google上的用户照片。
OAuth 的一些名词:
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Third-party application:第三方应用程序,又称 "Client" 客户端,上例中的"云冲印"网站
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HTTP Service:HTTP服务提供商,上例中的Google
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Resource Owner:资源所有者,就是用户
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User Agent:用户代理,就是浏览器
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Authorization server:认证服务器,即服务商提供商专门处理认证的服务器
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Resource server:资源服务器,即服务提供商存放用户生成的资源的服务器
OAuth 的授权流程:
A:用户打开第三方应用程序 Client,Client 要求用户给与授权
B:用户同意给予 Client 授权
C:Client 使用 B 步骤中获得的授权,向认证服务器申请令牌
D:认证服务器对 Client 进行认证之后,确认无误,同意发放令牌
E:Client 使用令牌,向资源服务器申请获取资源
F:资源服务器确认令牌无误之后,同意向 Client 开放资源
对于 B 步骤中的用户给 Client 第三方程序授权,OAuth2.0 定义了以下四种授权模式:
4.1 授权码模式(authorization code)
授权码模式是功能最完整、流程最严密的授权模式,它的特点是通过 Client 的后台服务器,与服务提供商的认证服务器进行交互
将每一步骤与所需的参数用时序图表示如下:
其中A.3中的scope是申请用户授权的权限范围,会向用户显示一个可授权列表,例如:获取用户信息、相册列表、点赞等资源,例如下图所示:
实例可参考:微信公众平台技术文档-微信网页授权
QQ互联-使用Authorization_Code获取Access_Token
4.2 简化模式(implicit)
简化模式不通过第三方应用程序的服务器,直接在浏览器中向认证服务器申请令牌,跳过了授权码的步骤。所有步骤都在浏览器中完成,令牌对访问者是可见的,且 Client 不需要认证
将每一步骤与所需的参数用时序图表示如下:
实例可参考:QQ互联-使用Implicit_Grant方式获取Access_Token
4.3 密码模式(resource owner password credentials)
密码模式中,用户向 Client 提供自己的用户名和密码,Client 使用这些信息,向服务提供商索要权限。这种模式中,用户需要将自己的密码提供给 Client,但 Client 处不得存储密码,这通常用于用户对 Client 高度信任的情况下,例如:Client 是操作系统的一部分或一个著名公司。而认证服务器只有在其他授权模式无法执行情况下,才会采用这种模式。
将每一步骤与所需的参数用时序图表示如下:
4.4 客户端模式(client credentials)
客户端模式,指 Client 以自己的名义,而不是以用户的名义,向服务提供商进行认证。严格地说,客户端模式并不属于OAuth框架所要解决的问题。在这种模式中,用户直接向 Client 注册,Client 以自己的名义要求服务提供商提供服务,其实不存在用户的授权问题。
将每一步骤与所需的参数用时序图表示如下:
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