RBAC介绍以及如何设计一个简易且高可用的RBAC1的鉴权系统

RBAC介绍以及如何设计一个简易且高可用的RBAC1的鉴权系统

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一.RBAC0,RBAC1,RBAC2,RBAC3

RBAC，即为以角色为基础的访问控制，不同于把权限赋予用户，而是把权限赋给角色，用户获得角色，是一种非常灵活的鉴权设计

其设计围绕着 用户 角色 权限（功能） 展开

（一）RBAC0

RBAC0又叫扁平 RBAC（Flat RBAC），用户通过角色获取权限；通过多对多分配；用户可同时使用多个角色的权限 ；有用户-角色审查（能知道一个用户有多少角色）

假如有这么一个架构：

需要用RBAC0对其进行鉴权，结果会是这样：

如你所见，非常丑陋且复杂

RBAC0不适用于处理权限复用的情况 ，更适应每个角色的权限都不同的情况

（二）RBAC1

RBAC1又叫层次 RBAC(Hierarchical RBAC),**包含扁平 RBAC **，支持角色层次结构（偏序关系），支持任意层次结构(2a型)，支持受限层次结构（如树状）（2b型）

翻译成人话就是在RBAC0加入了继承系统，举个例子：

这就是一个典型的2b型的RBAC1系统，角色之间有偏序 关系，可以继承：一个角色可以同时继承多个父角色的权限，获得了管理员权限就获得了商家，用户的权限

（三）RBAC2

RBAC2又叫受限 RBAC (Constrained RBAC) ,包含层次 RBAC , 必须强制执行职责分离（SOD）,3a/3b: 分别对应任意或受限层次结构 。

SOD通过将行动或任务的责任和权限分散给多个用户，来减少欺诈和意外损害的可能性 ,也就是说不能当选手又当裁判

本质上就是RBAC1 + SOD,要求要么具有SSD(静态职责分离，直接禁止你当选手又当裁判) ，要么具有DSD(动态职责分离，允许你当选手又当裁判，但不能同时当)

较为复杂，SOD靠业务实现

（四）RBAC3

RBAC3又叫对称 RBAC(Symmetric RBAC),**包含受限 RBAC ** ,支持权限-角色审查（Permission-Role Review），其性能需与用户-角色审查相当

类似于RBAC0的用户-角色审查。系统必须能够知道特定角色分配了哪些权限 ，以及特定权限被分配给了哪些角色

也就是加入了一个反推的操作，且性能要相当

既能role->perms ，也能perm->roles

为什么这里会单独提出一个反推的功能？

因为它在大型分布式系统中本质上很难实现。

• 非对称性： 大多数访问控制系统是为了快速回答"用户 X 能做什么？"而优化的，以便在用户登录或访问资源时快速鉴权。
• 反向查询昂贵： 要回答"谁拥有权限 Y？"，通常需要反向遍历整个权限映射表。在拥有成千上万个权限和角色的系统中，如果系统架构不支持双向索引，这种查询的性能消耗巨大，类似于数据库中的全表扫描。

如何设计一个高可用的RBAC1系统

首先，在你要设计前，你应当知道你们业务的需求来决定应该选用哪一个级别的RBAC

实际上，在真正的生产应用阶段，绝大多数企业都是采用基于RBAC1，RBAC0或其变种再加上RBAC3的反推 ，因为SOD，层级其实很难实现

但无论如何，RBAC鉴权系统的思路其实大差不差：访问快速，能承受一定压力，内存占用不大，支持热修改，支持分布式

这里我以一个标准的RBAC1进行演示

（一）系统分析

这里以Java为例

首先，鉴权系统必须处于系统最前方 ，但是有些接口并不需要鉴权，如何实现？我们大可以把鉴权放在拦截器 ，然后像SpringSecurity那样维护一个匹配表匹配哪些URL要鉴权 ，哪些URL要什么角色来访问 ，但既然引入了RBAC，本身就是为了更方便更细粒度 的去鉴权。这里我给出的方法是设计一个注解 ，注解参数 是访问此接口所需的权限，用AOP拦截具有这个注释的方法，检查访问的User有没有权限

为了获得访问的userId，可以采用ThreadLocal来存储，在网关截取Token放入Threadlocal

但我这里建议不要用ThreadLocal，直接在请求中注入userId到请求参数中，AOP中就从请求参数中拿带userId，这样用着更加方便，也避免了ThreadLocal内存泄漏的风险（概率极低）

具体来说：

@Target(ElementType.PARAMETER)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface CurrentUserId {
}

这个注释用来放在userId前，用于AOP拿到userId，否则就需要从元数据中拿，非常不便

@Target(ElementType.METHOD) // 作用在方法上
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) // 运行时有效
public @interface RequirePermission {

    /**
     * 需要的权限标识，例如: {"user:add", "user:edit"}
     */
    String[] value();

    /**
     * 校验逻辑：AND (所有权限都要有) / OR (只要有一个权限即可)
     * 默认为 AND
     */
    Logical logical() default Logical.AND;

    enum Logical {
        AND, OR
    }
}

这里支持 或，与

@Before("@annotation(top.twindworld.treeauthority.demos.aop.annotation.RequirePermission)")
public void checkPermission(JoinPoint point) {
    // 1. 获取注解详情
    MethodSignature signature = (MethodSignature) point.getSignature();
    Method method = signature.getMethod();
    RequirePermission annotation = method.getAnnotation(RequirePermission.class);
    if (annotation == null) {
        return;
    }

    // 2. 获取当前登录用户拥有的权限集合 (从 请求 中拿)

    Annotation[][] paramAnnotations = method.getParameterAnnotations();
    // 获取所有参数值
    Object[] args = point.getArgs();
    Long currentUserId = null;
    for (int i = 0; i < paramAnnotations.length; i++) {
        for (Annotation a : paramAnnotations[i]) {
            if (a instanceof CurrentUserId) {
                // 找到了！返回对应的参数值
                currentUserId = (Long) args[i];
                break;
            }
        }
    }
    if (currentUserId == null) {
        throw new NoAuthorityException(401,"无法获取当前用户 ID，权限校验失败");
    }
    Set<String> roleKeys = redisAuthorityService.getUserRoleKeys(currentUserId);
    if (roleKeys == null || roleKeys.isEmpty()) {
        throw new NoAuthorityException(403, "用户暂无角色权限");
    }

    // 3. 获取接口要求的权限
    String[] requiredPerms = annotation.value();
    RequirePermission.Logical logical = annotation.logical();

    // 4. 开始校验
    HashSet<String> functionSet = new HashSet<>();
    for (String roleKey : roleKeys) {
        functionSet.addAll(redisAuthorityService.getRoleFunctionKeys(roleKey));
    }
    check(functionSet, requiredPerms, logical);
}

用的时候就只需要这样：

@GetMapping("/hello")
@RequirePermission(value = {"user:manage"}, logical = RequirePermission.Logical.AND)
public String hello(@CurrentUserId Long userId) {
    return  "hello";
}

非常的简单方便！

（二）鉴权流程分析

鉴权需要有 访问快速，能承受一定压力，内存占用不大，支持热修改，支持分布式 的特点，那Redis便是一个非常好的一个选择

我们维护 user:{userId} = Set(roleKey) 和 role:{roleKey} = Set(functionKey)

假如有一个用户进来，我们根据其userId到Redis查其role，再根据其role去拿到对应的functionKey,然后比对该注释中要求的功能（权限）这个用户满不满足，满足的话就放行，反之拦截

思路很简单，但有很多细节：用户的role是有继承关系的 ，假如一用户有一个role是admin，他可能继承了来着商家，用户的众多functions，Redis里面的role->functions也必须是己继承 的，不然每一次鉴权都要去递归继承

这是一个典型的为了读而牺牲写，但鉴权本身就是更倾向于读

在修改role的functions 时，需要递归的修改其父角色（继承它的角色）的functions，这是一个较为消耗性能的操作，但是role本身数据不多，还能接受

不采用user->functions 的理由是，隐去了role，导致修改role的时候需要有一个反向索引 去找到该role的user，这极其消耗性能，而且user数量众多，很占用内存，这也就是RBAC3的问题

而且为了节省内存，user->role也应该采用懒加载，不然用户数一多，一次加载直接卡死

对于TTL，user->role 应该有TTL，一天半天都可，role->functions可以把TTL设为较长，因为这个数据本身修改的频率不大，在修改的时候修改即可

下面是流程图：

修改流程：

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大致流程便是如此，对于RBAC的更详细的介绍可以看The NIST Model for Role-Based Access Control: Towards a Unified Standard

也可以看我在github中的小demo：Thanwinde/tree-authority: 一个简单的基于RBAC1的鉴权系统