Java角色基础的权限控制详解与模型比较

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《Java基于角色的权限控制》是一本由David Ferraiolo、D. Richard Kuhn和Ramaswamy Chandramouli撰写，于2007年出版的技术著作，主要探讨了角色基础的访问控制(RBAC)这一关键概念在Java环境中的应用。该书的目的是为了帮助读者理解和实施有效的权限管理策略，确保企业级系统的信息安全。章节一"Introduction"首先阐述了访问控制的基本目的和原理，强调了其在信息系统中的重要性，尤其是在现代多用户、多角色环境中。作者提到了访问控制的历史，从最初的自主访问控制(DAC)和强制访问控制(MAC)等模型，对比介绍了RBAC的优势，如灵活性、效率以及在大型企业环境中的适用性。在第二部分，作者深入讨论了访问控制政策、模型和机制。这部分内容涵盖了核心概念，如政策制定、主体(subjects)（即用户或进程）和客体(objects)的定义，以及不同的控制手段，如参考监控(referential monitoring)和安全内核。具体讲解了如何通过访问控制矩阵(ACM)来实现权限分配，区分了DAC（基于个体的权限控制）和MAC（基于操作的权限控制）策略。书中还详细介绍了几个知名的安全模型，如Biba模型，它关注数据的完整性和不可否认性；Clark-Wilson模型，强调职责分离和审计跟踪；Chinese Wall模型，用于组织内部不同部门之间的信息隔离；以及 Brewer-Nash模型和域类型强制执行模型，这些模型针对特定场景提供了额外的保护措施。值得注意的是，该书强调翻译作品仅供研究用途，禁止商业使用，并鼓励有兴趣的读者通过电子邮件yvesgao@163.com与作者沟通，提出翻译中的错误和建议，以便进行修正。这体现了对知识产权的尊重以及对学术交流的开放态度。《Java基于角色的权限控制》是一本深入解析RBAC在Java环境中的实施与应用的专业书籍，对于开发人员、安全专家和系统管理员来说，是一份宝贵的学习资料，可以帮助他们理解和设计高效、灵活的角色权限管理系统。

绪论

第一章：绪论

概述

访问控制（Access Control）——从广义的角度也叫做权限授予（Authorization）

——在很久以前当人们意识到要保护财产的时候就已经有这个概念了。从古代开

始，守卫、门和锁就已经用于限制人们对有价物品的使用了。对于访问控制的需

求实际上促使了世界上第一个安全计算机系统的发明。1879 年，俄亥俄州代顿

市的一个酒馆老板，詹姆斯.里蒂发明了“清廉出纳员”，这就是后来众所周知的现

金出纳机。里蒂的发明减少了雇员偷盗现金的现象，雇员仅能在把款项记入现金

记录机后才能打开装现金的抽屉，一举一动都逃不出顾客的眼睛。只要记录下销

售量和累计总额，出纳机就可以让店主确保现金抽屉里的钱和一天的总销量相互

吻合。

在现今的信息技术中，“权限授予”是指用户访问计算机系统资源的有关方法，

或者简单的说就是：“谁可以干什么”。访问控制无疑是现今使用的，最基本、最

普遍的安全机制。事实上，访问控制出现于各种系统之中，它在体系结构和行政

管理上给各层次的企业级计算都带来了巨大影响。从商业角度看，访问控制可以

潜在的促进最优化的资源共享和互换，但也有潜在的困难等待着用户：巨额的管

理成本，以及未授权的信息泄漏和讹误。

访问控制有许多种形式。为了决定用户是否有权使用某项资源，访问控制系

统可以限定用户何时以及如何使用该项资源。例如，用户仅仅可以在工作时间访

问网络。某些机构可能会建立起更加复杂的控制机制，像一些需要两个工作人员

共同执行的特定的高危操作，比如打开金库或发射导弹。访问控制的定义和模型

最初源于 20 世纪 70 年代早期的一篇颇具创造性的论文，早期的标准化运动产生

于 20 世纪 80 年代，RBAC 的出现则起始于 20 世纪 90 年代并延续至今。本章将

介绍访问控制的起源、历史和重要概念，评述现今流行的访问控制机制，并讲述

RBAC 的基本概念及其在系统程序、应用程序及网络安全领域的优势。

Role-Based Access Control

1.1 The purpose and fundamentals of access control

Access control is only one aspect of a comprehensive computer security solution, but

it is one of the most visible. Every time a user logs on to a multiuser computer system,

access control is enforced. To gain a better understanding of the purpose of access

control, it is worth reviewing the risks to information systems. Information security

risks can be broadly categorized into the following three types, confidentiality,

integrity, and availability, which can be remembered with the convenient mnemonic

"CIA." These categories are described as follows:

Confidentiality refers to the need to keep information secure and private. This

category may include anything from state secrets to confidential memoranda,

financial information, and security information such as passwords.

Integrity refers to the concept of protecting information from being improperly

altered or modified by unauthorized users. For example, most users want to ensure

that bank account numbers used by financial software cannot be changed by anyone

else and that only the user or an authorized security administrator can change

passwords.

Availability refers to the notion that information is available for use when needed.

Attacks that attempt to overload corporate Web servers, widely reported in the

popular press, are attacks on availability.

Access control is critical to preserving the confidentiality and integrity of information.

The condition of confidentiality requires that only authorized users can read

information, and the condition of integrity requires that only authorized users can

alter information in authorized ways. Access control is less obviously central to

preserving availability, but it clearly has an important role: An attacker who gains

unauthorized access to a system is likely to have little trouble bringing it down.

1.1.1 Authorization versus authentication

Authorization and authentication are fundamental to access control. They are

distinct concepts but often confused. Part of the confusion stems from the close

relationship between the two; proper authorization in fact is dependent on

authentication.

Authentication is the process of determining that a user's claimed identity is

legitimate. Every computer user is familiar with passwords, the most common form

of authentication. If Alice logs in as alice46 and then provides the correct password

for user identification (ID) alice46, she has authenticated herself to the system. Less

common forms of authentication include biometrics (e.g., fingerprint readers) and

smart cards. Authentication is based on one or more of the following factors

基于角色的访问控制

1.1 访问控制的目标和基本原理

访问控制仅仅是综合性计算机安全解决方案的一部分，但它是最为显著的部

分之一。每当用户登录某个多用户计算机系统时，访问控制机制就会工作起来。

为了更好的理解访问控制的目的，有必要回顾一下信息系统中，所存在的危险。

信息系统安全风险可以被广义的划分为三类：秘密性（Confidentiality）、完整

性（Integrity）和可用性（Availability），简记作“CIA”。这三个类别描述如下：

机密性是指对于保证信息安全和秘密的需要。任何来自于国家保密部门的密

件、金融信息、安全信息（如密码）等均属此类。

完整性是指防止信息被未授权的用户变动或修改。例如，大部分用户都要确

保财务软件使用的银行账户不能被任何人改变，并且，只有该用户自己或已授权

的安全管理员才能改变密码。

可用性指当用户需要使用信息时就可以正常使用。攻击者会尝试攻击 Web

服务器并使其超负荷运转，这些广为人知的攻击行为即是在进行可用性攻击。

访问控制重点要保证信息的秘密性和完整性。机密性要求只有授权用户才可

以读取信息，完整性要求只有授权用户才可以在授权的方式下变更信息。访问控

制很少注重保证可用性，但它显然扮演了一个重要的角色：非法获得系统访问权

的攻击者很可能在攻陷系统时遇到一些麻烦。

1.1.1 权限授予和身份鉴别

权限授予和身份鉴别是访问控制的基础。它们是截然不同的两个概念，但总

被混淆。之所以混淆，部分原因是两者总是紧密联系的——正确的权限授予事

实上依赖于身份验证。

身份验证是确定用户所声明的身份是否合法的过程。每个计算机使用者都熟

悉密码，这是一种最常见的身份验证形式。如果爱丽丝以 alice46 和一个对应于

此用户标识（ID）的正确密码登录，她就通过了系统的身份验证。还有一些不常

见的身份验证形式，如：生物识别（例如指纹识别）和智能卡。身份验证是基于

如下的一个或多个因素：

Introduction

Something you know, such as the password, personal identification number (PIN), or

lock combination;

Something you have, such as a smart card, automatic teller machine (ATM) card, or

key;

Something you are, or a physical characteristic, such as a fingerprint or retinal

pattern, or a facial characteristic.

Clearly, authentication is normally stronger if two or more factors are used. A

password can be guessed; a key can be lost; and face-recognition systems have a

significant false positive rate, so using only one of these authentication methods may

not provide an acceptable level of security. This is why banks require both cards and

PINs to access ATMs rather than only a password, or only a key or card. If the card

were lost, a thief would have to guess the PIN in only three tries to beat the

authentication system.

While authentication is a process of determining who you are, authorization

determines what you are allowed to do. Authorization refers to a yes or no decision

as to whether a user is granted access to a system resource. An information system

must maintain some relationship between user IDs and system resources, possibly by

attaching a list of authorized users to resources, or by storing a list of accessible

resources with each user ID. Note that authorization necessarily depends on proper

authentication. If the system cannot be certain of a user's identity, there is no valid

way of determining if the user should be granted access.

1.1.2 Users, subjects, objects, operations, and permissions

A reasonably consistent terminology has developed over the past 3 decades for

describing access control models and systems. Almost any access control model can

be stated formally using the notions of users, subjects, objects, operations, and

permissions, and the relationships between these entities. It is important to

understand these terms, because the reader will encounter them not only in this

book but also in most of the literature on access control and computer security.

The term user refers to people who interface with the computer system. In many

designs, it is possible for a single user to have multiple login IDs, and these IDs may

be simultaneously active. Authentication mechanisms make it possible to match the

multiple IDs to a single human user, however.

An instance of a user's dialog with a system is called a session.

绪论

某种你知道的信息，例如：密码，个人识别号（PIN）或密码锁；

某种你拥有的东西，例如：智能卡，自动取款机（ATM）卡，密钥；

某种你本身具有的物理特性，例如：指纹，视网膜或者面部特征。

显而易见，如果综合使用两个或更多因素，身份鉴别将更加健壮。密码可以

被猜测出来，密钥可能丢失，面部识别系统也可能有一定的错误率，所以只使用

一种身份鉴别方法也许并不能达到可接受的安全级别。这就是为什么银行的

ATM 机需要同时提供智能卡和 PIN 码，而不只是单独的密码、密钥或智能卡。

如果智能卡丢失，窃贼需要在三次机会中猜出 PIN 码，才能击败身份鉴别系统。

身份鉴别是确定“你是谁”的过程，权限授予则是确定“你能干什么”的过

程。权限授予机制对用户是否可以访问系统资源作出“是”或“否”的决定。信

息系统必须负责维护一组用户 ID 和系统资源之间的关系，可以将授权用户的列

表绑定在资源上，或者为每个用户 ID 绑定一个可访问资源的列表。值得注意的

是，权限授予必须依赖对应的身份验证机制。如果系统不能确认某用户的 ID，

也就没有合法方式去确定该用户是否应被授权。

1.1.2 用户、主体、客体、操作和权限

30 多年前，业内就已经使用一套合理、一致的术语来描述访问控制模型和

系统。几乎所有的访问控制模型都可以使用用户、主体、客体、操作和权限以及

它们之间的关系进行形式描述。理解这些术语非常重要，因为这些术语不仅出现

在本书中而且在访问控制和计算机安全领域的大多数文献中总会频频出现。

术语“用户”是指和计算机系统交互的人。在许多设计方案中，单个用户可

能拥有多个登录标识（ID），这些标识可能同时处于活跃状态，但身份验证机制

可以使多个标识匹配到某个具体的人。

用户和系统交互的实例被称为会话（Session）。

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