1RBAC模式介绍

RBAC的基本思想是在用户和访问权限之间引入角色的概念，将用户和角色联系起来，通过对角色的授权来控制用户对系统资源的访问。

RBAC基本思想

角色是访问权限的集合，用户通过赋予不同的角色获得角色所拥有的访问权限。一个用户可拥有多个角色，一个角色可授权给多个用户；一个角色可包含多个权限，一个权限可被多个角色包含。用户通过角色享有权限，它不直接与权限相关联，权限对存取对象的操作许可是通过角色实现的。

2NIST标准RBAC的4种部件模型

NIST（The National Institute of Standards and Technology，美国国家标准与技术研究院）标准RBAC模型由4个部件模型组成：

1）基本模型RBAC0（Core RBAC）

2）角色分级模型RBAC1（Hierarchal RBAC）

3）角色模型RBAC2（Constraint RBAC）

4）统一模型RBAC3（Combines RBAC）

1、基本模型RBAC0

RBAC0模型

RBAC0定义了能构成一个RBAC控制系统的最小的元素集合。在RBAC之中,包含用户users(USERS)、角色roles(ROLES)、目标 objects(OBS)、操作operations(OPS)、许可权permissions(PRMS)五个基本数据元素， 此模型指明用户、角色、访问权限和会话之间的关系。每个角色至少具备一个权限，每个用户至少扮演一个角色；可以对两个完全不同的角色分配完全相同的访问权限；会话由用户控制，一个用户可以创建会话并激活多个用户角色，从而获取相应的访问权限，用户可以在会话中更改激活角色，并且用户可以主动结束一个会话。

2、角色分级模型RBAC1

RBAC1引入角色间的继承关系，角色间的继承关系可分为一般继承关系和受限继承关系。一般继承关系仅要求角色继承关系是一个绝对偏序关系，允许角色间的多继承。而受限继承关系则进一步要求角色继承关系是一个树结构，实现角色间的单继承。

3、角色模型RBAC2

RBAC2模型中添加了责任分离关系。RBAC2的约束规定了权限被赋予角色时,或角色被赋予用户时,以及当用户在某一时刻激活一个角色时所应遵循的强制性规则。责任分离包括静态责任分离和动态责任分离。约束与用户-角色-权限关系一起决定了RBAC2模型中用户的访问许可，此约束有多种，主要包括：

互斥角色：同一用户只能分配到一组互斥角色集合中至多一个角色，支持责任分离的原则。

基数约束：一个角色被分配的用户数量受限；一个用户可拥有的角色数目受限；同样一个角色对应的访问权限数目也应受限，以控制高级权限在系统中的分配。

先决条件角色：可以分配角色给用户仅当该用户已经是另一角色的成员；对应的可以分配访问权限给角色，仅当该角色已经拥有另一种访问权限。

运行时互斥：例如，允许一个用户具有两个角色的成员资格，但在运行中不可同时激活这两个角色。

4、统一模型RBAC3

RBAC3包含了RBAC1和RBAC2，既提供了角色间的继承关系，又提供了责任分离关系。

RBAC3模型结构

3核心对象模型设计

根据RBAC模型的权限设计思想，建立权限管理系统的核心对象模型。如图所示。

权限管理系统核心类图

对象模型中包含的基本元素主要有：用户（Users）、用户组（Group）、角色（Role）、目标（Objects）、访问模式（Access Mode）、操作（Operator）。主要的关系有：分配角色权限PA（Permission Assignment）、分配用户角色UA（Users Assignmen描述如下：

A、控制对象：是系统所要保护的资源（Resource），可以被访问的对象。资源的定义需要注意以下两个问题：

1、资源具有层次关系和包含关系。例如，网页是资源，网页上的按钮、文本框等对象也是资源，是网页节点的子节点，如可以访问按钮，则必须能够访问页面。

2、这里提及的资源概念是指资源的类别（Resource Class），不是某个特定资源的实例（Resource Instance）。资源的类别和资源的实例的区分，以及资源的粒度的细分，有利于确定权限管理系统和应用系统之间的管理边界，权限管理系统需要对于资源的类别进行权限管理，而应用系统需要对特定资源的实例进行权限管理。两者的区分主要是基于以下两点考虑：

一方面，资源实例的权限常具有资源的相关性。即根据资源实例和访问资源的主体之间的关联关系，才可能进行资源的实例权限判断。

例如，在管理信息系统中，需要按照营业区域划分不同部门的客户，A区和B区都具有修改客户资料这一受控的资源，这里“客户档案资料”是属于资源的类别的范畴。如果规定A区只能修改A区管理的客户资料，就必须要区分出资料的归属，这里的资源是属于资源实例的范畴。客户档案（资源）本身应该有其使用者的信息（客户资料可能就含有营业区域这一属性），才能区分特定资源的实例操作，可以修改属于自己管辖的信息内容。

另一方面，资源的实例权限常具有相当大的业务逻辑相关性。对不同的业务逻辑，常常意味着完全不同的权限判定原则和策略。

B、权限：对受保护的资源操作的访问许可(Access Permission)，是绑定在特定的资源实例上的。对应地，访问策略（Access Strategy）和资源类别相关，不同的资源类别可能采用不同的访问模式（Access Mode）。例如，页面具有能打开、不能打开的访问模式，按钮具有可用、不可用的访问模式，文本编辑框具有可编辑、不可编辑的访问模式。同一资源的访问策略可能存在排斥和包含关系。例如，某个数据集的可修改访问模式就包含了可查询访问模式。

C、用户：是权限的拥有者或主体。用户和权限实现分离，通过授权管理进行绑定。

D、用户组：一组用户的集合。在业务逻辑的判断中，可以实现基于个人身份或组的身份进行判断。系统弱化了用户组的概念，主要实现用户（个人的身份）的方式。

E、角色：权限分配的单位与载体。角色通过继承关系支持分级的权限实现。例如，科长角色同时具有科长角色、科内不同业务人员角色。

F、操作：完成资源的类别和访问策略之间的绑定。

G、分配角色权限PA：实现操作和角色之间的关联关系映射。

H、分配用户角色UA：实现用户和角色之间的关联关系映射。

该对象模型最终将访问控制模型转化为访问矩阵形式。访问矩阵中的行对应于用户，列对应于操作，每个矩阵元素规定了相应的角色，对应于相应的目标被准予的访问许可、实施行为。按访问矩阵中的行看，是访问能力表CL(Access Capabilities)的内容；按访问矩阵中的列看，是访问控制表ACL（Access Control Lists）的内容。

4权限访问机制

权限管理系统端：提供集中管理权限的服务，负责提供用户的鉴别、用户信息、组织结构信息,以及权限关系表的计算。如图3所示。

图3 权限的访问示意图

Fig.3 Privilege invoke 

系统根据用户，角色、操作、访问策略和控制对象之间的关联关系，同时考虑权限的正负向授予，计算出用户的最小权限。在业务逻辑层采用Session Bean实现此服务，也可以发布成Web Service。采用代理Proxy模式，集中控制来自应用系统的所要访问的权限计算服务，并返回权限关系表，即二元组{ObjectId，OperatorId}。

应用系统端：可以通过访问能力表CL和访问控制表ACL两种可选的访问方式访问权限管理系统。以基于J2EE框架的应用系统为例，说明访问过程：

A、首先采用基于表单的验证，利用Servlet方式集中处理登录请求[2]。考虑到需要鉴别的实体是用户，采用基于ACL访问方式。用户登录时调用权限管理系统的用户鉴别服务，如果验证成功，调用权限计算服务，并返回权限关系表，以HashMap的方式存放到登录用户的全局Session中；如果没有全局的Session或者过期，则被导向到登录页面，重新获取权限。

B、直接URL资源采用基于CL访问方式进行的访问控制。如果用户直接输入URL地址访问页面，有两种方法控制访问：（1）通过权限标签读取CL进行控制；（2）采取Filter模式，进行权限控制，如果没有权限，则重定向到登录页面。

5权限控制机制

权限所要控制的资源类别是根据应用系统的需要而定义的，具有的语义和控制规则也是应用系统提供的，对于权限管理系统来说是透明的，权限将不同应用系统的资源和操作统一对待。应用系统调用权限管理系统所获得的权限关系表，也是需要应用系统来解释的。按此设计，权限管理系统的通用性较强，权限的控制机制则由应用系统负责处理。

由于应用系统的权限控制与特定的技术环境有关，以基于J2EE架构的应用系统为例来说明，系统主要的展示组件是JSP页面，采用标记库和权限控制组件共同来实现。

A、权限标识：利用标签来标识不同级别资源，页面权限标签将标识页面对象。

B、权限注册：遍历JSP页面上的权限控制标签，读取JSP的控制权限。通过权限注册组件将JSP页面上的权限控制对象以及规则注册到权限管理信息系统中。

C、权限控制：应用系统用户登录系统时，从权限管理系统获得权限关系表之后，一方面，权限标签控制页面展示；另一方面，利用权限控制组件在业务逻辑中进行相应的权限控制，尤其是和业务逻辑紧密联系的控制对象实例的权限控制。

6权限存储机制

权限管理系统采用了两种可选的存储机制：LDAP（Lightweight Directory Access Protocol）目录服务数据库和关系型数据库。存储用户信息、组织结构、角色、操作、访问模式等信息。

其中，目录服务系统基于LDAP标准，具有广泛的数据整合和共享能力。元目录（Meta-Directory）功能允许快速、简洁的与企业现存基础结构进行集成，解决基于传统RDBMS等用户数据库与LDAP用户数据库的同步问题。下载本文