系统架构与设计（1）- 权限系统的设计以及主流的五种权限模型

 

作者：码猿技术专栏
来源：https://juejin.cn/post/7121977695197970463

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这篇文章就来介绍一下权限系统的设计以及主流的五种权限模型。

权限管控可以通俗的理解为权力限制，即不同的人由于拥有不同权力，他所看到的、能使用的可能不一样。对应到一个应用系统，其实就是一个用户可能拥有不同的数据权限（看到的）和操作权限（使用的）。

主流的权限模型主要分为以下五种：

• ACL 模型：访问控制列表
• DAC 模型：自主访问控制
• MAC 模型：强制访问控制
• ABAC 模型：基于属性的访问控制
• RBAC 模型：基于角色的权限访问控制

1. ACL 模型：访问控制列表

　　Access Control List，ACL 是最早的、最基本的一种访问控制机制，是基于客体进行控制的模型，在其他模型中也有 ACL 的身影。为了解决相同权限的用户挨个配置的问题，后来也采用了用户组的方式。

原理：每一个客体都有一个列表，列表中记录的是哪些主体可以对这个客体做哪些行为，非常简单。

例如：当用户A要对一篇文章进行编辑时，ACL 会先检查一下文章编辑功能的控制列表中有没有用户A，有就可以编辑，无则不能编辑。或不同等级的会员在产品中可使用的功能范围不同。

缺点：当主体的数量较多时，配置和维护工作就会成本大、易出错。

 

2. DAC 模型：自主访问控制

　　Discretionary Access Control，DAC 是 ACL 的一种拓展。

　　原理：在 ACL 模型的基础上，允许主体可以将自己拥有的权限自主地授予其他主体，所以权限可以任意传递。

　　例如：常见于文件系统，LINUX，UNIX、WindowsNT 版本的操作系统都提供 DAC 的支持。

　　缺点：对权限控制比较分散，例如无法简单地将一组文件设置统一的权限开放给指定的一群用户。主体的权限太大，无意间就可能泄露信息。

 

3. MAC 模型：强制访问控制

　　Mandatory Access Control，MAC 模型中主要的是双向验证机制。常见于机密机构或者其他等级观念强烈的行业，如军用和市政安全领域的软件。

　　原理：主体有一个权限标识，客体也有一个权限标识，而主体能否对该客体进行操作取决于双方的权限标识的关系。

　　例如：将军分为上将>中将>少将，军事文件保密等级分为绝密>机密>秘密，规定不同军衔仅能访问不同保密等级的文件，如少将只能访问秘密文件；当某一账号访问某一文件时，系统会验证账号的军衔，也验证文件的保密等级，当军衔和保密等级相对应时才可以访问。

　　缺点：控制太严格，实现工作量大，缺乏灵活性。

 

4. ABAC 模型：基于属性的访问控制

　　Attribute-Based Access Control，能很好地解决 RBAC 的缺点，在新增资源时容易维护。

　　原理：通过动态计算一个或一组属性是否满足某种机制来授权，是一种很灵活的权限模型，可以按需实现不同颗粒度的权限控制。

属性通常有四类：

　　　　1）主体属性，如用户年龄、性别等；

　　　　2）客体属性，如一篇文章等；

　　　　3）环境属性，即空间限制、时间限制、频度限制；

　　　　4）操作属性，即行为类型，如读写、只读等。

　　例如：早上 9:00 ~ 11:00 期间 A、B 两个部门一起以考生的身份考试，下午 14:00 ~ 17:00 期间 A、B 两个部门相互阅卷。

　　缺点：规则复杂，不易看出主体与客体之间的关系，实现非常难，现在应用的很少。

 

5. RBAC 模型：基于角色的权限访问控制

　　Role-Based Access Control，核心在于用户只和角色关联，而角色代表对了权限，是一系列权限的集合。

　　RBAC 三要素：

　　　　1）用户：系统中所有的账户

　　　　2）角色：一系列权限的集合（如：管理员，开发者，审计管理员等）

　　　　3）权限：菜单，按钮，数据的增删改查等详细权限。

 

　　在 RBAC 中，权限与角色相关联，用户通过成为适当角色的成员而得到这些角色的权限。

　　角色是为了完成各种工作而创造，用户则依据它的责任和资格来被指派相应的角色，用户可以很容易地从一个角色被指派到另一个角色。

　　角色可依新的需求和系统的合并而赋予新的权限，而权限也可根据需要而从某角色中回收。角色与角色的关系同样也存在继承关系防止越权。

　　优点：便于角色划分，更灵活的授权管理；最小颗粒度授权；

 

6. RBAC 模型的深度拓展

　　RBAC 模型可以分为：RBAC0、RBAC1、RBAC2、RBAC3 四个阶段，一般公司使用 RBAC0 的模型就可以。另外，RBAC0 相当于底层逻辑，后三者都是在 RBAC0 模型上的拓展。

　　先简单介绍下这四个RBAC模型：

 　　1）RBAC0 模型

　　　　用户和角色、角色和权限多对多关系。

　　　　简单来说就是一个用户拥有多个角色，一个角色可以被多个用户拥有，这是用户和角色的多对多关系；同样的，角色和权限也是如此。

　　　　RBAC0 模型如下图：没有画太多线，但是已经能够看出多对多关系。

 

　　2）RBAC1 模型

　　　　相对于 RBAC0 模型，增加了角色分级的逻辑，类似于树形结构，下一节点继承上一节点的所有权限，如 role1 根节点下有 role1.1 和role1.2 两个子节点

　　角色分级的逻辑可以有效的规范角色创建（主要得益于权限继承逻辑），我之前做过 BD 工具（类CRM），BD 之间就有分级（经理、主管、专员），如果采用 RBAC0 模型做权限系统，我可能需要为经理、主管、专员分别创建一个角色（角色之间权限无继承性），极有可能出现一个问题，由于权限配置错误，主管拥有经理都没有权限。

　　而 RBAC1 模型就很好解决了这个问题，创建完经理角色并配置好权限后，主管角色的权限继承经理角色的权限，并且支持针对性删减主管权限。

 

　　3）RBAC2模型

　　　　基于RBAC0模型，对角色增加了更多约束条件。

　　角色互斥，比较经典的案例是财务系统中出纳不得兼管稽核，那么在赋予财务系统操作人员角色时，同一个操作员不能同时拥有出纳和稽核两个角色。

　　角色数量限制，例如：一个角色专门为公司 CEO 创建的，最后发现公司有10个人拥有 CEO 角色，一个公司有10个 CEO？这就是对角色数量的限制，它指的是有多少用户能拥有这个角色。

　　RBAC2 模型主要是为了增加角色赋予的限制条件，这也符合权限系统的目标：权责明确，系统使用安全、保密。

 

　　4）RBAC3模型

　　　　同样是基于 RBAC0 模型，但是综合了 RBAC1 和 RBAC2 的所有特点。

　　　　这里就不在多描述，读者返回去看 RBAC1 和 RBAC2 模型的描述即可。

 

7. RBAC 权限管理的在实际系统中的应用

　　RBAC 权限模型由三大部分构成，即用户管理、角色管理、权限管理。

　　用户管理按照企业架构或业务线架构来划分，这些结构本身比较清晰，扩展性和可读性都非常好。

　　角色管理一定要在深入理解业务逻辑后再来设计，一般使用各部门真实的角色作为基础，再根据业务逻辑进行扩展。

　　权限管理是前两种管理的再加固，做太细容易太碎片，做太粗又不够安全，这里我们需要根据经验和实际情况来设计。

 

　　1）用户管理

　　　　用户管理中的用户，是企业里每一位员工，他们本身就有自己的组织架构，我们可以直接使用企业部门架构或者业务线架构来作为线索，构建用户管理系统。

　　　　

　　　　需要特殊注意：实际业务中的组织架构可能与企业部门架构、业务线架构不同，需要考虑数据共享机制，一般的做法为授权某个人、某个角色组共享某个组织层级的某个对象组数据。

 

 　　2）角色管理

　　　　在设计系统角色时，我们应该深入理解公司架构、业务架构后，再根据需求设计角色及角色内的等级。

　　　　一般角色相对于用户来说是固定不变的，每个角色都有自己明确的权限和限制，这些权限在系统设计之处就确定了，之后也轻易不会再变动。

　　　　（1）自动获得基础角色 

　　　　　　当员工入职到某部门时，该名员工的账号应该自动被加入该部门对应的基础角色中，并拥有对应的基础权限。这种操作是为了保证系统安全的前提下，减少了管理员大量手动操作。使新入职员工能快速使用系统，提高工作效率。

　　　　（2）临时角色与失效时间 

　　　　　　公司业务有时需要外援来支持，他们并不属于公司员工，也只是在某个时段在公司做支持。此时我们需要设置临时角色，来应对这种可能跨多部门协作的临时员工。

　　　　　　如果公司安全级别较高，此类账号默认有固定失效时间，到达失效时间需再次审核才能重新开启。避免临时账号因为流程不完善，遗忘在系统中，引起安全隐患。

　　　　（3）虚拟角色

　　　　　　部门角色中的等级，可以授权同等级的员工拥有相同的权限，但某些员工因工作原因，需要调用角色等级之外的权限，相同等级不同员工需要使用的权限还不相同。

　　　　　　这种超出角色等级又合理的权限授予，我们可以设置虚拟角色。这一虚拟角色可集成这一工作所需的所有权限，然后将它赋予具体的员工即可。这样即不用调整组织架构和对应的角色，也可以满足工作中特殊情况的权限需求。

　　　　（4）黑白名单

　　　　　　白名单：某些用户自身不拥有某部门的顶级角色，但处于业务需求，需要给他角色外的高级权限，那么我们可以设计限制范围的白名单，将需要的用户添加进去即可。

　　　　　　在安全流程中，我们仅需要对白名单设计安全流程，即可审核在白名单中的特殊用户，做到监控拥有特殊权限的用户，减少安全隐患。

　　　　　　黑名单：比较常见的黑名单场景是某些犯了错误的员工，虽然在职，但已经不能给他们任何公司权限了。这种既不能取消角色关联，也不能完全停用账号的情况，可以设置黑名单，让此类用户可以登录账号，查看基本信息，但大多数关键权限已经被黑名单限制。

 

　　3）权限管理

　　　　权限管理一般从三个方面来做限制。页面/菜单权限，操作权限，数据权限。

　　　　（1）页面/菜单权限

　　　　　　对于没有权限操作的用户，直接隐藏对应的页面入口或菜单选项。这种方法简单快捷直接，对于一些安全不太敏感的权限，使用这种方式非常高效。

　　　　（2）操作权限

 　　　　　　操作权限通常是指对同一组数据，不同的用户是否可以增删改查。对某些用户来说是只读浏览数据，对某些用户来说是可编辑的数据。

　　　　（3）数据权限

　　　　　　对于安全需求高的权限管理，仅从前端限制隐藏菜单，隐藏编辑按钮是不够的，还需要在数接口上做限制。如果用户试图通过非法手段编辑不属于自己权限下的数据，服务器端会识别、记录并限制访问。

　　　　（4） 数据权限如何管控

　　　　　　数据权限可以分为行权限和列权限。行权限控制：看多少条数据。列权限控制：看一条数据的多少个字段

　　　　　　简单系统中可以通过组织架构来管控行权限，按照角色来配置列权限，但是遇到复杂情况，组织架构是承载不了复杂行权限管控，角色也更不能承载列的特殊化展示。

　　　　　　目前行业的做法是提供行列级数据权规则配置，把规则当成类似权限点配置赋予某个角色或者某个用户。

 

 

8. 用户管理系统权限设计中的更多实践细节

　　1）超级管理员

　　　　超级管理员是用来启动系统，配置系统的账号。这个账号应该在配置好系统，创建管理员之后被隐藏起来。超级管理员账号拥有系统中全部权限，可穿梭查看各部门数据，如果使用不恰当，是系统管理的安全隐患。

 

　　2）互斥角色如何处理

 　　　　当用户已经有用的角色和即将添加的角色互相互斥时，应该在添加新角色时，提示管理员因角色互斥的原因，无法进行新角色添加。如需添加，要先撤销掉前一个角色，再添加新角色。

 

　　3）用户管理权限系统设计一定要简单清晰

　　　　在设计权限系统之处，一定要理清思路，一切从简，能不增加的多余角色和权限逻辑，就一定不要增加。因为随着公司业务的扩大，权限和角色也会随之增多，如果初期设计思路不严谨，那么权限系统会随着业务的扩大而无限混乱下去，此时再来整理权限，已经太晚了。所以初期设计就一定要条理清晰，简单明了，能避免后续非常多不必要的麻烦。

 

　　4）无权提示页

 　　　　有时员工 A 会直接给员工 B 分享他当下正在操作的页面，但有可能员工 B 无权查看。此时我们应该在这里考虑添加「无权提示页」，避免粗暴的 404 页面让员工 B 以为是系统出错了。