RBAC权限系统分析、设计与实现

我就是我 2022-08-31 15:28 216阅读 0赞

最近，因为项目上需要设计实现一个权限管理模块，所以专门整理总结了RBAC的一些知识。

目前，使用最普遍的权限管理模型正是RBAC（Role-Based Access Control）模型，这篇文章也主要是介绍基于RBAC的权限管理系统，我会从RBAC是什么、如何设计RBAC两部分来介绍。

## 一、RBAC是什么 ##

### 1、RBAC模型概述 ###

RBAC模型（Role-Based Access Control：基于角色的访问控制）模型是20世纪90年代研究出来的一种新模型，但其实在20世纪70年代的多用户计算时期，这种思想就已经被提出来，直到20世纪90年代中后期，RBAC才在研究团体中得到一些重视，并先后提出了许多类型的RBAC模型。其中以美国George Mason大学信息安全技术实验室（LIST）提出的[RBAC96][]模型最具有代表，并得到了普遍的公认。

RBAC认为权限授权的过程可以抽象地概括为：Who是否可以对What进行How的访问操作，并对这个逻辑表达式进行判断是否为True的求解过程，也即是将权限问题转换为What、How的问题，Who、What、How构成了访问权限三元组，具体的理论可以参考RBAC96的论文，这里我们就不做详细的展开介绍，大家有个印象即可。

### 2、RBAC的组成 ###

在RBAC模型里面，有3个基础组成部分，分别是：用户、角色和权限。

RBAC通过定义角色的权限，并对用户授予某个角色从而来控制用户的权限，实现了用户和权限的逻辑分离（区别于ACL模型），极大地方便了权限的管理

下面在讲解之前，先介绍一些名词：

*  User（用户）：每个用户都有唯一的UID识别，并被授予不同的角色
 *  Role（角色）：不同角色具有不同的权限
 *  Permission（权限）：访问权限
 *  用户-角色映射：用户和角色之间的映射关系
 *  角色-权限映射：角色和权限之间的映射

它们之间的关系如下图所示：

![c508a305dddc03b43ac12d9741c06c00.png][]

例如下图，管理员和普通用户被授予不同的权限，普通用户只能去修改和查看个人信息，而不能创建创建用户和冻结用户，而管理员由于被授 予所有权限，所以可以做所有操作。

![rbac说明图][rbac]

### 3、RBAC支持的安全原则 ###

RBAC支持三个著名的安全原则：最小权限原则、责任分离原则和数据抽象原则

*  最小权限原则：RBAC可以将角色配置成其完成任务所需的最小权限集合
 *  责任分离原则：可以通过调用相互独立互斥的角色来共同完成敏感的任务，例如要求一个计账员和财务管理员共同参与统一过账操作
 *  数据抽象原则：可以通过权限的抽象来体现，例如财务操作用借款、存款等抽象权限，而不是使用典型的读、写、执行权限

### 4、RBAC的优缺点 ###

（1）优点：

*  简化了用户和权限的关系
 *  易扩展、易维护

（2）缺点：

*  RBAC模型没有提供操作顺序的控制机制，这一缺陷使得RBAC模型很难适应哪些对操作次序有严格要求的系统

### 5、RBAC的3种模型 ###

（1）RBAC0

RBAC0，是最简单、最原始的实现方式，也是其他RBAC模型的基础。

![rbac0模型图][rbac0]

在该模型中，用户和角色之间可以是多对多的关系，即一个用户在不同场景下是可以有不同的角色，例如：项目经理也可能是组长也可能是架构师。同时每个角色都至少有一个权限。这种模型下，用户和权限被分离独立开来，使得权限的授权认证更加灵活。

（2）RBAC1

基于RBAC0模型，引入了角色间的继承关系，即角色上有了上下级的区别。

![rbac1模型图][rbac1]

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。

这种模型适合于角色之间层次分明，可以给角色分组分层。

（3）RBAC2

RBAC2，基于RBAC0模型的基础上，进行了角色的访问控制。

![rbac2模型图][rbac2]

RBAC2中的一个基本限制是互斥角色的限制，互斥角色是指各自权限可以互相制约的两个角色。对于这类角色一个用户在某一次活动中只能被分配其中的一个角色，不能同时获得两个角色的使用权。

该模型有以下几种约束：

*  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。互斥角色是指各自权限互相制约的两个角色。对于这类角色一个用户在某一次活动中只能被分配其中的一个角色，不能同时获得两个角色的使用权。常举的例子：在审计活动中，一个角色不能同时被指派给会计角色和审计员角色。
 *  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。例如公司的领导人有限的；
 *  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。指要想获得较高的权限，要首先拥有低一级的权限。就像我们生活中，国家主席是从副主席中选举的一样。
 *  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。

## 二、如何设计RBAC ##

这一节，我会介绍设计基于RBAC模型的权限系统的功能模块组成、流程以及数据库的设计。

### 1、RBAC的功能模块 ###

![rbac功能模块][rbac 1]

### 2、RBAC执行流程 ###

![rbac执行流程][rbac 2]

### 3、RBAC数据库设计 ###

![rbac数据库设计][rbac 3]

[RBAC96]: https://www.profsandhu.com/infs767/infs767fall03/lecture01-2.pdf
[c508a305dddc03b43ac12d9741c06c00.png]: /images/20220829/f4e35a3e7ad84664ad58bc76629437b5.png
[rbac]: /images/20220829/3d724b4d6cd7464790a89bf303b9300f.png
[rbac0]: /images/20220829/92e0f47da8754b96beefa09f8affbdc8.png
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[rbac 2]: /images/20220829/f96b7713efb647a38ce1ce2430c2cce8.png
[rbac 3]: /images/20220829/200b3ee0b728438daa1fd3512818efb0.png