[WCF权限控制]模拟（Impersonation）与委托（Delegation）[上篇]

由于服务操作是在寄宿进程中执行，在默认的情况下，服务操作是否具有足够的权限访问某个资源（比如文件）决定于执行寄宿进程Windows帐号的权限设置，而与作为客户端的Windows帐号无关。在有多情况下，我们希望服务操作执行在基于客户端的安全上下文中执行，以解决执行服务进行的帐号权限不足的问题。这就涉及到一个重要的话题——模拟（Impersonation）与委托（Delegation）[实例程序源代码从这里下载]

一、从访问令牌（Access Token）说起

当我们以某个Windows帐号的名义成功登录Windows的时候，操作系统会创建一个访问令牌（Access Token）。访问令牌不仅仅包括登录用户身份相关信息，还包括该用户具有的权限信息，比如ACL（Access Control List）。当我们开启某个进程的时候，该访问令牌会自动附加到该进程上，作为其安全上下文重要的组成部分。我们也可以将访问令牌作为进程或者线程安全描述符的封装。Windows下的访问令牌主要具有如下两种形式。

主令牌（Primary Token）：每一个进程都具有一个唯一的主令牌，进行通过主令牌被开启；
模拟令牌（Impersonation Token）：在默认的情况下，当线程被开启的时候，所在进程的主令牌会自动附加到当前线程上，作为线程的安全上下文。而线程可以运行在另一个非主令牌的访问令牌下执行，而这个令牌被称为模拟令牌。而指定线程的模拟令牌的过程被称为模拟。
我们可以调用Win32函数LogonUser，通过输入Windows帐号、密码、域名以及认证相关信息创建一个访问令牌。LogonUser被调用的时候，会试图进行基于本机的登陆操作。访问令牌会在认证成功认证的情况下被创建并返回。LogonUser的定义如下，输入参数依次代表的含义分别是用户名、域名（可选参数）、密码（明文）、登录类型和登录提供者。而创建的访问令牌以输出操作的形式返回。关于LogonUser函数的详细说明，可以参考MSDN在线文档。

[code]      BOOL LogonUser(

       __in      LPTSTR lpszUsername,

       __in_opt  LPTSTR lpszDomain,

       __in      LPTSTR lpszPassword,

       __in      DWORD dwLogonType,

       __in      DWORD dwLogonProvider,

       __out     PHANDLE phToken

     );

[/code]

当我们进行模拟而试图创建一个模拟令牌的时候，我们需要使用到另外一个重要的Win32函数DuplicateToken。顾名思义，该函数通过一个现有的令牌来“复制”一个新的令牌。DuplicateToken函数的定义如下面的代码片断所示。

[code]
     BOOL WINAPI DuplicateToken(

       __in   HANDLE ExistingTokenHandle,

       __in   SECURITY_IMPERSONATION_LEVEL ImpersonationLevel,

       __out  PHANDLE DuplicateTokenHandle

     );

[/code]

从上面给出的DuplicateToken函数的定义我们可以看出：除了传入现有的访问令牌作为输入参数之外，还具有一个表示模拟级别的ImpersonationLevel的参数。模拟级别是一个非常重要的概念，它表示被复制的模拟令牌可以被使用的程度和访问。模拟等级通过如下所示的SECURITY_IMPERSONATION_LEVEL枚举表示。

[code]
     typedef enum _SECURITY_IMPERSONATION_LEVEL {

       SecurityAnonymous,

       SecurityIdentification,

       SecurityImpersonation,

       SecurityDelegation 

     } SECURITY_IMPERSONATION_LEVEL, *PSECURITY_IMPERSONATION_LEVEL;

[/code]

四个枚举项，SecurityAnonymous、SecurityIdentification、SecurityImpersonation和SecurityDelegation分别代表如下四种模拟的等级。

匿名（Anonymous）：无法获取有关客户端的标识信息，且无法模拟客户端；

识别（Identification）：可以获取有关客户端的信息（如安全标识符和特权），但是无法模拟客户端；

模拟（Impersonation）：可以在本地模拟客户端的安全上下文。，但无法在远程系统上模拟客户端；

委托（Delegation）：可以在本地和远程系统上模拟客户端的安全上下文。

对于模拟级别，对于托管代码的应用编程接口中也具有一个匹配的枚举TokenImpersonationLevel。如下面的代码片断所示，除了上述的四个对应于具体模拟级别的枚举项之外，TokenImpersonationLevel还有一个额外的枚举值None，表示具体的模拟级别上为指定。

[code]
     public enum TokenImpersonationLevel

     {

         None,

         Anonymous,

         Identification,

         Impersonation,

         Delegation

     }

[/code]

二、 再谈WindowsIdentity

关于模拟在托管代码的实现，我们不得不提我们之前已经介绍过的类型WindowsIdentity。从某种意义上讲，一个WindowsIdentity对象可以看成是对一个访问令牌的封装。WindowsIdentity直接为我们提供了模拟的功能。从下面给出的WindowsIdentity部分成员定义可以看到，它具有一个IntPtr类型的只读属性Token，实际上代表的就是我们上面介绍的访问令牌。而我们可以通过直接指定这个访问令牌创建一个WindowsIdentity对象。ImpersonationLevel表示访问令牌的模拟级别。

[code]
     public class WindowsIdentity : IIdentity,...

     {

         //其他成员

         public WindowsIdentity(IntPtr userToken);

         public virtual IntPtr Token { get; }

         public TokenImpersonationLevel ImpersonationLevel { get; }

      

         

         public virtual WindowsImpersonationContext Impersonate();

         public static WindowsImpersonationContext Impersonate(IntPtr userToken);

     }

[/code]

对应一个现有的WindowsIdentity对象，只要其访问令牌的模拟级别为Impersonation或者Delegation，我们就能调用Impersonate方法模拟这个身份。此外WindowsIdentity还提供了静态的Impersonate是我们可以直接根绝一个访问令牌实施身份模式。一旦Impersonate方法被调用，基于被模拟身份的安全上下文会自动附加到当前线程。Impersonate方法返回的是一个WindowsImpersonationContext对象。如果需要将安全上下文恢复到模拟之前的状态，可以调用WindowsImpersonationContext的Undo方法。而WindowsImpersonationContext实现了IDisposable接口，Undo方法实际上也会在Dispose方法中被调用。WindowsImpersonationContext定义如下。

[code]
     public class WindowsImpersonationContext : IDisposable

     {    

         public void Dispose();

         public void Undo();

     }

[/code]

一般来说，只有某些特殊的操作（比如访问一个受权限控制的文件）才需要在被模拟的身份下执行。当这些操作执行完毕或者在执行过程中抛出异常，我们都需要恢复线程安全上下文到被模式之前的状态。所以正确的模拟编程应该采用如下的方式。

[code]
     WindowsImpersonationContext impersonationContext = identity.Impersonate();

     try

     {

         //在模拟身份下执行的操作

     }

     catch (Exception ex)

     {

         //异常处理

     }

     finally

     {

         impersonationContext.Undo();

     }

[/code]

或者

[code]
     using (WindowsImpersonationContext impersonationContext = identity.Impersonate())

     { 

        //在模拟身份下执行的操作     

     }

[/code]

有一点需要注意的是：无论WindowsIdentity对象的模拟级别是什么，调用Impersonate方法都不会抛出异常。但是，只有当模拟级别为Imperation或者Delegation的情况下，采用真正使用被模拟的身份进行安全资源的访问。

三、实例演示：通过身份模拟的方式读取文件

为了让读者对身份模式的作用和实现具有一个深刻的认识，我们来演示一个简单的实例。在这个实例中，我们将通过ACL设置一个文件的读取权限，然后演示针对不同Windows帐号进行模拟的情况下，是否能够正常读取该文件。

我们需要创建了两个本机的Windows帐户Foo和Bar（密码为Password）。然后你在某个公共的目录下（比如D:\盘）创建一个简单的文本（比如impersonationTest.txt）。然后赋予帐号Foo对该文件的读取权限，但拒绝帐号Bar读取该文件。

然后我们创建一个简单的控制台应用作为演示程序。在默认创建的Program类中，定义如下一个CreateWindowsIdentity静态方法。该方法通过输入用户名、密码和模拟级别创建相应的WindowsIdentity。在CreateWindowsIdentity方法内部实际上是直接调用了上面介绍的两个Win32函数LogonUser和DuplicateToken。

[code]
     class Program

     {

         //其他成员

         public const int LOGON32_PROVIDER_DEFAULT = 0;

         public const int LOGON32_LOGON_INTERACTIVE = 2;

      

         [DllImport("advapi32.dll", SetLastError = true)]

     public static extern bool LogonUser(string userName, string domainName, string password, int logonType, int loggonProvider, ref IntPtr token);

      

         [DllImport("advapi32.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = true)]

     public extern static bool DuplicateToken(IntPtr existingToken, int imperonationLevel, ref IntPtr newToken);

      

         public static WindowsIdentity CreateWindowsIdentity(string userName, string password, TokenImpersonationLevel tokenImpersonationLevel)

         {

             IntPtr token = IntPtr.Zero;

             IntPtr duplicateToken = IntPtr.Zero;

             if (LogonUser(userName, string.Empty, password, LOGON32_LOGON_INTERACTIVE, LOGON32_PROVIDER_DEFAULT, ref token))

             {

                 int impersonationLevel;

                 switch (tokenImpersonationLevel)

                 {

                     case TokenImpersonationLevel.Anonymous:

                         { impersonationLevel = 0; break; }

                     case TokenImpersonationLevel.Impersonation:

                         { impersonationLevel = 2; break; }

                     case TokenImpersonationLevel.Delegation:

                         { impersonationLevel = 3; break; }

                     default:

                         { impersonationLevel = 1; break; }

                 }

                 if (DuplicateToken(token, impersonationLevel, ref duplicateToken))

                 {

                     return new WindowsIdentity(duplicateToken);

                 }

                 else

                 {

                     throw new InvalidOperationException(string.Format("创建模拟令牌失败 (错误代码: {0}) ", Marshal.GetLastWin32Error()));

                 }

             }

             else

             {

                 throw new InvalidOperationException(string.Format("用户登录失败 (错误代码: {0}) ", Marshal.GetLastWin32Error()));

             }

         }        

     }

[/code]

然后我们定义如下一个静态的ReadFile方法。在这个方法中，我们根据传入的用户名和密码调用上述的CreateWindowsIdentity方法创建相应的WindowsIdentity。然后模拟该用户进行文件的读取。在成功读取和抛出异常的情况下分别输出相应的指示性文字。在Main方法中，分别传入传入账号Foo和Bar以及相应的密码对该方法进行调用。从输出的结果可以看出，在模拟帐号Foo时，文件被成功读取，而在模拟帐号Bar的时候却失败了。这和测试文件的ACL设置时一致的。

[code]
     public static void ReadFile(string userName, string password)

     {

         try

         {

             WindowsIdentity identity = CreateWindowsIdentity(userName, password, TokenImpersonationLevel.Impersonation);

             using (WindowsImpersonationContext context = identity.Impersonate())

             {

                 Console.WriteLine("当前用为：{0}", WindowsIdentity.GetCurrent().Name);

                 File.ReadAllText("D:\\impersonationTest.txt");

                 Console.WriteLine("成功读取文件内容...");

             }

         }

         catch

         {

             Console.WriteLine("读取文件失败...");

         }

     }

     static void Main(string[] args)

     {

         ReadFile("Foo", "Password");

         ReadFile("Bar", "Password");

     }

[/code]

输出结果（Jinnan-PC为我本机的机器名）：

[code]
     当前用户为：Jinnan-PC\Foo

     成功读取文件内容...

     当前用户为：Jinnan-PC\Bar

     读取文件失败...

[/code]