java之jvm学习笔记十二(访问控制器的栈校验机制)

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本节源码：http://download.csdn.net/detail/yfqnihao/4863854

这一节，我们会简单的描述一下jvm访问控制器的栈校验机制。

这节课，我们还是以实践为主，什么是栈校验机制，讲一百遍不如你自己实际的代码一下然后验证一下，下面我们下把环境搭起来。

第一步，配置系统环境。(copy吧,少年)

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path=%JAVA_HOME%/bin

JAVA_HOME=C:/Java/jdk1.6.0_01

CLASSPATH=.;%JAVA_HOME%/lib/dt.jar;%JAVA_HOME%/lib/tools.jar

第二步，配置一个策略文件的运行环境。

第一个类Doer：

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package com.yfq.test;

public abstract interface Doer {

void doYourThing();

}

第二个类Friend：

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package com.yfq.test.friend;

import java.security.AccessController;

import java.security.PrivilegedAction;

import com.yfq.test.Doer;

public class Friend implements Doer{

private Doer next;

private boolean direct;

public Friend(Doer next,boolean direct){

this.next=next;

this.direct=direct;

}

@Override

public void doYourThing() {

System.out.println("Im a Friend");

if (direct) {

next.doYourThing();

} else {

AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {

@Override

public Object run() {

next.doYourThing();

return null;

}

});

}

}

}

第三个类Stranger：

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package com.yfq.test.stranger;

import java.security.AccessController;

import java.security.PrivilegedAction;

import com.yfq.test.Doer;

public class Stranger implements Doer {

private Doer next;

private boolean direct;

public Stranger(Doer next, boolean direct) {

this.next = next;

this.direct = direct;

}

@Override

public void doYourThing() {

System.out.println("Im a Stranger");

if (direct) {

next.doYourThing();

} else {

AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {

@Override

public Object run() {

next.doYourThing();

return null;

}

});

}

}

}

第四个类TextFileDisplayer：

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import java.io.CharArrayWriter;

import java.io.FileNotFoundException;

import java.io.FileReader;

import java.io.IOException;

import com.yfq.test.Doer;

public class TextFileDisplayer implements Doer{

String fileName;

public TextFileDisplayer(String fileName){

this.fileName=fileName;

}

@Override

public void doYourThing() {

try {

FileReader fr = new FileReader(fileName);

try {

CharArrayWriter caw = new CharArrayWriter();

int c;

while((c=fr.read())!=-1){

caw.write(c);

}

System.out.println(caw.toString());

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}finally{

if(fr!=null){

try {

fr.close();

fr=null;

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

} catch (FileNotFoundException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

第三步，参考笔记/article/7702832.html，把Friend和Stranger打包并签名,并放到ecplise编译目录bin/jars下，把生成的密钥存储文件放在与bin同级的目录下。(你也可以先用我上传的源码里的jar包，不过还是建议你动手练一练)

第四步，配置策略文件

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keystore "ijvmkeys.keystore";

grant signedby "friend.keystore" {

permission java.io.FilePermission "d:/answer.txt", "read";

permission java.io.FilePermission "d:/question.txt", "read";

};

grant signedby "stranger.keystore" {

permission java.io.FilePermission "d:/question.txt", "read";

};

grant codeBase "file:D:/workspace/MyAccessControlerStack/bin/*" {

permission java.io.FilePermission "d:/answer.txt", "read";

permission java.io.FilePermission "d:/question.txt", "read";

};

第五步，新建一个类，这个类里有个主函数，用于校验类Friend，Stranger，TextFileDisplayer对于question.txt的读取权限

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import com.yfq.test.friend.Friend;

import com.yfq.test.stranger.Stranger;

public class Example2 {

public static void main(String[] args) {

TextFileDisplayer tfd=new TextFileDisplayer("d:/question.txt");

Friend friend = new Friend(tfd,true);

Stranger stranger = new Stranger(tfd,true);

stranger.doYourThing();

}

}

第六步运行，cmd窗口输入：

java -classpath .;jars/friend.jar;jars/stranger.jar -Djava.security.manager -Djava.security.policy=D:/workspace/MyAccessControlerStack/src/myPolicy.txt Example2



说明:

从这里，我们并不能很直观的发现访问控制器的栈校验机制，看Example2的main函数，我们知道当stranger执行doYourThing的时候，会经过这么一个过程，

Example2--------->被ApplClassLoader装入到ProtectionDomian_Example2中---------------->执行main函数

TextFilDisplayer------->ApplClassLoader判断当前的线程有没有装载类TextFilDisplayer的权限---------->装载到ProtectionDomian_TextFileDisplayer中

Friend------->ApplClassLoader判断当前的线程有没有装载类TextFilDisplayer的权限-------->装载到ProtectionDomian_Friendr中()

Stranger------->ApplClassLoader判断当前的线程有没有装载类TextFilDisplayer的权限----------->装载到ProtectionDomian_Stranger中

Stranger的实例对象stranger执行doYourThing方法---->直接调用Friend的实力引用执行doYourThing方法----->Friend的实例引用直接调用TextFileDisplayer的doYourThing方法

输出question.txt的文本内容。

这个过程中，AccessControler到底是在什么时候执行的，怎么执行的呢，来看下面这个图



上面的这个图是一个AccessControlerContext，也就是访问控制器上下文，它大概了描述了，各个函数被调用的时候的保护域的压栈过程，直到栈顶结束压栈之后，它会按照先进后出的规则，AccessControler调用自己的checkPermission方法，检验每一层的权限(上面的保护域数组中，名为BOOTSTRAP保护域是系统保护域，它的权限是SecurityConstants.ALL_PERMISSION，这就意味着他什么都能够做)。AccessControler的保护域数组成员则会调用自己的implies方法，ProtectionDomain的implies方法会先查看是否有配置了策略文件，如果有的话就将当前保护域传递给Policy这个单例，由他从配置文件中取出PermissionCollection然后再调用每个Permission检验它的implies方法，如果没有设定特定的配置文件，则直接调用当前保护域中的PermissionCollecion成员的implies，再由它调用Permission的implies方法。

由于Examples2所读取的是question.txt文本，又由于我们的策略文件中，让Friend，Stranger，TextFileDisplayer都拥有它的读取权限，所以顺利的执行了。

第七步：为了验证我们的猜想是正确的，我们现在修改Example2如下

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import com.yfq.test.friend.Friend;

import com.yfq.test.stranger.Stranger;

public class Example {

public static void main(String[] args) {

TextFileDisplayer tfd=new TextFileDisplayer("d:/answer.txt");

Friend friend = new Friend(tfd,true);

Stranger stranger = new Stranger(tfd,true);

stranger.doYourThing();

}

}

这里我们仅仅是将question.txt换成了answer.txt，而关于这个文件我们知道Stranger是没有读取的权限的，下面我们来运行它看看

第八步，cmd窗口输入java -classpath .;jars/friend.jar;jars/stranger.jar -Djava.security.manager -Djava.security.policy=D:/workspace/MyAccessControlerStack/src/myPolicy.txt Example



我们再来看AccessControlerContext的图



前面的安全检查都通过了，但是到了STRANGER保护域的时候，由于Stranger'没有读取answer.txt的权限，所以implies方法抛出了一个AccessControlException。

那么AccessControler的栈校验机制能够带来什么好处呢？？

答案很显然，就好像我们第七步一样，我们试图让一个没有权限的类来调用一个具有高级权限的类别，以达到“破坏”的目的，由于栈校验机制的存在，让我们的这种幻想变得不容易实现，但是不容易实现并不代表不能够实现，下面我们将来学习一个方法，这个方法叫doPrivileged(),这个方法可以帮助我们达到第七步的目的。

第九步，修改我们上面的Example类如下

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import com.yfq.test.friend.Friend;

import com.yfq.test.stranger.Stranger;

public class Example3 {

public static void main(String[] args) {

TextFileDisplayer tfd=new TextFileDisplayer("d:/answer.txt");

Friend friend = new Friend(tfd,false);

Stranger stranger = new Stranger(friend,true);

stranger.doYourThing();

}

}

我们只是将friend的初始化参数做了稍微的调整，new Friend(tfd,true)改为了new Friend(tfd,false);这个调整使得friend的doYourThing方法不是直接的执行next.doYourThing()而是通过给AccessController.doPrivileged()方法传入一个匿名内部类并重写它的run方法，在run方法里调用了next.doYourThing()。

第十步，然后我们在cmd窗口输入：java -classpath .;jars/friend.jar;jars/stranger.jar -Djava.security.manager -Djava.security.policy=D:/workspace/MyAccessControlerStack/src/myPolicy.txt Example3



查看输出：既然成功由没有权限查看answer.txt的Strange完成了查看answer.txt的操作。这是怎么回事？？我们再来看刚才表示AccessControlContext的图



由于我们在Friend中安装了doPrivileged(),所以doPrivileged()这个方法被压入栈而且是在Stranger的前面，doPrivileged()执行的时候会调用我的匿名内部类Friend$1并执行它的run方法，而run方法里执行完next.doYourThing之后，AccessControlContext将继续执行判断到doPrivileged(),它发现这是一个BootStrap的调用，那么AccessControlContext会继续执行另外一个判断，判断是谁安装了这个doPrivileged()方法,所以执行到了Freind的doYourThing(),判定它有打开answer.txt的权限，那么最后才直接把run方法的return返回出去。

就是通过这样的方式，使得我们没有权限的Stranger能够“越权"操作。

但是越权还是有条件的，如第九步，我们执行”越权“方法run的方法栈帧是嵌套在Friend的doYourThing的线程栈帧中的，由于Friend有读取answer.txt的权限，这才使得run方法有了”越狱“的机会。

第十一步，我们修改一下Example3来验证一下自己的观点

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import com.yfq.test.friend.Friend;

import com.yfq.test.stranger.Stranger;

public class Example4 {

public static void main(String[] args) {

TextFileDisplayer tfd=new TextFileDisplayer("d:/answer.txt");

Stranger stranger = new Stranger(tfd,false);

Friend friend = new Friend(stranger,true);

stranger.doYourThing();

}

}

第十二步，cmd窗口输入java -classpath .;jars/friend.jar;jars/stranger.jar -Djava.security.manager -Djava.security.policy=D:/workspace/MyAccessControlerStack/src/myPolicy.txt Example4



报出异常了，这个异常就是由于stranger$1这个内部类的方法栈帧是嵌套在stranger的doYourThing的方法栈帧中，而stranger的保护域规定了stranger这个类的对象是没有权限读取answer.txt这个文件，所以run这个方法也就没办法”越狱“。

总结：

这一节，我们学习了访问控制器校验保护域权限的过程，它采取的是栈的校验机制(先进后出)，而它的每个方法调用总是线程栈帧相关的，如果我们必须要”越狱“，那预约的条件要求调用doPrivileged()方法的栈帧的至少要有执行越狱操作的权限。