用户认证管理设计方案

1 设计思路

为了设计一套具有较强可扩展性的用户认证管理，需要建立用户、角色和权限等数据库表，并且建立之间的关系，具体实现如下。

1.1 用户

用户仅仅是纯粹的用户，用来记录用户相关信息，如用户名、密码等，权限是被分离出去了的。用户（User）要拥有对某种资源的权限，必须通过角色（Role）去关联。

用户通常具有以下属性：

ü         编号，在系统中唯一。

ü         名称，在系统中唯一。

ü         用户口令。

ü         注释，描述用户或角色的信息。

1.2 角色

角色是使用权限的基本单位，拥有一定数量的权限，通过角色赋予用户权限，通常具有以下属性：

ü         编号，在系统中唯一。

ü         名称，在系统中唯一。

ü         注释，描述角色信息

1.3 权限

       权限指用户根据角色获得对程序某些功能的操作，例如对文件的读、写、修改和删除功能，通常具有以下属性：

ü         编号，在系统中唯一。

ü         名称，在系统中唯一。

ü         注释，描述权限信息

1.4 用户与角色的关系

一个用户（User）可以隶属于多个角色（Role），一个角色组也可拥有多个用户，用户角色就是用来描述他们之间隶属关系的对象。用户（User）通过角色（Role）关联所拥有对某种资源的权限，例如

l         用户（User）：

UserID      UserName      UserPwd

1                   张三                 xxxxxx

2                   李四                 xxxxxx    

……

l         角色（Role）：

RoleID           RoleName          RoleNote

       01                  系统管理员       监控系统维护管理员

       02                  监控人员          在线监控人员

       03                  调度人员          调度工作人员

       04                  一般工作人员   工作人员

       ……

l         用户角色（User_Role）：

UserRoleID           UserID           RoleID           UserRoleNote

1                       1                   01                  用户“张三”被分配到角色“系统管理员”

2                        2                   02                  用户“李四”被分配到角色“监控人员”

3                        2                   03                  用户“李四”被分配到角色“调度人员”

……

       从该关系表可以看出，用户所拥有的特定资源可以通过用户角色来关联。

1.5 权限与角色的关系

一个角色（Role）可以拥有多个权限（Permission），同样一个权限可分配给多个角色。例如：

l         角色（Role）：

RoleID           RoleName          RoleNote

       01                  系统管理员       监控系统维护管理员

       02                  监控人员          在线监控人员

       03                  调度人员          调度工作人员

       04                  一般工作人员   工作人员

       ……

l         权限（Permission）：

PermissionID      PermissionName       PermissionNote

0001                        增加监控                  允许增加监控对象

0002                        修改监控                  允许修改监控对象

0003                        删除监控                  允许删除监控对象

0004                        察看监控信息       允许察看监控对象

……

l         角色权限（Role_Permission）：

RolePermissionID   RoleID  PermissionID  RolePermissionNote

1                             01            0001        角色“系统管理员”具有权限“增加监控”

2                             01            0002        角色“系统管理员”具有权限“修改监控”

3                             01            0003        角色“系统管理员”具有权限“删除监控”

4                             01            0004        角色“系统管理员”具有权限“察看监控”

5                             02            0001        角色“监控人员”具有权限“增加监控”

6                             02            0004        角色“监控人员”具有权限“察看监控”

……

       由以上例子中的角色权限关系可以看出，角色权限可以建立角色和权限之间的对应关系。

1.6 建立用户权限

用户权限系统的核心由以下三部分构成：创造权限、分配权限和使用权限。

第一步由Creator创造权限（Permission），Creator在设计和实现系统时会划分。利用存储过程CreatePermissionInfo（@PermissionName,@PermissionNote）创建权限信息，指定系统模块具有哪些权限。

第二步由系统管理员（Administrator）创建用户和角色，并且指定用户角色（User－Role）和角色权限（Role－Permission）的关联关系。

1)        Administrator具有创建用户、修改用户和删除用户的功能：

l         存储过程CreateUserInfo（@UserName,@UserPwd）创建用户信息；

l         存储过程ModifyUserInfo（@UserName,@UserPwd）修改用户信息；

l         存储过程DeleteUserInfo（@UserID）删除用户信息；

2)        Administrator具有创建角色和删除角色的功能：

l         存储过程CreateRoleInfo（@RoleName,@RoleNote）创建角色信息；

l         存储过程DeleteRoleInfo(@RoleID)删除角色信息；

3）Administrator具有建立用户和角色、角色和权限的关联关系功能：

l         存储过程GrantUserRole（@UserID,@RoleID,@UserRoleNote）建立用户和角色的关联关系；

l         存储过程DeleteUserRole(@UserRoleID)删除用户和角色的关联关系；

l         存储过程GrantRolePermission(@RoleID,@PermissionID,@RolePermissionNote)建立角色和权限的关联关系；

l         存储过程DeleteRolePermission(@RolePermissionID)删除角色和权限的关联关系；

第三步用户（User）使用Administrator分配给的权限去使用各个系统模块。利用存储过程GetUserRole（@UserID, @UserRoleID output）,GetRolePermission（@RoleID,@Role-

-PermissinID output）获得用户对模块的使用权限。

1.7 用户认证实现

当用户通过验证后，由系统自动生成一个128位的TicketID保存到用户数据库表中，建立存储过程Login（@UserID,@UserPwd,@TicketID output）进行用户认证，认证通过得到一个TicketID，否则TicketID为null。其流程图如下：

图1 Login流程图

得到TicketID后，客户端在调用服务端方法时传递TicketID，通过存储过程JudgeTicketPermission（@TicketID,@PermissionID）判断TicketID对应的用户所具有的权限，并根据其权限进行方法调用。

当用户退出系统时，建立存储过程Logout（@UserID）来退出系统。当用户异常退出系统时，根据最后的登陆时间（LastSignTime）确定用户的TickeID，建立存储过程ExceptionLogout（@UserID,@LastSignTime）处理用户的异常退出。

图2 Logout流程图

WebService可以采用SoapHeader中写入TicketID来使得TicketID从客户端传递给服务端。.Net Remoting可以采用CallContext类来实现TicketID从客户端传递给服务端。

2 数据库设计

2.1 数据库表

图3 数据库关系图

2.2 数据库表说明

2.2.1 用户表（Static_User）

Static_User

2.2.2 角色表（Static_Role）

Static_Role

2.2.3 用户－角色表（Static_User_Role）

Static_User_Role

2.2.4 权限表（Static_Permission）

Static_Permission

2.2.5 角色－权限表（Static_Role_Permission）

Static_Role_Permission

3 .net技术概要

3.1 WebService SoapHeader

对 SQL 数据库执行自定义身份验证和授权。在这种情况中，应向服务传递自定义凭据（如用户名和密码），并让服务自己处理身份验证和授权。 将额外的信息连同请求一起传递给 XML Web 服务的简便方法是通过 SOAP 标头。为此，需要在服务中定义一个从 SOAPHeader 派生的类，然后将服务的公共字段声明为该类型。这在服务的公共合同中公开，并且当从 WebServiceUtil.exe 创建代理时可由客户端使用，如下例所示：

using System.Web.Services;

using System.Web.Services.Protocols;

// AuthHeader class extends from SoapHeader

public class AuthHeader : SoapHeader {

    public string Username;

    public string Password;

}

public class HeaderService : WebService {

    public AuthHeader sHeader;

    ...

}

服务中的每个 WebMethod 都可以使用 SoapHeader 自定义属性定义一组关联的标头。默认情况下，标头是必需的，但也可以定义可选标头。SoapHeader 属性指定公共字段的名称或者 Client 或 Server 类的属性（本标题中称为 Headers 属性）。在为输入标头调用方法前，WebService 设置 Headers 属性的值；而当方法为输出标头返回时，WebService 检索该值。

[WebMethod(Description="This method requires a custom soap header set by the caller")]

[SoapHeader("sHeader")]

public string SecureMethod() {

if (sHeader == null)

return "ERROR: Please supply credentials";

else

return "USER: " + sHeader.Username;

}

然后，客户端在调用要求标头的方法之前，直接在代理类上设置标头，如下面的示例所示：

HeaderService h = new HeaderService();

AuthHeader myHeader = new AuthHeader();

myHeader.Username = "username";

myHeader.Password = "password";

h.AuthHeader = myHeader;

String result = h.SecureMethod();

3.2 .Net Remoting的安全认证方式

CallContext提供与执行代码路径一起传送的属性集，CallContext是类似于方法调用的线程本地存储的专用集合对象，并提供对每个逻辑执行线程都唯一的数据槽。数据槽不在其他逻辑线程上的调用上下文之间共享。当 CallContext 沿执行代码路径往返传播并且由该路径中的各个对象检查时，可将对象添加到其中。当对另一个 AppDomain 中的对象进行远程方法调用时，CallContext 类将生成一个与该远程调用一起传播的 LogicalCallContext 实例。只有公开 ILogicalThreadAffinative 接口并存储在 CallContext 中的对象被在 LogicalCallContext 中传播到 AppDomain 外部。不支持此接口的对象不在 LogicalCallContext 实例中与远程方法调用一起传输。

CallContext.SetData方法存储给定对象并将其与指定名称关联，CallContext.GetData方法从 CallContext 中检索具有指定名称的对象。

下面的代码示例说明如何使用 SetData 方法将主体和标识对象传输到远程位置以进行标识。

public class ClientClass {

   public static void Main() {

      GenericIdentity ident = new GenericIdentity("Bob");

      GenericPrincipal prpal = new GenericPrincipal(ident,

                                          Newstring[] {"Level1"});

      LogicalCallContextData data =

 new LogicalCallContextData(prpal);

      //Enter data into the CallContext

      CallContext.SetData("test data", data);

      Console.WriteLine(data.numOfAccesses);

      ChannelServices.RegisterChannel(new TcpChannel());

      RemotingConfiguration.RegisterActivatedClientType(

typeof(HelloServiceClass), "tcp://localhost:8082");

      HelloServiceClass service = new HelloServiceClass();

      if(service == null) {

          Console.WriteLine("Could not locate server.");

          return;

      }

      // call remote method

      Console.WriteLine();

      Console.WriteLine("Calling remote object");

      Console.WriteLine(service.HelloMethod("Caveman"));

      Console.WriteLine(service.HelloMethod("Spaceman"));

      Console.WriteLine(service.HelloMethod("Bob"));

      Console.WriteLine("Finished remote object call");

      Console.WriteLine();

      //Extract the returned data from the call context

      LogicalCallContextData returnedData =

         (LogicalCallContextData)CallContext.GetData("test data");

      Console.WriteLine(data.numOfAccesses);

      Console.WriteLine(returnedData.numOfAccesses);

   }

}

下面的代码示例说明如何使用 GetData 方法将主体和标识对象传输到远程位置以进行标识。

using System;

using System.Text;

using System.Runtime.Remoting.Messaging;

using System.Security.Principal;

public class HelloServiceClass : MarshalByRefObject {

   static int n_instances;

   int instanceNum;

   public HelloServiceClass() {

      n_instances++;

      instanceNum = n_instances;

      Console.WriteLine(this.GetType().Name + " has been created.

              Instance # = {0}", instanceNum);

   }

   ~HelloServiceClass() {

      Console.WriteLine("Destroyed instance {0} of

HelloServiceClass.", instanceNum);     

   }

   public String HelloMethod(String name) {

      //Extract the call context data

      LogicalCallContextData data =

          (LogicalCallContextData)CallContext.GetData("test data");     

      IPrincipal myPrincipal = data.Principal;

      //Check the user identity

      if(myPrincipal.Identity.Name == "Bob") {

         Console.WriteLine("\nHello {0}, you are identified!",

myPrincipal.Identity.Name);

         Console.WriteLine(data.numOfAccesses);

      }

      else {

         Console.WriteLine("Go away! You are not identified!");

         return String.Empty;

      }

        // calculate and return result to client   

      return "Hi there " + name + ".";

   }

}

4 详细代码设计

4.1 WebService代码设计

WebService端代码主要进行对数据库的操作，建立起Client操作数据库所需要的方法，供Client的端调用。

1）class UserInfoMng() 用户信息管理类，其中包括方法：

l         CreateUserInfo(string UserName string UserPwd) 建立用户信息，调用存储过程CreateUserInfo（@UserName,@UserPwd）

l         ModifyUserInfo(string UserName string UserPwd) 修改用户信息，调用存储过程ModifyUserInfo（@UserName,@UserPwd）

l         DeleteUserInfo() 删除用户信息，调用存储过程DeleteUserInfo

(@UserID)

2）class UserAuthentication() 用户认证类，用来实现用户角色、权限的设置，包括方法：

l         CreatePermissionInfo(string PermissionName string Permissi-

-onNote) 建立权限信息，调用存储过程CreatePermissionInfo

（@PermissionName,@PermissionNote）

l         CreateRoleInfo(string RoleName string RoleNote) 建立角色信息，调用存储过程CreateRoleInfo(@RoleName,@RoleNote)

l         DeleteRoleInfo() 删除角色信息，调用存储过程DeleteRoleInfo

(@RoleID)

l         GrantUserRole(string UserID string RoleID string UserRoleNote) 授予用户角色，调用存储过程GrantUserRole(@UserID,@RoleID,

@UserRoleNote)

l         DeleteUserRole() 删除用户角色，调用存储过程DeleteUserRole

(@UserRoleID)

l         GrantRolePermission(string RoleID string PermissionID string RolePermissionNote) 授予角色权限，调用存储过程GrantRolePermission(@RoleID,@PermissionID,@RolePermissionNote)

l         DeleteRolePermission() 删除授予的角色权限，调用存储过程

DeleteRolePermission(@RolePermissionID)

4.2 用户认证代码设计（Client端）

Client端调用WebService方法来进行数据库访问，Client端代码设计主要实现界面的功能，包括：权限设置、用户管理、用户授权管理和用户认证管理

1)权限设置

class PermissionInfoMng() 用户权限信息管理类，包括方法：

l         CreatePermissionInfo() 建立权限信息

2)用户管理

class UserInfoMng() 用户信息管理类，包括方法：

l         CreateUserInfo() 建立用户信息

l         ModifyUserInfo() 修改用户信息

l         DeleteUserInfo() 删除用户信息

3)用户授权管理

class RoleInfoMng() 角色信息管理类，包括方法：

l         CreateRoleInfo() 建立角色信息

l         DeleteRoleInfo() 删除角色信息

class UserRoleMng() 用户角色管理类，包括方法：

l         GrantUserRole() 授予用户角色

l         DeleteUserRole() 删除用户角色

class RolePermissionMng() 角色权限管理类，包括方法

l         GrantRolePermission() 授予角色权限

l         DeleteRolePermission() 删除角色权限

4）用户认证管理

class Authentication() 用户认证类，包括方法：

l         Login(string UserName string UserPwd) 用户登陆认证，用户认证通过分配给用户一个TicketID，否则TicketID则为null

l         Logout() 用户正常退出

l         ExceptionLogout() 用户异常退出