24.3 Sicherheitsmanager (Security Manager) 
Über Applets wissen wir bereits, dass sie auf einige Ressourcen des Rechners nicht zugreifen dürfen. Zwischen dem Aufrufer einer Bibliotheksfunktion und dem Betriebssystem sitzt eine Einheit, die unsere Aktionen genau kontrolliert. Dieses Zwischensystem ist der Sicherheitsmanager. Standardmäßig startet die Laufzeitumgebung für Applikationen ohne Sicherheitsmanager, für Applets gibt es jedoch spezielle Sicherheitsmanager. Dies sind Exemplare von Unterklassen der abstrakten Klasse SecurityManager. Der aktuelle Sicherheitsmanager lässt sich mit der Methode getSecurityManager() aus der Klasse java.lang.System bestimmen. Führen wir folgende Zeile in einer Applikation aus, so sehen wir, dass anfänglich kein Sicherheitsmanager gesetzt ist, da die Ausgabe null ist.
public class ApplicationSecManager { static public void main( String[] args ) { System.out.println( System.getSecurityManager() ); } }
Im Gegensatz dazu sind wir bei Applets mit einem etwas anderen Bild konfrontiert. Das folgende Programm liefert eine Ausgabe wie sun.applet.AppletSecurity@123456 auf dem Bildschirm. Die Zahl ist der Hashcode des Objekts:
public class Applet1 extends java.applet.Applet { public void paint( java.awt.Graphics g ) { g.drawString( System.getSecurityManager().toString(), 10, 10 ); } }
24.3.1 Der Sicherheitsmanager bei Applets 
Die beiden Beispiele machen deutlich, dass dem Applet ein SecurityManager zugewiesen ist und den Applikationen kein Sicherheitsmanager etwas verbietet. Doch was ist einem Applet eigentlich verboten? Applets dürfen nicht auf lokale Dateien des Clientrechners zugreifen, sie etwa erzeugen, lesen, modifizieren oder löschen. Sonst könnten sie wichtige Systemdateien an ihren Heimatserver übermitteln, und das stellt ein ernsthaftes Risiko dar.
Ein Applet darf keine Netzwerkverbindungen zu anderen Computern als dem Heimatserver aufnehmen; dies gilt für alle Verbindungen, die mit den Netzwerk-Klassen URL, Socket und DatagramSocket möglich sind. Dies stellt oft einen Einschnitt dar, weil etwa ein Börsenticker-Applet Kursdaten von einem anderen Server holen möchte. Das Internet als verteiltes System sollte auch vollständig genutzt werden können.
Da Applets nicht in der Lage sind, Verbindungen zu Fremdrechnern aufzubauen, können sie natürlich auch nicht als Server fungieren:
ServerSocket server = new ServerSocket( 8080 ); server.accept();
Die verschiedenen Factory-Klassen aus dem Net-Paket sind mit Einschränkungen programmiert, sodass sie spezielle Protokoll-Handler, Content-Handler und Sockets verwenden. Ein Applet kann die Klassen URLStreamHandlerFactory, ContentHandlerFactory und SocketImplFactory nicht überschreiben.
Ein Applet kann keine Programme ausführen, die auf dem lokalen Rechner liegen:
Runtime.getRuntime().exec( "DEL C:\\AUTOEXEC.BAT" );
Applets dürfen auch keine anderen Programme starten und keine nativen Bibliotheken laden. (Für normale System-DLLs bringt das ohnehin nichts, da sie nicht über die benötigte Namenskonvention verfügen.)
Runtime.getRuntime().loadLibrary( "system32.dll" );
Threads sind ein etwas anderes Problem. Da alle Applets gemeinsam in einer JVM laufen, muss gewährleistet sein, dass sich nur die Threads eines Applets (also die Threads in der Thread-Gruppe des Applets) beeinflussen dürfen. In der Vergangenheit traten mehrfach Sicherheitsprobleme auf, bei denen sich Threads verschiedener Applets in die Quere kamen.
Auch darf kein Applet die gemeinsam genutzte virtuelle Maschine beenden:
Runtime.getRuntime().exit( 0 ); // System.exit( 0 );
Applets dürfen keinen eigenen Sicherheitsmanager installieren. Den Grund haben wir schon kennen gelernt: Könnte das Applet einen neuen Sicherheitsmanager zuweisen, ließen sich leicht die für Applets geltenden Beschränkungen aushebeln. Der Java-fähige Webbrowser erzeugt für uns ein spezielles ClassLoader-Objekt, das abgesichert arbeitet.
Die Java-Umgebung setzt automatisch einige Properties, damit unser Programm etwas über seine Umgebung erfahren kann. Diese Variablen lassen sich über System.getProperty(String) auslesen. Applets dürfen nur manche Variablen lesen. Sie haben keinen Zugriff auf Informationen über das Java-Home-Directory, den Java-Klassenpfad, den User-Namen, das Home-Verzeichnis und das Arbeitsverzeichnis des Anwenders. Die anderen Daten in den Variablen sind frei. Dazu gehören etwa:
Obwohl diese Daten natürlich für statistische Zwecke missbraucht werden können, sind sie doch für ein Applet unter Umständen lebensnotwendig. Denn so kann es etwa einfach an der Versionsnummer ablesen, ob eine bestimmte Klasse mit Methoden bestimmter Versionen implementiert ist oder nicht. (So muss die Implementierung dies über eine Exception testen.)
24.3.2 Sicherheitsmanager aktivieren
Der Schalter -Djava.security.manager aktiviert beim Start der Laufzeitumgebung den Sicherheitsmanager. Nehmen wir ein Programm SecTest und starten wir es einmal mit und einmal ohne den Schalter -Djava.security.manager.
Listing 24.1 com/javatutor/security/SecTest.java
package com.javatutor.security; import java.io.File; public class SecTest { public static void main( String[] args ) { System.err.println( System.getSecurityManager() ); System.err.println( new File( "c:/address.txt" ).length() ); } }
Wenn wir das Programm ohne Schalter aufrufen, läuft es durch und gibt die Länge der Datei aus. Ist der Schalter gesetzt, meldet die Laufzeitumgebung den überwachenden Sicherheitsmanager an. Soll eine potenziell kritische Operation ausgeführt werden, wie das Erfragen der Dateilänge, steigt die Laufzeitumgebung mit einer Exception aus:
$ java -Djava.security.manager com.javatutor.security.SecTest java.lang.SecurityManager@26b249 Exception in thread "main" java.security.AccessControlException: access denied ( java.io.FilePermission c:\address.txt read) at java.security.AccessControlContext.checkPermission(AccessControlContext.java:270) at java.security.AccessController.checkPermission(AccessController.java:401) at java.lang.SecurityManager.checkPermission(SecurityManager.java:542) at java.lang.SecurityManager.checkRead(SecurityManager.java:887) at java.io.File.length(File.java:790) at SecTest.main(SecTest.java:9)
24.3.3 Wie nutzen die Java-Bibliotheken den Sicherheitsmanager?
Ein Sicherheitsmanager hat die Kontrolle über alle problematischen (also gefährlichen) Methoden in der Java-Bibliothek. Alle Methoden, die irgendetwas mit Sicherheit zu schaffen haben, fragen vorher den Sicherheitsmanager, ob sie überhaupt zu der kritischen Aktion berechtigt sind. Sehen wir uns dazu die Methode list() aus der Klasse java.io.File an:
public String[] list() { SecurityManager security = System.getSecurityManager(); if ( security != null ) security.checkRead( path ); return fs.list( this ); }
Wir erkennen, dass die Methode zunächst den Sicherheitsmanager konsultiert und dann erst die wahre Aktion ausführt. Diese steckt in der nativen Methode list0(). Die Namen fast aller nativen Methoden in der Bibliothek enden mit »0« und sind auf diese Weise leicht zu erkennen. Betrachten wir das Beispiel, so ist dies typisch für alle anderen Methoden aus der File-Klasse und macht deutlich, dass es keine Möglichkeit gibt, um diesen Sicherheitsmanager herumzukommen. Es sei denn, die Methode list0() ließe sich direkt aufrufen – was aber nicht möglich ist, weil sie fest als private native Methode in der Klasse File verankert ist. Sogar Unterklassen können list0() also weder sehen noch ausführen.
So wie die File-Klasse mit dem SecurityManager arbeitet, rufen auch andere Klassen Prüfmethoden auf, um zu entscheiden, ob der Zugriff auf eine Ressource erlaubt ist. Verweigert der Sicherheitsmanager eine Operation, löst er eine SecurityException aus. Der Sicherheitsmanager beschränkt zum Beispiel:
24.3.4 Rechte durch Policy-Dateien vergeben
Um einem Programm die passenden Rechte zu geben – und damit in unserem Fall Zugriff auf die Dateilänge zu bekommen –, werden die zugesicherten Rechte in einer Policy-Datei gesammelt. Bekommt die Laufzeitumgebung beim Start einen Verweis auf die Policy-Datei, wird der Security-Manager auf die vergebenen Berechtigungen Rücksicht nehmen. Bei der Vergabe von Rechten können zusätzlich angegeben werden:
Policy-Dateien mit grant-Anweisungen
Die Policy-Dateien bestehen aus einer Reihe von grant-Anweisungen. Sehen wir uns die Datei myPol.policy an, die für alle Dateien eine Leseberechtigung vergibt:
grant { permission java.io.FilePermission "<<ALL FILES>>", "read"; };
java.security.manager
Nun muss diese Berechtigungsdatei mit dem Sicherheitsmanager verbunden werden. Das geschieht am komfortabelsten von der Kommandozeile aus:
$ java -Djava.security.manager -Djava.security.policy=myPol.policy com.javatutor. security.SecTest java.lang.SecurityManager@26b249 28
Wir sehen, dass das Programm nun durchläuft und die Dateilänge ausgibt. Der Schalter –Djava.security.policy gibt einen Pfad auf die Berechtigungsdatei an. Die Datei muss im Pfad gefunden oder absolut adressiert werden.
Standard-Policy-Dateien
Neben diesen benutzerdefinierten Rechte-Regeln gibt es vom System vergebene Policy-Dateien. Sie werden von Java standardmäßig in der Datei java.policy im Unterverzeichnis lib/security (etwa C:\Programme\Java\jre1.6.0\lib\security, aber auch jdk) der Java-Installation gespeichert. Diese Rechte-Datei definiert damit die »Standardberechtigungen«.
Listing 24.3 jre1.6.0\lib\security\java.policy, Ausschnitt
// Standard extensions get all permissions by default grant codeBase "file:${java.home}/lib/ext/*" { permission java.security.AllPermission; };
Alle Bibliotheken, die in das ext-Verzeichnis gelegt werden, bekommen alle Rechte. Das liegt an den Systemrechten. Das zeigt auch die Verwendung einer CodeBase: Sie spezifiziert den genauen Pfad, in dem die Rechte gelten. Also werden nur für das lib/ext-Verzeichnis alle Rechte vergeben, aber nicht für alle anderen.
Eigene, system-unabhängige Rechte-Dateien können wir unter dem Namen java.policy im Benutzerverzeichnis ablegen. Auch diese Dateien kann der Systemverwalter anpassen. Zunächst werden die Standardsicherheitsdateien genutzt und die Benutzerdateien »nachgeladen«. Eine weitere Datei java.security im Verzeichnis security der JRE und des JDK beschreibt, welche Rechte-Dateien genutzt werden. Genau dort befinden sich die beiden Dateien.
Listing 24.4 jre1.6.0\lib\security\java.security, Ausschnitt
# The default is to have a single system-wide policy file, # and a policy file in the user's home directory. policy.url.1=file:${java.home}/lib/security/java.policy policy.url.2=file:${user.home}/.java.policy
Die Datei ist ebenso wichtig, wenn neue Provider, also Implementierungen der Kryptografie-API, angemeldet werden.
Da Rechte nur vergeben, aber bisher nicht genommen werden können, besteht das Sicherheitsproblem darin, dass eine eigene Policy-Datei alle Rechte vergibt, wogegen die Systemdatei Einschränkungen vorsieht. In diesem Fall kann der Programmverwalter auch dem Benutzer das Recht nehmen, eigene Rechte-Dateien anlegen zu können. Dazu editiert er die Datei java.security. Der Eintrag allowSystemProperty muss false sein.
# whether or not we allow an extra policy to be passed on the command line # with -Djava.security.policy=somefile. Comment out this line to disable # this feature. policy.allowSystemProperty=true
24.3.5 Erstellen von Rechte-Dateien mit dem grafischen Policy-Tool
Das grafische Dienstprogramm policytool gibt uns die Möglichkeit, Applikationen und signierten Applets spezielle Rechte einzuräumen oder zu verweigern. Das Policy-Tool nimmt uns die Arbeit ab, von Hand die Rechte-Dateien zu editieren.
Nach dem Aufruf des Programms policytool öffnet sich ein Fenster, das uns einige Menüpunkte bereitstellt, über die wir bestehende Rechte-Dateien editieren oder auch neue anlegen können.
Abbildung 24.1 Das grafische Policy-Tool
Neue Einträge für die Zugeständnisse der Laufzeitumgebung an das Programm werden über das Menü Add Policy Entry vorgenommen. Über das Dialog-Fenster können anschließend eine Reihe von erlaubten Eigenschaften sowie Permissions ausgewählt werden. Folgende Tabelle zeigt einige Permissions und ihre Bedeutungen:
24.3.6 Kritik an den Policies
Die Policies sind eine nette Sache, um für eine Applikation die Rechte einzuschränken oder zu vergeben, doch sie sind nicht unproblematisch.
Format der Policy-Dateien
Policy-Dateien sind standardmäßig Textdateien auf der Clientseite des Anwenders. Ein Anwender kann diese Textdateien ohne große Probleme ändern und mehr Rechte zugestehen. Die Rechte-Dateien sind durch keine Prüfsumme gesichert, um Änderungen gegebenenfalls zu erkennen. Zum anderen ist das Textformat nicht mehr so »modern«, und XML-basierte Textformate lösen proprietäre Dateiformate immer mehr ab.
Da sich das Sicherheitssystem von Java jedoch beliebig erweitern lässt, lassen sich die Standardtextformate durch ein neues System ersetzen, das etwa XML-Dateien liest und eine (mit einer digitalen Signatur gesicherte) Prüfsumme speichert, die nicht mehr so leicht veränderbar ist.
Kein Refresh
Wurden Policy-Dateien einmal vom System eingelesen, können sie zwar nachträglich verändert werden, doch das Java-System erkennt diese Änderung nicht. Als Konsequenz muss die Applikation neu gestartet werden. Das ist für Benutzerapplikationen kein großes Dilemma, doch für serverseitige Applikationen ein großes Problem. Es ist unmöglich, für eine kleine Änderung an den Policy-Dateien etwa den EJB-Server herunterzufahren und wieder neu zu starten. Angenommen, das System ist ein Five-Nine-System, weist also eine Verfügbarkeit von 99,999 % auf, so würde dies eine erlaubte Ausfallzeit von etwa fünf Minuten ausmachen – was bei laufender Änderung der Policies kaum zu erreichen ist.
Keine Rollen bei der Rechtevergabe
Der Zweck des Policy-Verfahrens besteht darin, einem Programm Rechte zuzuordnen. Die Rechte können weiterhin für Programme vergeben werden, die von einem bestimmten Ort kommen (CodeSource) und von einem bestimmten Anwender signiert sind (SignedBy). Was wäre, wenn wir einem bestimmten Benutzer Rechte zuordnen wollten? Das ist nicht so einfach möglich. Jeder Benutzer müsste dann das Jar-Archiv signieren, und der Policy-Datei wäre zu entnehmen, was jedem Benutzer zustünde. Doch das taugt nichts! Würde ein Benutzer hinzukommen, müsste das Archiv neu signiert werden – bei 10 000 Benutzern ein undenkbares Unterfangen. Des Weiteren könnte der Benutzer selbst seine Rechte erweitern, was nicht sinnvoll wäre.
Wir brauchen also nicht nur ein Verfahren, das nach den Quellen, sondern auch nach Rollen unterscheidet. Dieses Verfahren heißt rollenbasierte Rechtevergabe. Jedem Benutzer ist eine Rolle zugeordnet, und auf Grund dieser Rolle werden ihm Rechte zugewiesen. Das Betriebssystem Windows nutzt zum Beispiel diesen Typ der Rechtevergabe.
JAAS (Java Authentication and Authorization Service)
Sun hat die Notwendigkeit eines rollenbasierten Systems erkannt und JAAS (Java Authentication and Authorization Service) entworfen. JAAS ist Bestandteil seit Java 1.4 und für Java 1.3 als optionales Paket erhältlich. Die beiden Hauptteile sind:
- Authentifikation/Authentifizierung. Gibt die Identität einer Person oder eines Programms gegenüber einem Kommunikationspartner an.
- Autorisierung. Sicherstellen der Rechte, sodass ein Benutzer Aktionen durchführen kann beziehungsweise ihm Aktionen verwehrt bleiben.
Das JAAS ist damit eine Java-Version eines Pluggable Authentication Module (PAM).
Wichtig in diesem Zusammenhang sind Login-Module. Sie erlauben die Anmeldung an eine Instanz, so dass sich der Benutzer authentifizieren kann. Dies kann ein komplexes System wie Kerberos sein, aber auch eine Smart-Card oder ein biometrisches System. Einige Login-Module liefert Sun mit jeder Laufzeitumgebung mit aus. Hat sich der Benutzer (das Subject) mit dem Login-Modul authentifiziert, verbindet JAAS ihn mit authentifizierten Benutzerkennungen, die Principal heißen.
Bei den Policy-Dateien haben wir nun gesehen, wie die Rechte auch für eine Codebase, einem Signierer und auch einem Principal vergeben werden können. Der Sicherheitsmanager ermöglicht also einem Programmstück nur dann die Ausführung, wenn ein Benutzer angemeldet ist und die nötigen Rechte hat. Der Programmcode muss also keine Implementierung mit Fallunterscheidungen für diverse Rollen aufweisen, sondern kann einfach in der Policy-Datei mit einem Principal assoziiert werden.