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数据库系统概论数据库系统概论An Introduction to Database System第四章第四章 数据库安全性数据库安全性第四章第四章 数据库安全性数据库安全性n问题的提出n数据库的一大特点是数据可以共享n但数据共享必然带来数据库的安全性问题n数据库系统中的数据共享不能是无条件的共享例：军事秘密、国家机密、新产品实验数据、市场需求分析、市场营销策略、销售计划、客户档案、医疗档案、银行储蓄数据数据库安全性（续）数据库安全性（续）n什么是数据库的安全性n数据库的安全性是指保护数据库，防止因用户非法使用数据库造成数据泄露、更改或破坏。n各系统安全性之间是相互紧密联系、相互支持的n数据库安全的重要性第四章第四章 数据库安全性数据库安全性4.1计算机安全性概述4.2数据库安全性控制4.3视图机制4.4审计4.5数据加密4.6统计数据库安全性4.7小结4.1 计算机安全性概论计算机安全性概论4.1.1计算机系统的三类安全性问题4.1.2安全标准简介4.1.1 计算机系统的三类安全性问题计算机系统的三类安全性问题 n什么是计算机系统安全性n为计算机系统建立和采取的各种安全保护措施，以保护计算机系统中的硬件、软件及数据，防止其因偶然或恶意的原因使系统遭到破坏，数据遭到更改或泄露等。计算机系统的三类安全性问题（续）计算机系统的三类安全性问题（续）n三类计算机系统安全性问题n技术安全类n管理安全类n政策法律类计算机系统的三类安全性问题（续）计算机系统的三类安全性问题（续）n技术安全n指计算机系统中采用具有一定安全性的硬件、软件来实现对计算机系统及其所存数据的安全保护，当计算机系统受到无意或恶意的攻击时仍能保证系统正常运行，保证系统内的数据不增加、不丢失、不泄露。计算机系统的三类安全性问题（续）计算机系统的三类安全性问题（续）n管理安全n软硬件意外故障、场地的意外事故、管理不善导致的计算机设备和数据介质的物理破坏、丢失等安全问题计算机系统的三类安全性问题（续）计算机系统的三类安全性问题（续）n政策法律类n政府部门建立的有关计算机犯罪、数据安全保密的法律道德准则和政策法规、法令4.1.2 安全标准简介安全标准简介n为降低进而消除对系统的安全攻击，各国引用或制定了一系列安全标准nTCSEC(桔皮书)nTDI(紫皮书)安全标准简介（续）安全标准简介（续）n1985年美国国防部（DoD）正式颁布DoD可信计算机系统评估标准（简称TCSEC或DoD85）nTCSEC又称桔皮书nTCSEC标准的目的n提供一种标准，使用户可以对其计算机系统内敏感信息安全操作的可信程度做评估。n给计算机行业的制造商提供一种可循的指导规则，使其产品能够更好地满足敏感应用的安全需求。安全标准简介（续）安全标准简介（续）n1991年4月美国NCSC（国家计算机安全中心）颁布了可信计算机系统评估标准关于可信数据库系统的解释（TrustedDatabaseInterpretation简称TDI）nTDI又称紫皮书。它将TCSEC扩展到数据库管理系统。nTDI中定义了数据库管理系统的设计与实现中需满足和用以进行安全性级别评估的标准。安全标准简介（续）安全标准简介（续）nTDI/TCSEC标准的基本内容nTDI与TCSEC一样，从四个方面来描述安全性级别划分的指标n安全策略n责任n保证n文档安全标准简介（续）安全标准简介（续）nR1安全策略（SecurityPolicy）R1.1自主存取控制（DiscretionaryAccessControl，简记为DAC）R1.2客体重用（ObjectReuse）R1.3标记（Labels）R1.4强制存取控制（MandatoryAccessControl，简记为MAC）安全标准简介（续）安全标准简介（续）nR2责任（Accountability）R2.1标识与鉴别（Identification&Authentication）R2.2审计（Audit）nR3保证（Assurance）R3.1操作保证（OperationalAssurance）R3.2生命周期保证（LifeCycleAssurance）安全标准简介（续）安全标准简介（续）nR4文档（Documentation）R4.1安全特性用户指南（SecurityFeaturesUsersGuide）R4.2可信设施手册（TrustedFacilityManual）R4.3测试文档（TestDocumentation）R4.4设计文档（DesignDocumentation）安全标准简介（续）安全标准简介（续）nTCSEC/TDI安全级别划分安安 全全 级级 别别 定定 义义A1验证设计（验证设计（Verified Design）B3安全域（安全域（Security Domains）B2结构化保护（结构化保护（Structural Protection）B1标记安全保护（标记安全保护（Labeled Security Protection）C2受控的存取保护受控的存取保护（Controlled Access Protection）C1自主安全保护自主安全保护（Discretionary Security Protection）D最小保护（最小保护（Minimal Protection）安全标准简介（续）安全标准简介（续）n四组(division)七个等级nDnC（C1，C2）nB（B1，B2，B3）nA（A1）n按系统可靠或可信程度逐渐增高n各安全级别之间具有一种偏序向下兼容的关系，即较高安全性级别提供的安全保护要包含较低级别的所有保护要求，同时提供更多或更完善的保护能力。安全标准简介（续）安全标准简介（续）nD级n将一切不符合更高标准的系统均归于D组n典型例子：DOS是安全标准为D的操作系统nDOS在安全性方面几乎没有什么专门的机制来保障安全标准简介（续）安全标准简介（续）nC1级n非常初级的自主安全保护n能够实现对用户和数据的分离，进行自主存取控制（DAC），保护或限制用户权限的传播。安全标准简介（续）安全标准简介（续）nC2级n安全产品的最低档次n提供受控的存取保护，将C1级的DAC进一步细化，以个人身份注册负责，并实施审计和资源隔离n达到C2级的产品在其名称中往往不突出“安全”(Security)这一特色安全标准简介（续）安全标准简介（续）n典型例子n操作系统nMicrosoft的WindowsNT3.5，n数字设备公司的OpenVMSVAX6.0和6.1n数据库nOracle公司的Oracle7nSybase公司的SQLServer11.0.6安全标准简介（续）安全标准简介（续）nB1级n标记安全保护。“安全”(Security)或“可信的”(Trusted)产品。n对系统的数据加以标记，对标记的主体和客体实施强制存取控制（MAC）、审计等安全机制安全标准简介（续）安全标准简介（续）n典型例子n操作系统n数字设备公司的SEVMSVAXVersion6.0n惠普公司的HP-UXBLSrelease9.0.9+n数据库nOracle公司的TrustedOracle7nSybase公司的SecureSQLServerversion11.0.6nInformix公司的IncorporatedINFORMIX-OnLine/Secure5.0安全标准简介（续）安全标准简介（续）nB2级n结构化保护n建立形式化的安全策略模型并对系统内的所有主体和客体实施DAC和MAC。n经过认证的B2级以上的安全系统非常稀少安全标准简介（续）安全标准简介（续）n典型例子n操作系统n只有TrustedInformationSystems公司的TrustedXENIX一种产品n标准的网络产品n只有CryptekSecureCommunications公司的LLCVSLAN一种产品n数据库n没有符合B2标准的产品安全标准简介（续）安全标准简介（续）nB3级n安全域。n该级的TCB必须满足访问监控器的要求，审计跟踪能力更强，并提供系统恢复过程。安全标准简介（续）安全标准简介（续）nA1级n验证设计，即提供B3级保护的同时给出系统的形式化设计说明和验证以确信各安全保护真正实现。安全标准简介（续）安全标准简介（续）nB2以上的系统n还处于理论研究阶段n应用多限于一些特殊的部门如军队等n美国正在大力发展安全产品，试图将目前仅限于少数领域应用的B2安全级别下放到商业应用中来，并逐步成为新的商业标准。安全标准简介（续）安全标准简介（续）表示该级不提供对该指标的支持；表示该级新增的对该指标的支持；表示该级对该指标的支持与相邻低一级的等级一样；表示该级对该指标的支持较下一级有所增 加或改动。第四章第四章 数据库安全性数据库安全性4.1计算机安全性概论4.2数据库安全性控制4.3视图机制4.4审计4.5数据加密4.6统计数据库安全性4.7小结4.2 数据库安全性控制数据库安全性控制4.2.1用户标识与鉴别4.2.2存取控制4.2.3自主存取控制方法4.2.4授权与回收4.2.5数据库角色4.2.6强制存取控制方法计算机系统中的安全模型计算机系统中的安全模型 应用应用DBMSOS DB 低低 高高安全性控制层次安全性控制层次 方法：方法：用户标识用户标识和鉴定和鉴定 存取控制存取控制审计审计视图视图 操作系统操作系统 安全保护安全保护 密码存储密码存储4.2.1 用户标识与鉴别用户标识与鉴别n用户标识与鉴别（Identification&Authentication）n系统提供的最外层安全保护措施用户标识与鉴别用户标识与鉴别基本方法n系统提供一定的方式让用户标识自己的名字或身份；n系统内部记录着所有合法用户的标识；n每次用户要求进入系统时，由系统核对用户提供的身份标识；n通过鉴定后才提供机器使用权。n用户标识和鉴定可以重复多次用户标识自己的名字或身份用户标识自己的名字或身份n用户名/口令n简单易行，容易被人窃取n每个用户预先约定好一个计算过程或者函数n系统提供一个随机数n用户根据自己预先约定的计算过程或者函数进行计算n系统根据用户计算结果是否正确鉴定用户身份4.2.2 存取控制存取控制n存取控制机制的功能n存取控制机制的组成n定义存取权限n检查存取权限用户权限定义和合法权检查机制一起组成了DBMS的安全子系统存取控制（续）存取控制（续）n定义存取权限n在数据库系统中，为了保证用户只能访问他有权存取的数据，必须预先对每个用户定义存取权限。n检查存取权限n对于通过鉴定获得上机权的用户（即合法用户），系统根据他的存取权限定义对他的各种操作请求进行控制，确保他只执行合法操作。存取控制（续）存取控制（续）n常用存取控制方法n自主存取控制（DiscretionaryAccessControl，简称DAC）nC2级n灵活n强制存取控制（MandatoryAccessControl，简称MAC）nB1级n严格自主存取控制方法自主存取控制方法n同一用户对于不同的数据对象有不同的存取权限n不同的用户对同一对象也有不同的权限n用户还可将其拥有的存取权限转授给其他用户强制存取控制方法强制存取控制方法n每一个数据对象被标以一定的密级n每一个用户也被授予某一个级别的许可证n对于任意一个对象，只有具有合法许可证的用户才可以存取4.2.3自主存取控制方法自主存取控制方法n优点n能够通过授权机制有效地控制其他用户对敏感数据的存取n缺点n可能存在数据的“无意泄露”n原因：这种机制仅仅通过对数据的存取权限来进行安全控制，而数据本身并无安全性标记。n解决：对系统控制下的所有主客体实施强制存取控制策略4.2.4 授权与回收授权与回收n谁定义？DBA和表的建立者（即表的属主）n如何定义？SQL语句：GRANTREVOKE一一 授授 权权(GRANT)nGRANT语句的一般格式：GRANT,.ON TO,.WITH GRANT OPTION;n谁定义？DBA和表的建立者（即表的属主）nGRANT功能：将对指定操作对象的指定操作权限授予指定的用户。(1)用户的权限用户的权限n建表（CREATETAB）的权限:属于DBAnDBA授予-普通用户n基本表或视图的属主拥有对该表或视图的一切操作权限n接受权限的用户:一个或多个具体用户 PUBLIC（全体用户）(2)WITH GRANT OPTION(2)WITH GRANT OPTION子句子句n指定了WITH GRANT OPTION子句:获得某种权限的用户还可以把这种权限再授予别的用户。n没有指定WITH GRANT OPTION子句:获得某种权限的用户只能使用该权限，不能传播该权限。n不允许循环授权。例题例题 例1 把查询Student表权限授给用户U1GRANTSELECTONTABLEStudentTOU1;例题（续）例题（续）例2 把对Student表和Course表的全部权限授予用户U2和U3 GRANT ALL PRIVILIGES ON TABLE Student,Course TO U2,U3;例例4例题（续）例题（续）例3 把对表SC的查询权限授予所有用户 GRANT SELECT ON TABLE SC TO PUBLIC;例题（续）例题（续）例4 把查询Student表和修改学生学号的权限授给用户U4 GRANT UPDATE(Sno),SELECT ON TABLE Student TO U4;例题（续）例题（续）例5 把对表SC的INSERT权限授予U5用户，并允许他再将此权限授予其他用户 GRANT INSERT ON TABLE SC TO U5 WITH GRANT OPTION;传播权限传播权限 执行例5后，U5不仅拥有了对表SC的INSERT权限，还可以传播此权限：例6 GRANT INSERT ON TABLE SC TO U6 WITH GRANT OPTION;同样，U6还可以将此权限授予U7：例7 GRANT INSERT ON TABLE SC TO U7;但U7不能再传播此权限。U5-U6-U7例题（续）例题（续）例6 DBA把在数据库S_C中建立表的权限授予用户U8GRANT CREATETABON DATABASE S_C TO U8;二二 收回权限收回权限(REVOKE)nREVOKE语句的一般格式为：REVOKE,.ON FROM,.;n功能：从指定用户那里收回对指定对象的指定权限例题例题例8 把用户U4修改学生学号的权限收回REVOKE UPDATE(Sno)ON TABLE Student FROM U4;例题（续）例题（续）例9 收回所有用户对表SC的查询权限REVOKE SELECT ON TABLE SC FROM PUBLIC;例题（续）例题（续）例10 把用户U5对SC表的INSERT权限收回REVOKE INSERT ON TABLE SC FROM U5;权限的级联回收权限的级联回收系统将收回直接或间接从U5处获得的对SC表的INSERT权限:-U5-U6-U7收回U5、U6、U7获得的对SC表的INSERT权限:-U5-U6-U7三三 创建数据库模式的权限创建数据库模式的权限n对数据库模式的授权由DBA在创建用户时授权nCREATEUSER格式CREATEUSERWITHDBA|RESOURCE|CONNECT4.2.5数据库角色数据库角色n数据库角色是被命名的一组与数据库操作相关的权限,是权限的集合n角色的创建CREATEROLEn给角色授权n将一个角色授予其他的角色或用户n角色权限的回收4.2.6 强制存取控制方法强制存取控制方法n强制存取控制的特点nMAC是对数据本身进行密级标记n无论数据如何复制，标记与数据是一个不可分的整体n只有符合密级标记要求的用户才可以操纵数据n从而提供了更高级别的安全性MAC与与DACnDAC与MAC共同构成DBMS的安全机制n原因：较高安全性级别提供的安全保护要包含较低级别的所有保护n先进行DAC检查，通过DAC检查的数据对象再由系统进行MAC检查，只有通过MAC检查的数据对象方可存取。强制存取控制方法（续）强制存取控制方法（续）DAC+MAC安全检查示意图SQL语法分析&语义检查DAC检查安全检查MAC检查继续4.3 视图机制视图机制n视图机制把要保密的数据对无权存取这些数据的用户隐藏起来，n视图机制更主要的功能在于提供数据独立性，其安全保护功能太不精细，往往远不能达到应用系统的要求。视图机制（续）视图机制（续）例：王平只能检索计算机系学生的信息先建立计算机系学生的视图CS_StudentCREATEVIEWCS_StudentASSELECTFROMStudentWHERESdept=CS；视图机制（续）视图机制（续）在视图上进一步定义存取权限GRANTSELECTONCS_StudentTO王平；4.4 审计审计n什么是审计n启用一个专用的审计日志（AuditLog）将用户对数据库的所有操作记录在上面nDBA可以利用审计日志中的追踪信息找出非法存取数据的人nC2以上安全级别的DBMS必须具有审计功能审计（续）审计（续）n审计功能的可选性n审计很费时间和空间nDBA可以根据应用对安全性的要求，灵活地打开或关闭审计功能。审计（续）审计（续）n强制性机制:用户识别和鉴定、存取控制、视图n预防监测手段:审计技术4.5 数据加密数据加密n数据加密n防止数据库中数据在存储和传输中失密的有效手段n加密的基本思想n根据一定的算法将原始数据（术语为明文，Plaintext）变换为不可直接识别的格式（术语为密文，Ciphertext）n不知道解密算法的人无法获知数据的内容数据加密（续）数据加密（续）n加密方法n替换方法n使用密钥（EncryptionKey）将明文中的每一个字符转换为密文中的一个字符n置换方法n将明文的字符按不同的顺序重新排列n混合方法美国1977年制定的官方加密标准：数据加密标准（DataEncryptionStandard，简称DES）数据加密（续）数据加密（续）n数据加密功能通常也作为可选特征，允许用户自由选择n数据加密与解密是比较费时的操作n数据加密与解密程序会占用大量系统资源n应该只对高度机密的数据加密4.6 统计数据库安全性统计数据库安全性n统计数据库的特点n允许用户查询聚集类型的信息（例如合计、平均值等）n不允许查询单个记录信息例：允许查询“程序员的平均工资是多少？”不允许查询“程序员张勇的工资？”统计数据库安全性（续）统计数据库安全性（续）n统计数据库中特殊的安全性问题n隐蔽的信息通道n从合法的查询中推导出不合法的信息统计数据库安全性（续）统计数据库安全性（续）例1：下面两个查询都是合法的：1本公司共有多少女高级程序员？2本公司女高级程序员的工资总额是多少？如果第一个查询的结果是“1”，那么第二个查询的结果显然就是这个程序员的工资数。规则1：任何查询至少要涉及N(N足够大)个以上的记录。统计数据库安全性（续）统计数据库安全性（续）例2：用户A发出下面两个合法查询：1用户A和其他N个程序员的工资总额是多少？2用户B和其他N个程序员的工资总额是多少？若第一个查询的结果是X，第二个查询的结果是Y，由于用户A知道自己的工资是Z，那么他可以计算出用户B的工资=Y-(X-Z)。原因：两个查询之间有很多重复的数据项规则2：任意两个查询的相交数据项不能超过M个统计数据库安全性（续）统计数据库安全性（续）可以证明，在上述两条规定下，如果想获知用户B的工资额A至少需要进行1+(N-2)/M次查询规则3：任一用户的查询次数不能超过1+(N-2)/Mn如果两个用户合作查询就可以使这一规定失效
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