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1、数据库系统概论An Introduction to Database System第四章 数据库安全性,数据库安全性,问题的提出数据库的一大特点是数据可以共享数据共享必然带来数据库的安全性问题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,数据库中数据的共享是在DBMS统一的严格的控制之下的共享，即只允许有合法使用权限的用户访问允许他存取的数据数据库系统的安全保护措施是否有效是数据库系统主要的性能指标之一,数据库安全性,什么是数据库的安全性数据库的安全性是指保护数据库，防止因用
2、户非法使用数据库造成数据泄露、更改或破坏。数据的保密数据保密是指用户合法的访问到机密数据后能否对这些数据保密。通过制定法律道德准则和政策法规来保证。,第四章 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（Audit）4.5 数据加密4.6 统计数据库安全性4.7 小结,4.1 计算机安全性概述,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,计算机系统安全性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
3、露等。,计算机系统的三类安全性问题（续）,三类计算机系统安全性问题技术安全类管理安全类政策法律类,4.1 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TCSECCC,美国的TCSEC 1983年美国国防部首次公布了可信计算机系统评估准则（TCSEC）以用于对操作系统的评估，这是IT历史上的第一个安全评估标准，1985年公布了第二版。TCSEC为业界所熟知的名字“桔皮书”则是因其封面的颜色而得来。TCSEC 所列举的安全评估准则主要是针对美国政府的安全要求，着重点是基于大型计算机系统的机密文档处理方面的安全要求。CC被接纳为国际标准后，美国已停止了基于TCS
4、EC的评估工作。,美国颁布的TCSEC把数据安全级别划分为四类七级：D级：无安全保护的系统。Cl级：具有主体、客体及主客体分离、身份鉴别、数据完整性、自主访问控制功能的系统；核心是自主访问控制。C2级：满足C1级全部功能，且具有审计功能的系统；核心是审计功能。目前国内使用的系统大部分符合此标准。,B1级：满足C2级全部功能，且具有标记及强制访问控制功能的系统；核心是强制访问控制。国际上有部分系统符合此标准，国内基本上没有满足此标准的系统；满足此标准的系统可称为可信系统或安全系统。B2级：满足B1级全部功能，且具有形式化安全模型与隐蔽通道功能的系统；核心是形式化安全模型。目前国内外均无满足此标准
5、的系统。,B3级：满足B2级全部功能，且具有访问监控器功能的系统；核心是访问监控器。目前国内外均无满足此标准的系统。A级：更高的形式化要求。目前国内外均无满足此标准的系统。,目前市面上常用软件经过权威机构的评测，确定了其安全级别。如Oracle,Sybase,informix,SQL Server等数据库系统软件符合C1或C2级安全要求；Windows,Unix操作系统符合Cl或C2级安全要求。市场上大部分系统软件都处于C1或C2级安全级别。此外，美国有符合Bl级的军用版本Oracle数据库系统和WinNT操作系统。国内有一些符合B1级的安全原型DBMS：如OpenBASE,Cobase等。,
6、国际通用准则CC(ISO/IEC15408-1999)国际信息技术安全性评估通用准则（简称为通用准则，CC）是北美和欧盟联合以开发一个统一的国际互认的安全标准的结果，是在美国、加拿大、欧洲等国家和地区分别自行推出的评估标准及具体实践的基础上，通过相互间的总结和互补发展起来的。,1996年，六国七方（英国、加拿大、法国、德国、荷兰、NSA国家安全局和NIST国家标准技术研究所）公布了CC的1.0版，1998年，六国七方又公布了CC的2.0版。CC取代了TCSEC、ITSEC,及 CTCPEC，是事实上的国际安全评估标准。1999年，CC被国际标准化组织（ISO）批准成为国际标准(ISO/IEC1
7、5408-19999)并正式颁布发行，其对应的CC版本为2.1版。,CC作为评估信息技术产品和系统安全性的国际性通用准则，是信息技术安全性评估结果国际互认的基础，遍及世界各地的众多组织现在均已实施了CC。互认通过签署互认协定(MRA)来实现，产品在一个MRA成员国评估通过就可被其他的成员国所接受，从而避免重复的评估行为。对于其他国家来讲，只要能够证明他们能够实现MRA中的互认所要求的极其严格的技术与程序上的条件，就可寻求加入MRA。Windows 2000、Sun Solaris 8、Oracle 9i、DB2 V8.2等都已通过了CC的EAL4(B1)。,我国的安全评估标准 为提高我国计算机
8、信息系统安全保护水平，1999年9月国家质量技术监督局发布了国家标准 GB17859-1999计算机信息安全保护等级划分准则，它是建立安全等级保护制度、实施安全等级管理的重要基础性标准。该标准是我国计算机信息系统保护等级系列标准的第一部分，其他数十个相关标准的制订工作还正在紧张进行。该标准的制定参照了美国的TCSEC。,该标准共分为五级与美国TCSEC标准的对应关系如下：第一级：用户自主保护级C1级 第二级：系统审计保护级C2级 第三级：安全标记保护级B1级 第四级：结构化保护级B2级 第五级：访问验证保护级B3级,自从CC 1.0版公布后，我国相关部门就一直密切关注着它的发展情况，并对该版本
9、做了大量的研究工作。2001年3月，国家质量技术监督局正式颁布了援引CC的国家标准GB/T18336-2001信息技术 安全技术 信息技术安全性评估准则。,第四章 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（Audit）4.5 数据加密4.6 统计数据库安全性4.7 小结,4.2 数据库安全性控制概述,非法使用数据库的情况编写合法程序绕过DBMS及其授权机制直接或编写应用程序执行非授权操作通过多次合法查询数据库从中推导出一些保密数据,数据库安全性控制概述（续）,计算机系统中，安全措施是一级一级层层设置,计算机系统的安全模型,数据库的安全性级别,环
10、境级：计算机系统的机房和设备应加以保护，防止有人进行物理破坏。职员级：工作人员应清正廉洁，正确授予用户访问数据库的权限。OS级：应防止未经授权的用户从OS处访问数据库。网络级：由于大多数DBS都允许用户通过网络进行远程访问，因此网络软件内部的安全性是很重要的。DBS级：DBS的职责是检查用户的身份是否合法及使用数据库的权限是否正确。,数据库安全性控制概述（续）,数据库安全性控制的常用方法用户标识和鉴定存取控制视图审计密码存储,4.2.1 用户标识与鉴别,用户标识与鉴别（Identification&Authentication）系统提供的最外层安全保护措施,用户标识与鉴别（续）,用户标识口令系
11、统核对口令以鉴别用户身份 口令的设置方法：固定口令、动态口令、密钥盘用户名和口令易被窃取每个用户预先约定好一个计算过程或者函数,4.2.2 存取控制,存取控制机制组成定义用户权限合法权限检查 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）,常用存取控制方法自主存取控制（Discretionary Access Control，简称DAC）C2级 灵活强制存取控制（Mandatory Access Control，简称 MAC）B1级严格,4.2.3 自主存取控制方法,通过 SQL 的 GRANT 语句和 REVOKE 语句实现用户权限组成数据对象操作类型定义用户存
12、取权限：定义用户可以在哪些数据库对象上进行哪些类型的操作定义存取权限称为授权,自主存取控制方法（续）,关系数据库系统中存取控制对象,关系数据库系统中的存取权限,4.2.4 授权与回收,一、GRANTGRANT语句的一般格式：GRANT,.ON TO,.WITH GRANT OPTION;语义：将对指定操作对象的指定操作权限授予指定的用户,GRANT（续）,发出GRANT：DBA数据库对象创建者（即属主Owner）拥有该权限的用户按受权限的用户 一个或多个具体用户PUBLIC（全体用户）,WITH GRANT OPTION子句,WITH GRANT OPTION子句:指定：可以再授予没有指定：不
13、能传播不允许循环授权,例题,例1 把查询Student表权限授给用户U1 GRANT SELECT ON TABLE Student TO U1;,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 TA
14、BLE Student TO U4;对属性列的授权时必须明确指出相应属性列名,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,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。,传播权限（续）,
15、下表是执行了例1到例7的语句后，学生-课程数据库中的用户权限定义表,授权与回收（续）,二、REVOKE授予的权限可以由DBA或其他授权者用REVOKE语句收回REVOKE语句的一般格式为：REVOKE,.ON FROM,.;,REVOKE（续）,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;,REVOKE（续）,例9 收回所有用户对表SC的查询权限REVOKE SELECT ON TABLE SC FROM PUBLIC;,REVOKE（续）,例10 把用户U5对SC表的INSERT权限收回REVOKE INSERT
16、 ON TABLE SC FROM U5 CASCADE;将用户U5的INSERT权限收回的时候必须级联（CASCADE）收回 系统只收回直接或间接从U5处获得的权限,REVOKE（续）,执行例8到例10的语句后，学生-课程数据库中的用户权限定义表,小结:SQL灵活的授权机制,DBA：拥有所有对象的所有权限不同的权限授予不同的用户用户：拥有自己建立的对象的全部的操作权限GRANT：授予其他用户被授权的用户“继续授权”许可：再授予所有授予出去的权力在必要时又都可用REVOKE语句收回,授权与回收（续）,三、创建数据库模式的权限 DBA在创建用户时实现CREATE USER语句格式 CREATE
17、USER WITHDBA|RESOURCE|CONNECT,授权与回收（续）,权限与可执行的操作对照表,4.2.5 数据库角色,数据库角色：被命名的一组与数据库操作相关的权限角色是权限的集合 可以为一组具有相同权限的用户创建一个角色简化授权的过程,数据库角色,一、角色的创建CREATE ROLE 二、给角色授权 GRANT，ON 对象名 TO，,数据库角色,三、将一个角色授予其他的角色或用户GRANT，TO，WITH ADMIN OPTION 四、角色权限的收回 REVOKE，ON FROM，,把角色授予某用户，或授予另一个角色,数据库角色（续）,例11 授予角色R1拥有Student表的SE
18、LECT、UPDATE、INSERT权限，将这个角色授予王平，张明，赵玲用户，使他们具有R1所包含的全部权限，最后通过R1来回收王平的这3个权限。步骤如下：1.首先创建一个角色 R1 CREATE ROLE R1；2.使用GRANT语句，使R1拥有Student表的SELECT、UPDATE、INSERT权限 GRANT SELECT，UPDATE，INSERT ON TABLE Student TO R1；,数据库角色（续）,3.将这个角色授予王平，张明，赵玲。使他们具有角色R1所包含的全部权限 GRANT R1 TO 王平，张明，赵玲；4.可以一次性通过R1来回收王平的这3个权限 REVO
19、KE R1 FROM 王平；,数据库角色（续）,例12角色的权限修改 GRANT DELETE ON TABLE Student TO R1例13 REVOKE SELECT ON TABLE Student FROM R1；,复 习,数据库安全性控制的常用方法用户标识和鉴定存取控制 自主存取控制（简称DAC）授权：GRANT,.ON TO,.WITH GRANT OPTION;回收：REVOKE,.ON FROM,.;强制存取控制（简称 MAC）,自主存取控制缺点,可能存在数据的“无意泄露”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解决：对系统控制下的所有
20、主客体实施强制存取控制策略,4.2.6 强制存取控制方法,强制存取控制（MAC)保证更高程度的安全性用户能不能直接感知或进行控制适用于对数据有严格而固定密级分类的部门 军事部门 政府部门,强制存取控制方法（续）,主体是系统中的活动实体 DBMS所管理的实际用户 代表用户的各进程客体是系统中的被动实体，是受主体操纵的 文件 基表 索引 视图,强制存取控制方法（续）,敏感度标记（Label）绝密（Top Secret）机密（Secret）可信（Confidential）公开（Public）主体的敏感度标记称为许可证级别（Clearance Level）客体的敏感度标记称为密级（Classifica
21、tion Level）,强制存取控制方法（续）,强制存取控制规则(1)仅当主体的许可证级别大于或等于客体的密级时，该主体才能读取相应的客体(2)仅当主体的许可证级别等于客体的密级时，该主体才能写相应的客体某些系统修正了第2条规则主体的许可证级别=客体的密级 主体能写客体,强制存取控制方法（续）,规则的共同点禁止了拥有高许可证级别的主体更新低密级的数据对象,例：假设要对关系变量S进行MAC控制，为简化起见，假设要控制存取的数据单元是元组，则每个元组标以密级，如下表（4=绝密，3=机密，2=秘密）,假设用户U1和U2的许可证级别分别为3和2，则：,U1能查询元组S1和S2，修改元组S2;U2能查询
22、元组S1，修改元组S1,MAC与DAC,DAC与MAC共同构成DBMS的安全机制实现MAC时要首先实现DAC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,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,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。,4.3 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，对数据提供一定程度的安全保护 主要功能是提供数据独立性，无法完全满足要求间接实现了支持存取谓词的用户权限定义,视图机制（续）,例1
23、4建立计算机系学生的视图，把对该视图的SELECT权限授于王平，把该视图上的所有操作权限授于张明。先建立计算机系学生的视图CS_Student CREATE VIEW CS_Student AS SELECT*FROM Student WHERE Sdept=CS；,视图机制（续）,然后在视图上进一步定义存取权限 GRANT SELECT ON CS_Student TO 王平；GRANT ALL PRIVILIGES ON CS_Student TO 张明；,4.4 审计,审计日志（Audit Log）：将用户对数据库的所有操作记录在上面。审计日志一般包括下列内容：(1)操作类型（如修改、查
24、询等）。(2)操作终端标识与操作人员标识。(3)操作日期和时间。(4)操作的数据对象（如表、视图、记录、属性等）。(5)数据修改前后的值。DBA利用审计日志 找出非法存取数据的人、时间和内容C2以上安全级别的DBMS必须具有,审计（续）,审计分为用户级审计针对自己创建的数据库表或视图进行审计 记录所有用户对这些表或视图的一切成功和（或）不成功的访问要求以及各种类型的SQL操作 系统级审计 DBA设置 监测成功或失败的登录要求 监测GRANT和REVOKE操作以及其他数据库级权限下的操作,审计（续）,AUDIT语句：设置审计功能 NOAUDIT语句：取消审计功能,审计（续）,例15对修改SC表结
25、构或修改SC表数据的操作进行审计 AUDIT ALTER，UPDATE ON SC；例16取消对SC表的一切审计 NOAUDIT ALTER，UPDATE ON SC；,4.5 数据加密,数据加密 防止数据库中数据在存储和传输中失密的有效手段加密的概念 加密是一种编码数据的方法，使入侵者难以理解数据内容，在授权用户使用时，解码数据，使其返回原始格式。一些商业DBMS包含加密模块，还有一些能提供程序，使用户编写自己的加密例程。当前，加密技术广泛应用于诸如电子资金划拨（electronic fund transfers,EFT）和电子商务等应用程序中。,4.5 数据加密,加密方法替换方法：使用密钥
26、将明文中的每一个字符转换为密文中的一个字符。置换方法：将明文的字符按不同的顺序重新排列。混合方法：结合以上两种方法。DBMS中的数据加密,4.6 统计数据库安全性,统计数据库的特点允许用户查询聚集类型的信息（如合计、平均值等）不允许查询单个记录信息 示例：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”统计数据库中特殊的安全性问题 隐蔽的信息通道 能从合法的查询中推导出不合法的信息,例1：下面两个查询都是合法的 本公司共有多少女高级程序员？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
27、N(N足够大)个以上的记录,例2：用户A发出下面两个合法查询：用户A和其他N个程序员的工资总额是多少？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,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)/M 如果两个用户合作查询就可以使这一规定失效。,统计数据库安全性（续）,数据库安全机制的设计目标：试图破坏安全的人所花费的代价 得到的利益,4.7 小结,数据的共享日益加强，数据的安全保密越来越重要DBMS是管理数据的核心，因而其自身必须具有一整套完整而有效的安全性机制TCSEC和CC,小结（续）,实现数据库系统安全性的技术和方法存取控制技术视图技术审计技术自主存取控制功能 通过SQL 的GRANT语句和REVOKE语句实现角色 使用角色来管理数据库权限可以简化授权过程 CREATE ROLE语句创建角色GRANT 语句给角色授权,下课了。,休息一会儿。,认真,
