数据库第5章 ( 1)资料

5.1安全性5.2完整性5.3并发控制5.4恢复5.5数据库复制与数据库镜象由DBMS统一管理和控制。第五章数据库保护5.1安全性问题的提出数据库的一大特点是数据可以共享但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（续）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（续）什么是数据库的安全性数据库的安全性是指保护数据库，防止因用户非法使用数据库造成数据泄露、更改或破坏。三类安全性问题技术安全类：采用具有一定安全性的硬件、软件来实现数据库的安全保护。（仅讨论）管理安全类：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、丢失等安全性问题。（不讨论）通过制订法律道德准则和政策法规来保证。——法律、政策、伦理、道德问题（不讨论）5.1安全性5.1.1安全性控制的一般方法5.1.2ORACLE数据库的安全性措施5.1.1安全性控制的一般方法非法使用数据库的情况用户编写一段合法的程序绕过DBMS及其授权机制，通过操作系统直接存取、修改或备份数据库中的数据；直接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例：某数据库应用系统禁止查询单个人的工资，但允许查任意一组人的平均工资。用户甲想了解张三的工资，于是他：首先查询包括张三在内的一组人的平均工资然后查用自己替换张三后这组人的平均工资从而推导出张三的工资破坏安全性的行为可能是无意的，故意的，恶意的。计算机系统中的安全模型应用DBMSOSDB低高安全性控制层次方法：用户标识和鉴定存取控制审计视图操作系统安全保护密码存储计算机系统常用安全模型数据库安全性控制的常用方法1.用户标识和鉴定2.存取控制3.定义视图4.审计5.数据加密5.1.1安全性控制的一般方法1.用户标识与鉴定用户标识与鉴定（Identification&Authentication）系统提供的最外层安全保护措施1.用户标识与鉴别（续）基本方法系统提供一定的方式让用户标识自己的名字或身份；系统内部记录着所有合法用户的标识；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；通过鉴定后才提供机器使用权。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1.用户名/口令简单易行，容易被人窃取2.每个用户预先约定好一个计算过程或者函数系统提供一个随机数用户根据自己预先约定的计算过程或者函数进行计算系统根据用户计算结果是否正确鉴定用户身份数据库安全性控制的常用方法1.用户标识和鉴定2.存取控制3.定义视图4.审计5.数据加密5.1.1安全性控制的一般方法2.存取控制（※）数据库安全性所关心的主要是DBMS的存取控制机制。数据库安全最重要的一点就是确保只授权给有资格的用户访问数据库的权限，同时令所有未被授权的人员无法接近数据，这主要通过数据库系统的存取控制机制实现。2.存取控制存取控制机制的功能存取控制机制的组成定义存取权限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2.存取控制（续）定义存取权限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。检查存取权限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。常用存取控制方法：1）自主存取控制方法（DiscretionaryAccessControl，简称DAC）同一用户对于不同的数据对象有不同的存取权限不同的用户对同一对象也有不同的权限用户还可将其拥有的存取权限转授给其他用户2.存取控制方法2）强制存取控制（MandatoryAccessControl，简称MAC）：每一个数据对象被标以一定的密级每一个用户也被授予某一个级别的许可证对于任意一个对象，只有具有合法许可证的用户才可以存取2.存取控制方法1）自主存取控制方法（续）定义存取权限存取权限存取权限由两个要素组成数据对象操作类型1）自主存取控制方法（续）关系系统中的存取权限数据对象操作类型模式模式外模式内模式建立、修改、检索建立、修改、检索建立、修改、检索数据表属性列查找、插入、修改、删除查找、插入、修改、删除1）自主存取控制方法（续）关系系统中的存取权限(续)定义方法（3.6节）GRANT/REVOKE1）自主存取控制方法（续）检查存取权限对于获得上机权后又进一步发出存取数据库操作的用户DBMS查找数据字典，根据其存取权限对操作的合法性进行检查若用户的操作请求超出了定义的权限，系统将拒绝执行此操作1）自主存取控制方法（续）关系系统中的存取权限(续)例:一张授权表5.1用户名数据对象名允许的操作类型王平关系StudentSELECT张明霞关系StudentUPDATE张明霞关系CourseALL张明霞SC.GradeUPDATE张明霞SC.SnoSELECT张明霞SC.CnoSELECT非常粗略的授权粒度精细的授权粒度授权粒度1）自主存取控制方法（续）授权粒度授权粒度是指可以定义的数据对象的范围它是衡量授权机制是否灵活的一个重要指标。授权定义中数据对象的粒度越细，即可以定义的数据对象的范围越小，授权子系统就越灵活——衡量尺度之一。1）自主存取控制方法（续）关系数据库中授权的数据对象粒度数据库表属性列行（1）表5.1的授权粒度与数据值无关。能否提供与数据值有关的授权反映了授权子系统精巧程度——另一尺度1）自主存取控制方法（续）（2）实现与数据值有关的授权利用存取谓词存取谓词可以很复杂可以引用系统变量，如终端设备号，系统时钟等，实现与时间地点有关的存取权限，这样用户只能在某段时间内，某台终端上存取有关数据例：规定“教师只能在每年1月份和7月份星期一至星期五上午8点到下午5点处理学生成绩数据”。1）自主存取控制方法（续）例：扩充后的授权表5.2用户名数据对象名允许的操作类型存取谓词王平关系StudentSELECTSdept=CS张明霞关系StudentUPDATESname=张明霞张明霞关系CourseALL空1）自主存取控制方法（续）自主存取控制小结(续)优点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1）自主存取控制方法（续）自主存取控制小结(续)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主客体实施强制存取控制策略2）强制存取控制方法什么是强制存取控制强制存取控制(MAC)是指系统为保证更高程度的安全性，按照TDI/TCSEC标准中安全策略的要求，所采取的强制存取检查手段。MAC不是用户能直接感知或进行控制的。MAC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2）强制存取控制方法（续）主体与客体在MAC中，DBMS所管理的全部实体被分为主体和客体两大类主体是系统中的活动实体DBMS所管理的实际用户也代表用户的各进程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2）强制存取控制方法（续）敏感度标记对于主体和客体，DBMS为它们每个实例（值）指派一个敏感度标记（Label）敏感度标记分成若干级别绝密（TopSecret）机密（Secret）可信（Confidential）公开（Public）2）强制存取控制方法（续）主体的敏感度标记称为许可证级别（ClearanceLevel）客体的敏感度标记称为密级（ClassificationLevel）MAC机制就是通过对比主体的Label和客体的Label，最终确定主体是否能够存取客体2）强制存取控制方法（续）强制存取控制规则当某一用户（或某一主体）以标记label注册入系统时，系统要求他对任何客体的存取必须遵循下面两条规则：（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。2）强制存取控制方法（续）修正规则：主体的许可证级别=客体的密级主体能写客体用户可为写入的数据对象赋予高于自己的许可证级别的密级一旦数据被写入，该用户自己也不能再读该数据对象了。2）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2）强制存取控制方法（续）强制存取控制的特点MAC是对数据本身进行密级标记无论数据如何复制，标记与数据是一个不可分的整体只有符合密级标记要求的用户才可以操纵数据从而提供了更高级别的安全性MAC与DACDAC与MAC共同构成DBMS的安全机制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。2）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检查继续数据库安全性控制的常用方法1.用户标识和鉴定2.存取控制3.定义视图4.审计5.数据加密5.1.1安全性控制的一般方法3.视图机制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，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。3.视图机制（续）视图机制与授权机制配合使用:首先用视图机制屏蔽掉一部分保密数据视图上面再进一步定义存取权限间接实现了支持存取谓词的用户权限定义3.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'；3.视图机制（续）在视图上进一步定义存取权限GRANTSELECTONCS_StudentTO王平；数据库安全性控制的常用方法1.用户标识和鉴定2.存取控制3.定义视图4.审计5.数据加密5.1.1安全性控制的一般方法4.审计什么是审计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DBA可以利用审计日志中的追踪信息找出非法存取数据的人4.审计（续）审计功能的可选性审计很费时间和空间DBA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。4.审计（续）强制性机制:（前几种）用户识别和鉴定、存取控制、视图预防监测手段:审计技术数据库安全性控制的常用方法1.用户标识和鉴定2.存取控制3.定义视图4.审计5.数据加密5.1.1安全性控制的一般方法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基本思想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）不知道解密算法的人无法获知数据的内容5.数据加密（续）加密方法替换方法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置换方法将明文的字符按不同的顺序重新排列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）数据加密是保护数据传输安全唯一实用的方法和保护存储数据安全的有效方法。早在公元前50年，古罗马的凯撒在高卢战争中就采用过加密方法。这里用最简单的凯撒密码来说明一个加密系统的构成。它的原理是把每个英文字母向前推x位，例如，将字母的自然顺序保持不变，但使之分别与相差4个字母的字母相对应（X=4）。这条规则就是加密算法，其中4为密钥。若原信息为Howarey