《数据库原理与技术》-第62章数据库安全性的实现.ppt

《《数据库原理与技术》-第62章数据库安全性的实现.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《数据库原理与技术》-第62章数据库安全性的实现.ppt（86页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、6.2 数据库安全性的实现,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。 什么是数

2、据的保密 数据保密是指用户合法地访问到机密数据后能否对这些数据保密。 通过制订法律道德准则和政策法规来保证。,6.2 数据库安全性的实现,6.2.1 计算机安全性概论 6.2.2 数据库安全性控制 6.2.3 统计数据库安全性,6.2.1 计算机安全性概论,6.2.1.1 计算机系统的三类安全性问题 6.2.1.2 可信计算机系统评测标准,6.2.1.1 计算机系统的三类安全性问题,什么是计算机系统安全性 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，数据遭到更改或泄露等。,计算机系统的三类安全性问题（续）,计算机安全涉

3、及问题 计算机系统本身的技术问题 计算机安全理论与策略 计算机安全技术 管理问题 安全管理 安全评价 安全产品,计算机系统的三类安全性问题（续）,计算机安全涉及问题(续) 法学 计算机安全法律 犯罪学 计算机犯罪与侦察 安全监察 心理学,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,计算机系统的三类安全性问题（续）,技术安全 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）,管理

4、安全 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）,政策法律类 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,6.2.1.2 可信计算机系统评测标准,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 TCSEC (桔皮书) TDI (紫皮书),可信计算机系统评测标准（续）,1985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） TCSEC又称桔皮书 TCSEC标准的目的 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

5、可信程度做评估。 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。,可信计算机系统评测标准（续）,1991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（ Trusted Database Interpretation 简称TDI） TDI又称紫皮书。它将TCSEC扩展到数据库管理系统。 TDI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。,可信计算机系统评测标准（续）,TDI/TCSEC标准的基本内容 TDI与TCSEC一样，从四个方面来描述安全性级别划分的指标 安全策略 责任 保

6、证 文档,可信计算机系统评测标准（续）,R1 安全策略（Security Policy） R1.1 自主存取控制 （Discretionary Access Control，简记为DAC） R1.2 客体重用（Object Reuse） R1.3 标记（Labels） R1.4 强制存取控制（Mandatory Access Control，简记为MAC）,可信计算机系统评测标准（续）,R2 责任（Accountability） R2.1 标识与鉴别（Identification & Authentication） R2.2 审计（Audit） R3 保证（Assurance） R3.1 操作

7、保证（Operational Assurance） R3.2 生命周期保证（Life Cycle Assurance）,可信计算机系统评测标准（续）,R4 文档（Documentation） R4.1 安全特性用户指南（Security Features Users Guide） R4.2 可信设施手册（Trusted Facility Manual） R4.3 测试文档（Test Documentation） R4.4 设计文档（Design Documentation）,可信计算机系统评测标准（续）,TCSEC/TDI安全级别划分,可信计算机系统评测标准（续）,四组(division)七个

8、等级 D C（C1，C2） B（B1，B2，B3） A（A1） 按系统可靠或可信程度逐渐增高 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。,可信计算机系统评测标准（续）,D级 将一切不符合更高标准的系统均归于D组 典型例子：DOS是安全标准为D的操作系统 DOS在安全性方面几乎没有什么专门的机制来保障,可信计算机系统评测标准（续）,C1级 非常初级的自主安全保护 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。,可信计算机系统评测标准（续）,C2级 安全产品的最低档次 提

9、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 达到C2级的产品在其名称中往往不突出“安全”(Security)这一特色,可信计算机系统评测标准（续）,典型例子 操作系统 Microsoft的Windows NT 3.5， 数字设备公司的Open VMS VAX 6.0和6.1 数据库 Oracle公司的Oracle 7 Sybase公司的 SQL Server 11.0.6,可信计算机系统评测标准（续）,B1级 标记安全保护。“安全”(Security)或“可信的”(Trusted)产品。 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（MA

10、C）、审计等安全机制,可信计算机系统评测标准（续）,典型例子 操作系统 数字设备公司的SEVMS VAX Version 6.0 惠普公司的HP-UX BLS release 9.0.9+ 数据库 Oracle公司的Trusted Oracle 7 Sybase公司的Secure SQL Server version 11.0.6 Informix公司的Incorporated INFORMIX-OnLine / Secure 5.0,可信计算机系统评测标准（续）,B2级 结构化保护 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。 经过认证的B2级以上的安全系统非常稀少

11、,可信计算机系统评测标准（续）,典型例子 操作系统 只有Trusted Information Systems公司的Trusted XENIX一种产品 标准的网络产品 只有Cryptek Secure Communications公司的LLC VSLAN一种产品 数据库 没有符合B2标准的产品,可信计算机系统评测标准（续）,B3级 安全域。 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。,可信计算机系统评测标准（续）,A1级 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。,可信计算机系统评测标准（续）,B2以上的系统 还处

12、于理论研究阶段 应用多限于一些特殊的部门如军队等 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。,可信计算机系统评测标准（续）,可信计算机系统评测标准（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。,6.2.2.1 数据库安全性控制概述,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； 直接或编写应用程序执行非授权操作；,数据库安全性控制概

13、述（续）,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,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,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,6.2.2.2 用户标识与鉴别,用户标识与鉴别（Identification &

14、Authentication） 系统提供的最外层安全保护措施,6.2.2.2 用户标识与鉴别,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,用户名/口令 简单易行，容易被人窃取 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,6.2.2.3 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

15、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）,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。,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,自主存取控制方法,同一用户对于不同的数据对象有不

16、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,强制存取控制方法,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,6.2.2.4 自主存取控制方法,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,自主存取控制方法（续）,关系系统中的存取权限 类型 数据对象 操作类型 模 式 模 式 建立、修改、删除、检索 外模式 建立、修改、删除、检索 内模式 建立、删除、检索 数 据 表 查找、插入、修改、删除 属性列 查找、插入、修改、删除,自主存取控制方法（续）,关

17、系系统中的存取权限(续) 定义方法 GRANT/REVOKE,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 用户名 数据对象名 允许的操作类型 王 平 关系Student SELECT 张明霞 关系Student UPDATE 张明霞 关系Course ALL 张明霞 SC. Grade UPDATE 张明霞 SC. Sno SELECT 张明霞 SC. Cno SELECT,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

18、此操作,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。,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 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,自主存取控制方法（续）,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

19、8点到下午5点处理学生成绩数据”。,自主存取控制方法（续）,例：扩充后的授权表 用户名 数据对象名 允许的操作类型 存取谓词 王平 关系Student SELECT Sdept=CS 张明霞 关系Student UPDATE Sname=张明霞 张明霞 关系 Course ALL 空,自主存取控制方法（续）,自主存取控制小结 定义存取权限 用户 检查存取权限 DBMS,自主存取控制方法（续）,自主存取控制小结(续) 授权粒度 数据对象粒度：数据库、表、属性列、行 数据值粒度：存取谓词 授权粒度越细，授权子系统就越灵活，能够提供的安全性就越完善。但另一方面，因数据字典变大变复杂，系统定义与检查权

20、限的开销也会相应地增大。,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,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,6.2.2.5 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

21、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 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 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（Top Secret） 机密（Secret） 可信（Confidential） 公开（Public）,强制存取控制方法（续）,主体的敏感度标记称为许可证级别（Clearance Level） 客

22、体的敏感度标记称为密级（Classification Level） 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,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。,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

23、入，该用户自己也不能再读该数据对象了。,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,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DAC,DAC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。,强制存取控制方法（续）,DAC + MAC安全检查示

24、意图 SQL语法分析 & 语义检查 DAC 检 查 安全检查 MAC 检 查 继 续,6.2.2.6 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。,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,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_Student CREATE VIEW CS_Student AS SELECT FROM Stude

25、nt WHERE Sdept=CS；,视图机制（续）,在视图上进一步定义存取权限 GRANT SELECT ON CS_Student TO 王平 ；,6.2.2.7 审计,什么是审计 启用一个专用的审计日志（Audit Log） 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 C2以上安全级别的DBMS必须具有审计功能,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。,审计（续）,强制性机制: 用户识别和鉴定、存取控制、视图 预防监测手段: 审计技术,6.2.2.8 数据加密,数据加密

26、 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，Plain text）变换为不可直接识别的格式（术语为密文，Cipher text） 不知道解密算法的人无法获知数据的内容,数据加密（续）,加密方法 替换方法 使用密钥（Encryption Key）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（Data Encryption Standard，简称DES）,数据加密（续）,DBMS中的数据加密 有些数据库产品提供了数据加密例行程序 有些数据库产

27、品本身未提供加密程序，但提供了接口,数据加密（续）,数据加密功能通常也作为可选特征，允许用户自由选择 数据加密与解密是比较费时的操作 数据加密与解密程序会占用大量系统资源 应该只对高度机密的数据加密,6.2.3 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（例如合计、平均值等） 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）,统计数据库中特殊的安全性问题 隐蔽的信息通道 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）,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

28、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）,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）,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,