四章数据库安全.ppt

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1、第四章 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,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。,问题的提出,什么是数据库的安全性

2、什么是数据的保密,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。,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。,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,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。 计算机安全涉及问题 计算机系统本身的技术问题 管理问题 法学计算机安全法律 犯罪学 心理学,计算机安全理论与策略 计算机安全技术,安全管理 安全评价 安全产品,计算机

3、犯罪与侦察 安全监察,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,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,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。,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,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 安全标准介绍,计算机以及信息安全技术方面有一系列的安全标准，最有影响的是： TCSEC

4、 (桔皮书) TDI (紫皮书),1985年美国国防部（DOD）正式颁布的 DOD可信计算机系统评估准则,1991年4月美国国家计算机安全中心（NCSC）颁布了 可信计算机系统评估准则关于可信数据库系统的解释（ Trusted Database Interpretation 简称TDI），将TCSEC扩展到数据库管理系统。,TCSEC/TDI安全级别划分,可信计算机系统评测标准,四组(division)七个等级； 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

5、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,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 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,C2级 安全产品的最低档次 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 达到C2级的产品在其名称中往往不突出“安全”(Security)这一特色 典型例子 操作系统 Microsoft的Windows NT 3.

6、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,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（MAC）、审计等安全机制 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 Se

7、rver 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,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 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,B3级 安

8、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。 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。 B2以上的系统 还处于理论研究阶段 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。,4.2 数据库安全性控制,在一般计算机系统中，安全措施是一级一级层层设置的。如：,4.2.1 用户标识与鉴别(Identification & Authentication）,是系统提供的最外层安全保护措施。 基本方法: 系统提供一

9、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 用一个用户名或者用户标识号来标明用户身份。 口令,用户标识和鉴定可以重复多次,4.2.2 存取控制,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，同时令所有未授权的人员无法接近数据。这主要是通过DBMS提供的存取控制机制实现的。,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。这些定义放在数据字典中，被称为安全规则或授权规则。,对于通过鉴定获得上机权的用户（即合法用户），系

10、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,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,存取控制机制主要包括两部分： 定义存取权限 合法权限检查,常用存取控制方法 自主存取控制（简称DAC） C2级 灵活,强制存取控制（简称 MAC） B1级 严格,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,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,4.2.3 自主存取控制（DAC）方法,大型数据库管理系统几

11、乎都支持自主存取控制，标准SQL用GRANT语句和REVOKE来实现自主存取控制。 存取权限由两个要素组成 数据对象 操作类型,表4.3 关系数据库系统中的存取权限,自主存取控制方法的优缺点,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 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,4.2.4 授权与回收,一、授权： GRANT GRANT语句的一般格式： GRANT ,. ON TO ,. WITH GRANT OPTION; 功能：将对指定操作对象的指定操作

12、权限授予指定的用户。 接受权限的用户可以是一个或多个具体用户或PUBLIC（全体用户） 谁定义？DBA和表的建立者（即表的属主）也可以是已经拥有该权限的用户。 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。 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。 不允许循环授权。,例1 把查询Student表权限授给用户U1 GRANT SELECT ON TABLE Student TO U1; 例2 把对Student表和Course表的全部权限授予用户U2和U3 GRANT ALL PRIV

13、ILIGES ON TABLE Student, Course TO U2, U3; 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; 例6 DBA把在数据库S_C中建立表的权限授予用户U8 GR

14、ANT CREATETAB ON DATABASE S_C TO U8;,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6GRANT 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 U7,二、收回权限 REVOKE,一般格式： REVOKE ,. ON FROM ,.; 功能：从指定用户那里收回对指定对象的指定权限,例8 把用户U4修改学生学号的权限收回 REVOKE UPDATE

15、(Sno) ON TABLE Student FROM U4; 例9 收回所有用户对表SC的查询权限 REVOKE SELECT ON TABLE SC FROM PUBLIC;,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 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、创建数据库模式的权限,一般格式： CREATE USER withDBA RESOURCE|CONNECT; 说明：

16、只有系统超级用户才有权创建一个新的数据库用户。 新创建的数据库用户有三种权限RESOURCE、CONNECT和DBA。 CREATE USER命令中如果没有指定创建新用户的权限，默认该用户拥有CONNECT权限。,表4.6 权限与可执行的操作对照表,4.2.5 数据库角色,数据库角色是被命名的一组与数据库相关的权限，角色是权限的集合。因此可以为一组具有相同权限的用户创建一个角色，使用角色来管理数据库权限可以简化授权的过程。,一、角色的创建 GREATE BOLE ； 二、给角色授权 GRANT ,. ON TO ,.;,三、将一个角色授予其他角色或用户 GRANT ,. TO ,.WITH G

17、RANT OPTION； 四、角色权限的收回 REVOKE ,. ON FROM ,.;,4.2.6 强制存取（MAC）控制方法,一、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,二、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

18、图,三、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）,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（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。,四、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

19、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。,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。,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,五、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,DAC与MAC DAC与MAC共同构成DBMS的安全机制 原

20、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。,4.3 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。,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,例14 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

21、 AS SELECT FROM Student WHERE Sdept=CS； 在视图上进一步定义存取权限 GRANT SELECT ON CS_Student TO 王平 ；,4.4 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。 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,4.5 数据加密,数据加密 防止数据库中

22、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。 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）。,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。 有些数据库产品本身未提供加密程序，但提供了接口

23、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,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（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,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

24、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,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,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 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,