数据库系统概论 第4章 数据库安全性.ppt

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1、数据库系统概论An Introduction to Database System第4章 数据库安全性,内容概述,介绍计算机以及信息安全技术标准的进展。详细讲解数据库安全性问题和实现技术。RDBMS实现数据库系统安全性的技术和方法有多种，本章讲解最重要的存取控制技术、视图技术和审计技术。讲解存取控制机制中用户权限的授权与回收，合法权限检查。数据库角色的概念和定义等。,本章目标,掌握什么是数据库的安全性问题，牢固掌握数据库管理系统实现数据库安全性控制的常用方法和技术。,重点和难点,重点：使用SQL中的GRANT 语句和 REVOKE 语句来实现数据库的自主存取控制功能。掌握视图机制在数据库安全保

2、护中的作用。,难点：强制存取控制（MAC）机制中确定主体能否存取客体的存取规则，同学们要理解并掌握存取规则为什么要这样规定。,第4章 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

3、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。,第4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4.7 小结,4.1 计算机安全性概论,一、计算机系统的三类安全性问题 二、安全标准简介,一、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

4、，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。,

5、计算机系统的三类安全性问题（续）,管理安全由于管理不善导致的计算机设备和数据介质的物理破坏、丢失等软硬件意外故障以及场地的意外事故等安全问题,计算机系统的三类安全性问题（续）,政策法律类指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 计算机安全性概论,一、计算机系统的三类安全性问题 二、安全标准简介,二、安全标准简介,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)ITSEC（Information Technology Security Evaluation Criteria，欧洲的信息技术安全评估准则）C

6、TCPEC（加拿大的可信计算机产品评估准则）FC（美国的信息技术安全联邦标准）CC（Common Criteria，2.1版99年被ISO采用）,信息产品安全性的主要标准,小组讨论,TCSEC（桔皮书）,1985年美国国防部（DoD）正式颁布 DoD可信计算机系统评估标准（Trusted Computer System Evaluation Criteria，简称TCSEC或DoD85简称TCSEC或DoD85）,TDI（紫皮书）,1991年4月美国CSC（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 Iterpretatio 简称

7、TDI），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。它将TCSEC扩展到数据库管理系统。,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）,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证文档,此部分内容不讲，自己看,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 A

8、ccess 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（Do

9、cumentation）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

10、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

11、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 7Sybase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（MAC）、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 4.0.9+数据库Oracle公司的

12、Trusted Oracle 7Sybase公司的Secure SQL Server version 11.0.6Informix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,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

13、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

14、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。,4.2 数据库安全性控制,一、数据库安全性控制概述二、用户标识与鉴别三、存取控制四、自主存取控制方法五、强制存取控制方法,一、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

15、，于是他：,然后查用自己替换张三后这组人的平均工资,首先查询包括张三在内的一组人的平均工资,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与鉴别存取控制视图审计密码存储,二、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,二、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

16、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,三、存取控制,存取控制机制的功能 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。存取控制机制主要包括两部分：定义用户权限，并将用户权限登记到数据字典中 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）,定义存取权限在数据库系统中

17、，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(MAC),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,强制存取控制方法(MAC),

18、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,四、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）,SELECT,INSERT,UPDATE,REFERENCES,ALL PRIVILEGES,SELECT,INSERT,UPDATE,DELETE,REFERENCES,ALL PRIVILEGES,CREATE INDEX,CREATE VIEW,CREATE SCHEMA,CREATE TABLE,ALTER TABLE,自主存取控制方法（续）,关系系统中的存取权

19、限(续)定义方法GRANT/REVOKE,授 权,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权限授予指定用户,(2)用户的权限,建表（CREATE TABLE）的权限:属于DBADBA授予-普通用户基本表或视图的属主拥有对该表或视图的一切操作权限接受权限的用户:一个或多个具体用户 PUBLIC（全体用户）,(3)WITH GRANT OPTION子句,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

20、能使用该权限，不能传播该权限SQL标准允许具有WITH GRANT OPTION的用户把相应权限或其子集传递授予其他用户，但不允许循环授权。,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

21、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;,对属性列的授权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：GRANT INSERT ON TABLE SC TO U6 WITH GRANT OPTION;同样，U6还可以将此权限授予U

22、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6 DBA把在数据库S_C中建立表的权限授予用户U8GRANT CREATE TABLEON DATABASE S_C TO U8;,SQL收回权限的功能,REVOKE语句的一般格式为：REVOKE,.ON FROM,.CASCADE|RESTRICT;功能：从指定用户那里收回对指定对象的指定权限,例题,例7 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8 收回所有用户对表SC的查询权

23、限REVOKE SELECT ON TABLE SC FROM PUBLIC;,例题（续）,例9 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,小结:SQL灵活的授权机制,DBA拥有对数据库中所有对象的所有权限，并可以根据应用的需要将不同的权限授予不同的用户。用户对自己建立的基本表和视图拥有全部的操作权限，并且可以用GRANT语句把其中某些权限授予其他用户。被授

24、权的用户如果有“继续授权”的许可，还可以把获得的权限再授予其他用户。所有授予出去的权力在必要时又都可以用REVOKE语句收回。,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：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

25、 Sname=张明霞 张明霞 关系 Course ALL 空,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，系统定义与检查权限的开销也会相应地增大。缺点：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。,创建数据库模式的权限,对数据库模式的授权由DBA在创建用户时实现 CREATE USER WITH DBA/RESOURCE/CONNECT,只有系统的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：CONNECT RESOURCE DBA,创建数据库模式的权限,数据库角色,被命名的一组与数据库操作相

26、关的权限，角色是权限的集合角色的创建 CREATE ROLE；给角色授权 GRANT，ON 对象名 TO，；,数据库角色,将一个角色授予其他的角色或用户 GRANT，TO，WITH ADMIN OPTION 角色权限的收回 REVOKE，ON 对象名 FROM，；,五、强制存取控制方法（MAC）,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,强制存取控制方法（续）,主体与客体在MAC中，DBMS所

27、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

28、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,强制存取控制方法（

29、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安全检查示意图 SQL语法分析&语义检查 DAC 检 查 安全检查 MAC 检 查 继 续语义检查,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

30、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_StudentCREATE VIEW CS_StudentAS 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（

31、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。,强制性机制:用户标识与鉴别、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

32、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,4.3 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

33、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

34、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,4.5 小结,随着计算机网络的发展，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。,小结（续）,实现数据库系统安全性的技术和方法有多种，最重要的是存取控制技术和审计技术。目前许多大型DBMS 达到了C2级，其安全版本达到了B1C2级的DBMS必须具有自主存取控制功能和初步的审计功能B1级的DBMS必须具有强制存取控制和增强的审计功能自主存取控制功能一般是通过SQL 的GRANT语句和REVOKE语句来实现的,下课了。,休息一会儿。,认真,