第9章 数据库安全性 概述 安全性控制 统计数据库安全性 Oracle数据安全性措施

一. 数据库破坏类型 二. 各种类型的保护措施 ① System Failure； ② Concurrency Execution引起数据不一致； ③ 人为破坏； ④ 对数据操作引入的数据错误。 二. 各种类型的保护措施 ① System Failure ── 故障恢复； ② Concurrency Execution引起数据不一致 ── 并发控制； ③ 人为破坏 ── 数据库安全； ④ 对数据操作引入的数据错误 ── 数据库完整性。

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。

9.1 计算机安全性概论 什么是数据库的安全性 指保护数据库以防止不合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 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。

9.1.1 计算机系统的三类安全性问题 什么是计算机系统安全性 计算机安全涉及问题 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 犯罪学 心理学

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。 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、丢失等安全问题。 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。

设置安全措施 环境级：对机房和设备加以保护，防止物理破坏。 职员级：加强管理，正确授予访问数据库的权限。 操作系统级：防止未经授权的人员从操作系统层访问数据库。 网络级：通过网络访问数据库，网络软件内部的安全性很重要。 数据库系统级：验证用户身份的合法性，检验用户数据库操作权限是否正确。

9.1.2 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 《 DoD可信计算机系统评估标准》 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。 TDI《可信计算机系统评估标准关于可信数据库系统的解释》 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。

TCSEC/TDI安全级别划分 TDI/TCSEC标准的基本内容 TDI从四个方面来描述安全性级别划分的指标 安 全 级 别 定 义 A1 ● 安全策略 ● 责任 ● 保证 ● 文档 TCSEC/TDI安全级别划分 安 全 级 别 定 义 A1 验证设计（Verified Design） B3 安全域（Security Domains） B2 结构化保护（Structural Protection） B1 标记安全保护（Labeled Security Protection） C2 受控的存取保护（Controlled Access Protection） C1 自主安全保护（Discretionary Security Protection） D 最小保护（Minimal Protection）

9.2 数据库安全性控制 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； 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。

安全性控制层次 高 低 应用 DBMS OS DB 方法： 存取控制 审计 视图 用户标识 和鉴定 操作系统 安全保护 密码存储

9.2.1 用户标识与鉴别(Identification & Authentication) 系统提供的最外层安全保护措施 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 每个用户预先约定好一个计算过程或者函数 简单易行，容易被人窃取 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

智能卡 内置集成电路的芯片，存有与用户身份相关的数据。 专门的设备生产，专用的读卡器，硬件不可复制。 许多系统要卡和身份识别码（PIN）同时使用。 内存扫描或网络监听等可截取信息。

主体特征鉴别 人体唯一的、可靠的、稳定的生物特征（指纹、虹膜、脸部、掌纹等） 成本较高 识别率有待提高

9.2.2 存取控制 存取控制机制的组成 定义存取权限 检查存取权限 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。

GRANT SELECT ON TABLE STUDENT TO U1 WITH GRANT OPTION; GRANT UPDATE ON TABLE COURSE TO U1; GRANT ALL PRIVILIGES ON TABLE STUDENT TO U2;

自主存取控制（Discretionary Access Control ，简称DAC） 常用存取控制方法 自主存取控制（Discretionary Access Control ，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 强制存取控制（Mandatory Access Control，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

9.2.3 自主存取控制(DAC)方法 定义存取权限 关系系统中的存取权限 存取权限由两个要素组成 数据对象 操作类型 数据对象 操作类型 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

关系系统中的存取权限 定义方法: GRANT/REVOKE 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

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。 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。

自主存取控制小结 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 例如：甲将自己权限范围内的某些数据存取权限授权给乙，甲的意图只允许乙本人操纵这些数据，但是乙可以将数据备份，并可以在不征得甲同意的前提下转播副本。

9.2.4 强制存取控制(MAC)方法 什么是强制存取控制 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

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 基本表 索引 视图 对于主体和客体，DBMS为它们每个实例指派一个敏感度标记（Label） 绝密（Top Secret） 机密（Secret） 可信（Confidential） 公开（Public）

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。 修正规则 主体的许可证级别 <=客体的密级时，主体能写客体； 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 强制存取控制的特点 禁止了拥有高许可证级别的主体更新低密级的数据对象 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 + MAC安全检查示意图 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。 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

9.2.5 视图机制 将要保密的数据对无权存取这些数据的用户隐藏起来 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：王平只能检索学生表(student)中计算机系(CS)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 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 ；

9.2.6 审计(Audit) 什么是审计 审计功能的可选性 启用一个专用的审计日志（Audit Log）记录用户对数据库的所有操作 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。 一般用于安全性要求较高的部门。

9.2.7 数据加密 数据加密 加密的基本思想 防止数据库中数据在存储和传输中失密的有效手段 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）

9.3 统计数据库安全性 统计数据库中特殊的安全性问题 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 统计数据库的特点 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

规则1：任何查询至少要涉及N(N足够大)个以上的记录 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

规则2：任意两个查询的相交数据项不能超过M个 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

9.4 Oracle数据库的安全性措施 ORACLE的安全措施: 用户标识和鉴定 授权和检查机制 系统权限 数据库对象的权限 审计技术 允许用户重复标识三次，如果三次仍未通过，系统自动退出。 授权和检查机制 系统权限 数据库对象的权限 审计技术 用户级审计 系统级审计 用户通过触发器灵活定义自己的安全性措施

数据库安全性小结 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。 《可信计算机系统评测标准》TCSEC/TDI是目前各国所引用或制定的一系列安全标准中最重要的一个。 CSEC/TDI从安全策略、责任、保证和文档四个方面描述了安全性级别的指标。

实现数据库系统安全性的技术和方法有多种，较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B1。 C2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。 视图机制与授权机制配合使用。