数据库原理第四章数据库安全性.ppt

数据库系统概论 An Introduction to Database System 第四章 数据库安全性,第四章 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）,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。 各系统安全性之间是相互紧密联系、相互支持的 数据库安全的重要性,第四章 数据库安全性,4.1 计算机安全性概述 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,4.1.1 计算机系统的三类安全性问题 4.1.2 安全标准简介,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,4.1.2 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),安全标准简介（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。,安全标准简介（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。,安全标准简介（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,安全标准简介（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）,安全标准简介（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）,安全标准简介（续）,R4 文档（Documentation） R4.1 安全特性用户指南（Security Features User's 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）,安全标准简介（续）,TCSEC/TDI安全级别划分,安全标准简介（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所有保护要求，同时提供更多或更完善的保护能力。,安全标准简介（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,安全标准简介（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。,安全标准简介（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,安全标准简介（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,安全标准简介（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,安全标准简介（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,安全标准简介（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,安全标准简介（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,安全标准简介（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。,安全标准简介（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。,安全标准简介（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。,安全标准简介（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。,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 4.7 小结,4.2 数据库安全性控制,4.2.1 用户标识与鉴别 4.2.2 存取控制 4.2.3 自主存取控制方法 4.2.4 授权与回收 4.2.5 数据库角色 4.2.6 强制存取控制方法,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,4.2.1 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,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,4.2.2 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,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,4.2.3自主存取控制方法,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,谁定义？ DBA和表的建立者（即表的属主） 如何定义？ SQL语句： GRANT REVOKE,一 授 权 (GRANT),GRANT语句的一般格式： GRANT ,. ON TO ,. WITH GRANT OPTION; 谁定义？DBA和表的建立者（即表的属主） GRANT功能：将对指定操作对象的指定操作权限授予指定的用户。,(1) 用户的权限,建表（CREATETAB）的权限:属于DBA DBA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）,(2) 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能使用该权限，不能传播该权限。 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4,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： 例6 GRANT 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,例题（续）,例6 DBA把在数据库S_C中建立表的权限授予用户U8 GRANT CREATETAB ON DATABASE S_C TO U8;,二 收回权限(REVOKE),REVOKE语句的一般格式为： REVOKE ,. ON FROM ,.; 功能：从指定用户那里收回对指定对象的指定权限,例题,例8 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9 收回所有用户对表SC的查询权限 REVOKE SELECT ON TABLE SC FROM PUBLIC;,例题（续）,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,对数据库模式的授权由DBA在创建用户时授权 CREATE USER格式 CREATE USER WITHDBA|RESOURCE|CONNECT,4.2.5数据库角色,数据库角色是被命名的一组与数据库操作相关的权限,是权限的集合 角色的创建 CREATE ROLE 给角色授权 将一个角色授予其他的角色或用户 角色权限的回收,4.2.6 强制存取控制方法,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安全检查示意图 SQL语法分析 & 语义检查 DAC 检 查 安全检查 MAC 检 查 继 续,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（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 Student 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 ；,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（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,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）,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,