数据管理基础-ch23-25

ch23 数据库安全性

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
  • 数据库的一大特点是数据可以共享
  • 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
    • 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
• 数据库的安全性是指保护数据库以防止不合法使用所造成的数据泄露、更改或破坏
• 系统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

数据库的不安全因素

• 非授权用户对数据库的恶意存取和破坏
  • 一些黑客（Hacker）和犯罪分子在用户存取数据库时猎取用户名和用户口令，然后假冒合法用户偷取、修改甚至破坏用户数据
  • 数据库管理系统提供的安全措施主要包括用户身份鉴别、存取控制和视图等技术。
• 数据库中重要或敏感的数据被泄露
  • 黑客和敌对分子千方百计盗窃数据库中的重要数据，一些机密信息被暴露。
  • 数据库管理系统提供的主要技术有强制存取控制、数据加密存储和加密传输等。
  • 审计日志分析
• 安全环境的脆弱性
  • 数据库的安全性与计算机系统的安全性紧密联系
    • 计算机硬件、操作系统、网络系统等的安全性
  • 建立一套可信（Trusted）计算机系统的概念和标准

TCCSEC/TDI安全级别划分

TCSEC/TDI安全级别划分 1

• TCSEC/TDI安全级别划分
  • 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

TCSEC/TDI安全级别划分 2

• D级
  • 将一切不符合更高标准的系统均归于D组
• 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。
  • 现有的商业系统稍作改进即可满足
• 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
• 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
• 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
• 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
• 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。

TCSEC/TDI安全级别划分 3

• CC
  • 提出国际公认的表述信息技术安全性的结构
  • 把信息产品的安全要求分为
    • 安全功能要求
    • 安全保证要求
• C文本组成
  • 简介和一般模型
    • 有关术语、基本概念和一般模型以及与评估有关的一些框架
  • 安全功能要求
    • 列出了一系列类、子类和组件
  • 安全保证要求
    • 列出了一系列保证类、子类和组件
    • 提出了评估保证级（Evaluation Assurance Level，EAL），从EAL1至EAL7共分为七级

评估保证级	定　　义	TCSEC安全级别（近似相当）
EAL1	功能测试（functionally tested）
EAL2	结构测试（structurally tested）	C1
EAL3	系统地测试和检查（methodically tested and checked）	C2
EAL4	系统地设计、测试和复查（methodically designed tested， and reviewed）	B1
EAL5	半形式化设计和测试（semiformally designed and tested）	B2
EAL6	半形式化验证的设计和测试（semiformally verified design and tested）	B3
EAL7	形式化验证的设计和测试（formally verified design and tested）	A1

计算机系统的安全模型

• 计算机系统中，安全措施是一级一级层层设置
• 系统根据用户标识鉴定用户身份，合法用户才准许进入计算机系统
• 数据库管理系统还要进行存取控制，只允许用户执行合法操作
• 操作系统有自己的保护措施
• 数据以密码形式存储到数据库中

数据库管理系统安全性控制模型

ch24 存取控制

存取控制的组成

• 定义用户权限，并将用户权限登记到数据字典中
  • 用户对某一数据对象的操作权力称为权限
  • DBMS提供适当的语言来定义用户权限，存放在数据字典中，称为安全规则或授权规则
• 合法权限检查
  • 用户发出存取数据库操作请求
  • DBMS查找数据字典，进行合法权限检查

用户权限定义和合法权检查机制一起组成了数据库管理系统的存取控制子系统

自主存取控制 （Discretionary Access Control)

• C2级
• 用户对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
• 用户可将其拥有的存取权限转授给其他用户

自主存取控制方法1

• SQL 的 GRANT语句和REVOKE语句实现
• 用户权限组成
  • 数据库对象
  • 操作类型
• 定义存取权限称为授权
  • 定义用户存取权限：定义用户可以在那些数据库对象上进行哪些操作

自主存取控制方法2

• 关系数据库系统中存取控制对象

SQL中的授权机制

• 数据库管理员
  • 拥有所有对象的所有权限
  • 根据实际情况不同的权限授予不同的用户
• 用户：
  • 拥有自己建立的对象的全部操作权限
  • 可以使用GRANT，把权限授予其他用户
• 被授予的用户
  • 如果具有"继续授权"的许可，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可以用REVODE语句收回

GRANT 1

• GRANT语句的一般格式

  GRANT <权限>[,<权限>]...
  ON <权限类型><对象名>[,<权限类型><对象名>]...
  TO <用户>[,<用户>]...
  [WITH GRANT OPTION]
  

• 语义：将对指定操作对象的指定操作权限授予指定的用户

• 发出GRANT：

  • 数据库管理员
  • 数据库对象创建者（属主Owner）
  • 拥有该权限的用户

• 按授权限的用户

  • 一个或多个具体用户
  • PUBLIC（全体用户）

GRANT 2

• WITH GRANT OPTION子句：

  • 指定：可以再授予
  • 没有指定：不能传播

• 不允许循环授权

• [例4.1] 把查询Student表权限授予用户U1

  GRANT SELECT
  ON TABLE Student
  TO U1;
  

• [例4.2] 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4.3]把对表SC的查询权限授予所有用户

  GRANT SELECT
  ON TABLE SC
  TO PUBLIC;
  

• [例4.4]把查询Student表的和修改学生学号的权限授予用户U4

  GRANT UPDATE(Sno),SELECT
  ON TBALE Student
  TO U4;
  

• [例4.5]把对表SC的INSERT权限授予U5用户，并允许他再将次权限授予其他用户

  GRANT INSERT
  ON TABLE SC
  TO U5
  WITH GRANT OPTION;
  

• 执行例4.5后，U5不仅拥有了对表SC的INSERT权限，还可以传播此权限；

• [例4.6]

  GRANT INSERT
  ON TABLE SC
  TO U6
  WITH GRANT OPTION;
  

• [例4.7]同样，U6还可以将此权限授予U7，但U7不能再传播此权限

  GRANT INSERT
  ON TABLE SC
  TO U7;
  

REVOKE 1

授予的权限可以由数据库管理员或者其他授权这用REVOKE语句收回

• REVOKE语句的一般格式为

  REVOKE <权限>[,<权限>]...
  ON <对象类型><对象名>[,<对象类型><对象名>]...
  FROM <用户>[,<用户>]..[CASCADE|RESTRICT];
  

REVOKE 2

• [例4.8]把用户U4修改学生学号的权限收回

  REVOKE UPDATE(Sno)
  ON TABLE Student
  FROM U4;
  

• [例4.9]收回所有用户对表SC的查询权限

  REVOKE SELECT
  ON TABLE SC
  FROM PUBLIC;
  

• [例4.10]把用户U5对SC表的INSERT权限收回

  REVOKE INSERT
  ON TABLE SC
  FROM U5 CASCADE;
  

  • 将用户U5的INSERT权限收回的时候使用CASCADE,则同时收回U6或U7的INSERT权限，否则拒绝执行该语句
  • 如果U6或U7还从其他用户处获得对SC表的INSERT权限，则他们仍具有此权限，系统只收回直接或间接从U5处获得的权限

创建数据库模式的权限 1

• 数据库管理员在创建用户时实现

  CREATE USER语句格式
  CREATE USER  
  [WITH][DBA|RESOURCE|CONNECT];
  

• 注：CREATE USER不是SQL标准，各个系统的实现相差甚远

• 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和DBA

  • 如没有指定创建的新用户的权限，默认该用户拥有CONNECT权限。拥有CONNECT权限的用户不能创建新用户，不能创建模式，也不能创建基本表，只能登录数据库
  • 拥有RESOURCE权限的用户能创建基本表和视图，成为所创建对象的属主。但不能创建模式，不能创建新的用户
  • 拥有DBA权限的用户是系统中的超级用户，可以创建新的用户、创建模式、创建基本表和视图等；DBA拥有对所有数据库对象的存取权限，还可以把这些权限授予一般用户

数据库角色 1

• 数据库角色：

  被命名的一组与数据库操作相关的权限

  • 角色是权限的集合
  • 可以为一组具有相同权限的用户创建一个角色
  • 简化授权的过程

• 角色的创建

  CREATE ROLE <角色名>
  

• 给角色授权

  GRANT <>[,<>]...
  ON <>
  TO <>[,<>]...
  

数据库角色 2

• 将一个角色授予其他的角色或用户

  GRANT <>[,<>]..
  TO <>[,<>]...
  [WITH ADMIN OPTION]
  

  • 该语句把角色授予某用户，或授予另一个角色
  • 授予者是角色的创建者或拥有在这个角色上的ADMIN OPTION
  • 指定了WITH ADMIN OPTION则获得某种权限的角色或用户还可以把这种权限授予其他角色

• 一个角色的权限：直接授予这个角色的全部权限加上其他角色授予这个角色的全部权限

• 角色权限的收回

  REVOKE <>[,<>]..
  ON <>[,<>]
  FROM <>[,<>]...
  

• 用户可以回收角色的权限从而修改角色拥有的权限

• REVOKE执行者时

  • 角色的创建者
  • 拥有在这个角色上的ADMIN OPTION

数据库角色 3

• [例4.11]通过角色来实现将一组权限授予一个用户

  • 创建角色R1

    CREATE ROLE R1;
    

  • 使用GRANT语句，使角色R1拥有Student表的SELCT、UPDATE、INSERT权限

    GRANT SELECT.UPDATE,INSERT
    ON TABLE Student
    TO R1；
    

  • 将这个角色授予王平，张明，赵玲。使他们具有角色R1所包含的全部权限

    GRANT R1
    TO 王平，张明，赵玲；
    

  • 可以一次性通过R1来回收王平的这3个权限

    REVOKE R1
    FROM 王平
    

数据库角色 4

• [例4.12]角色权限修改

  GRANT DELETE
  ON TABLE Student
  TO R1；
  

  • 使角色R1增加了DELETE权限

• [例4.13]使R1减少了SELECT权限

  REVOKE SELECT
  ON TABLE Student
  FROM R1；
  

自主存取控制缺点

• 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

强制存取控制

• 强制存取控制（Mandatory Access Control，简称 MAC）

  • B1级别，保证更高程度的安全性
  • 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
  • 用户不能直接感知或进行控制
  • 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

• 实体

  在强制存取控制中，数据库管理系统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
    • 数据库管理系统所管理的实际用户
    • 代表用户的各进程
  • 客体是系统中的被动实体，受主体操纵
    • 文件、基本表、索引、视图

• 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，TS）
    • 机密（Secret，S）
    • 可信（Confidential，C）
    • 公开（Public，P）
    • TS>=S>=C>=P
  • 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）

• 强制存取控制规则

  • 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
  • 仅当主体的许可证级别小于或等于客体的密级时，该主体才能写相应的客体
  • 强制存取控制（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。

  DAC + MAC

  • 实现强制存取控制时要首先实现自主存取控制
    • 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
  • 自主存取控制与强制存取控制共同构成数据库管理系统的安全机制，先进行自主存取控制检查，通过自主存取控制检查的数据对象再由系统进行强制存取控制检查，只有通过强制存取控制检查的数据对象方可存取。

  ch25 视图机制、审计、数据加密及其他

视图机制

视图机制 1

• 把要保密的数据对无权存取这些数据的用户隐藏起来，对数据提供一定程度的安全保护
• 间接地实现支持存取谓词的用户权限定义

视图机制 2

• [例4.14] 建立计算机系学生的视图，把对该视图的SELECT权限授于王平，把该视图上的所有操作权限授于张明

  CS_Student
  CREATE VIEW CS_Student
  AS
  SELECT *
  FROM Student
  WHERE Sdept = 'CS';
  

  GRANT SELECT
  ON CS_Student
  TO 王平；
  
  GRANT ALL PRIVILIGES
  ON CS_Student
  TO 张明；
  

审计

• 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
  • 审计员利用审计日志监控数据库中的各种行为，找出非法存取数据的人、时间和内容
  • 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
  • 审计功能主要用于安全性要求较高的部门

• 服务器事件

  审计数据库服务器发生的事件

  • 系统权限
    • 对系统拥有的结构或模式对象进行操作的审计
    • 要求该操作的权限是通过系统权限获得的
  • 语句事件
    • 对SQL语句，如DDL,DML,DQL及DCL语句的审计
  • 模式对象事件
    • 对特定模式对象上进行的SELECT或DML操作的审计

• 审计功能

  • 基本功能
  • c多套审计规则：一般在初始化设定
  • 提供审计分析和报表功能
  • 审计日志管理功能
    • 防止审计员误删审计记录，审计日志必须先转储后删除
    • 对转储的审计记录文件提供完整性和保密性保护
    • 只允许审计员查阅和转储审计记录，不允许任何用户新增和修改审计记录等
  • 提供查询审计设置及审计记录信息的专门视图

• 审计级别

  • 用户级审计
    • 任何用户可设置的审计
    • 主要是用户针对自己创建的数据库表和视图进行审计
  • 系统级审计
    • 只能由数据库管理员设置
    • 监测成功或失败的登录要求、监测授权和收回操作以及其他数据库级权限下的操作

审计语句

• AUDIT语句和NOAUDIT语句

  • AUDIT语句：设置审计功能
  • NOAUDIT语句：取消审计功能

• [例4.15] 对修改SC表结构或修改SC表数据的操作进行审计

  AUDIIT ALTER,UPDATE
  ON SC;
  

• [例4.16] 取消对SC表的一切审计

  NOAUDIT ALTER,UPDATE
  ON SC;
  

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—明文（Plain text）变换为不可直接识别的格式­—密文（Cipher text）

• 加密方法

  • 存储加密
  • 传输加密

• 存储加密

  • 透明存储加密
    • 内核级加密保护方式，对用户完全透明
    • 将数据在写到磁盘时对数据进行加密，授权用户读取数据时再对其进行解密
    • 数据库的应用程序不需要做任何修改，只需在创建表语句中说明需加密的字段即可
    • 内核级加密方法: 性能较好，安全完备性较高
  • 非透明存储加密
    • 通过多个加密函数实现

• 传输加密

  • 链路加密
    • 在链路层进行加密
    • 传输信息由报头和报文两部分组成
    • 报文和报头均加密
  • 端到端加密
    • 在发送端加密，接收端解密
    • 只加密报文不加密报头
    • 所需密码设备数量相对较少，容易被非法监听者发现并从中获取敏感信息

其他安全性保护

• 推理控制
  • 避免用户利用能够访问的数据推知更高密级的数据
• 隐蔽信道
  • 间接数据传递
• 数据隐私保护
  • 描述个人控制其不愿他人知道或他人不便知道的个人数据的能力
  • 范围很广：数据收集、数据存储、数据处理和数据发布等各个阶段