數(shù)據(jù)庫安全機(jī)制

1、數(shù)據(jù)庫安全機(jī)制數(shù)據(jù)庫安全機(jī)制是用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的各種安全策略的功能集合，正是由這些安全機(jī)制來實(shí)現(xiàn)安全模型, 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全的目標(biāo)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全機(jī)制如圖所示：用戶標(biāo)識(shí)與鑒別用戶標(biāo)識(shí)是指用戶向系統(tǒng)出示自己的身份證明，最簡(jiǎn)單的方法是輸入用戶ID和密碼。標(biāo)識(shí)機(jī)制用于惟一標(biāo)志進(jìn)入系統(tǒng)的每個(gè)用戶的身份，因此必須保證標(biāo)識(shí)的惟一性。鑒別是指系統(tǒng)檢查驗(yàn)證用戶的身份證明， 用于檢驗(yàn)用戶身份的合法性。標(biāo)識(shí)和鑒別功能保證了只有合法的用戶才能存取系統(tǒng)中的資源。由于數(shù)據(jù)庫用戶的安全等級(jí)是不同的，因此分配給他們的權(quán)限也是不一樣的，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須建立嚴(yán) 格的用戶認(rèn)證機(jī)制。身份的標(biāo)識(shí)和鑒別是DBMS對(duì)訪問者授權(quán)的

2、前提，并且通過審計(jì)機(jī)制使DBMS保留追究用戶行為責(zé)任的能力。功能完善的標(biāo)識(shí)與鑒別機(jī)制也是訪問控制機(jī)制有效實(shí)施的基礎(chǔ)，特別是在一個(gè)開 放的多用戶系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，識(shí)別與鑒別用戶是構(gòu)筑DBMS安全防線的第1個(gè)重要環(huán)節(jié)。近年來一些實(shí)體認(rèn)證的新技術(shù)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成中得到應(yīng)用。目前，常用的方法有通行字認(rèn)證、數(shù)字 證書認(rèn)證、智能卡認(rèn)證和個(gè)人特征識(shí)別等。通行字也稱為 口令”或密碼”它是一種根據(jù)已知事物驗(yàn)證身份的方法，也是一種最廣泛研究和使用的 身份驗(yàn)證法。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中往往對(duì)通行字采取一些控制措施，常見的有最小長(zhǎng)度限制、次數(shù)限定、選擇 字符、有效期、雙通行字和封鎖用戶系統(tǒng)等。一般還需考慮通行字的分配和管理，

3、以及在計(jì)算機(jī)中的安全 存儲(chǔ)。通行字多以加密形式存儲(chǔ)，攻擊者要得到通行字，必須知道加密算法和密鑰。算法可能是公開的， 但密鑰應(yīng)該是秘密的。也有的系統(tǒng)存儲(chǔ)通行字的單向Hash值，攻擊者即使得到密文也難以推出通行字的明文。數(shù)字證書是認(rèn)證中心頒發(fā)并進(jìn)行數(shù)字簽名的數(shù)字憑證，它實(shí)現(xiàn)實(shí)體身份的鑒別與認(rèn)證、信息完整性驗(yàn) 證、機(jī)密性和不可否認(rèn)性等安全服務(wù)。數(shù)字證書可用來證明實(shí)體所宣稱的身份與其持有的公鑰的匹配關(guān)系， 使得實(shí)體的身份與證書中的公鑰相互綁定。智能卡(有源卡、IC卡或Smart卡)作為個(gè)人所有物，可以用來驗(yàn)證個(gè)人身份，典型智能卡主要由微 處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、安全邏輯及運(yùn)算處理器等組成。在智能

4、卡中引入了認(rèn)證的概念，認(rèn)證是 智能卡和應(yīng)用終端之間通過相應(yīng)的認(rèn)證過程來相互確認(rèn)合法性。在卡和接口設(shè)備之間只有相互認(rèn)證之后才 能進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫操作，目的在于防止偽造應(yīng)用終端及相應(yīng)的智能卡。根據(jù)被授權(quán)用戶的個(gè)人特征來進(jìn)行確證是一種可信度更高的驗(yàn)證方法，目前已得到應(yīng)用的個(gè)人生理特 征包括指紋、語音聲紋(voice- print )、DNA、視網(wǎng)膜、虹膜、臉型和手型等。訪問控制1.1.2.1 概述訪問控制的目的是確保用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫只能進(jìn)行經(jīng)過授權(quán)的有關(guān)操作。在存取控制機(jī)制中，一般把被訪 問的資源稱為 “客體”，把以用戶名義進(jìn)行資源訪問的進(jìn)程、事務(wù)等實(shí)體稱為 “主體 ”。 傳統(tǒng)的存取控制機(jī)制有兩種， 即

5、DAC（ Discretionary Access Control ，自主存取控制） 和 MAC（ Mandatory Access Control，強(qiáng)制存取控制）。近年來，RBAC （Role-based Access Control,基于角色的存取控制）得到了廣泛的關(guān)注。1.1.2.2 數(shù)據(jù)訪問級(jí)別和類型DBMS中的安全系統(tǒng)必須具有伸縮性以便為各種數(shù)據(jù)級(jí)別授權(quán)。數(shù)據(jù)級(jí)別有以下幾種：整個(gè)數(shù)據(jù)庫、單個(gè)關(guān)系表（所有行和所有列）、關(guān)系表中特定列（所有行）、關(guān)系表中的特定行（所有列）以及關(guān)系表的 特定行和特定列。數(shù)據(jù)的所有訪問模式和類型如下： 插入或建立。在文件中添加數(shù)據(jù)，不銷毀任何數(shù)據(jù)。 讀取。用

6、戶可通過應(yīng)用程序或數(shù)據(jù)庫查詢，將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫復(fù)制到用戶環(huán)境。 更新。編寫更新值。刪除。刪除和銷毀特定數(shù)據(jù)庫對(duì)象。 移動(dòng)。移動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)象，但沒有讀取內(nèi)容的權(quán)限。 執(zhí)行。使用執(zhí)行需要的權(quán)限，運(yùn)行程序或過程。 確認(rèn)存在性。確認(rèn)數(shù)據(jù)庫是否存在特定數(shù)據(jù)庫對(duì)象。1.1.2.3 任意控制（ DAC ）采用該方法以若干種指派模式授予各個(gè)用戶訪問特定數(shù)據(jù)項(xiàng)的權(quán)限或權(quán)力。基于權(quán)限說明，用戶能以 讀取、更新、插入或刪除模式隨意訪問數(shù)據(jù)項(xiàng)。建立數(shù)據(jù)庫對(duì)象的用戶自動(dòng)得到此對(duì)象的所有訪問權(quán)限， 包括將此對(duì)象的權(quán)限再授予他人。在授予或撤消訪問權(quán)限時(shí)，有兩種主要級(jí)別： 數(shù)據(jù)庫對(duì)象：數(shù)據(jù)項(xiàng)或數(shù)據(jù)元素，一般是基本表或視圖 用戶：可

7、以用一些授權(quán)標(biāo)識(shí)符識(shí)別的單個(gè)用戶或用戶組 授權(quán)通常都是在這兩種級(jí)別上進(jìn)行。1. 授權(quán)DBMS提供了功能強(qiáng)大的授權(quán)機(jī)制，它可以給用戶授予各種不同對(duì)象（表、視圖、存儲(chǔ)過程等）的不同 使用權(quán)限（如 Select、 update 、 insert、 delete 等）。在用戶級(jí)別，可以授予數(shù)據(jù)庫模式和數(shù)據(jù)操縱方面的以下幾種授權(quán)，包括：創(chuàng)建和刪除索引、創(chuàng)建新 關(guān)系、添加或刪除關(guān)系中的屬性、刪除關(guān)系、查詢數(shù)據(jù)、插入新數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)等。在數(shù)據(jù)庫對(duì)象級(jí)別，可將上述訪問權(quán)限應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫、基本表、視圖和列等。2. 數(shù)據(jù)庫角色 如果要給成千上萬個(gè)雇員分配許可，將面臨很大的管理難題，每次有雇員到來或者離開時(shí)

8、，就得有人分配或去除可能與數(shù)百張表或視圖有關(guān)的權(quán)限。這項(xiàng)任務(wù)很耗時(shí)間而且非常容易出錯(cuò)。即使建立SQL 過程來幫忙，也幾乎需要時(shí)時(shí)去維護(hù)。一個(gè)相對(duì)特別簡(jiǎn)單有效的解決方案就是定義數(shù)據(jù)庫角色。數(shù)據(jù)庫角色是 被命名的一組與數(shù)據(jù)庫操作相關(guān)的權(quán)限，角色是一組相關(guān)權(quán)限的集合。因此，可以為一組具有相同權(quán)限的 用戶創(chuàng)建一個(gè)角色，使用角色來管理數(shù)據(jù)庫權(quán)限可以簡(jiǎn)化授權(quán)的過程。先創(chuàng)建一個(gè)角色，并且把需要的許可分配給角色，而不是分配給個(gè)人用戶，然后再把角色分配給特定 用戶。當(dāng)有新的雇員到來時(shí)，把角色添加給用戶就提供了所有必要的權(quán)限。授權(quán)管理機(jī)制如圖 4-3 所示。用戶用戶 用戶 用戶1.124強(qiáng)制控制（MAC）強(qiáng)制訪問

9、控制模型基于與每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)和每個(gè)用戶關(guān)聯(lián)的安全性標(biāo)識(shí)（Security Label）。安全性標(biāo)識(shí)被分為若干級(jí)別：絕密（Top Secret）、機(jī)密（Secret卜秘密（Confidential）、一般（Public）。數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)稱為密級(jí) （Security Classification），用戶的標(biāo)識(shí)稱為許可級(jí)別證（Security Clearanee）。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)運(yùn)行的程序繼承用戶的許可證級(jí)別，也可以說，用戶的許可證級(jí)別不僅僅應(yīng)用 于作為人的用戶，而且應(yīng)用于該用戶運(yùn)行的所有程序。當(dāng)某一用戶以某一密級(jí)進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，在確定該用戶 能否訪問系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)遵守如下規(guī)則：當(dāng)且僅當(dāng)用戶許可證級(jí)別大

10、于等于數(shù)據(jù)的密級(jí)時(shí)，該用戶才能對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行讀操作。 當(dāng)且僅當(dāng)用戶的許可證級(jí)別小于或等于數(shù)據(jù)的密級(jí)時(shí)，該用戶才能對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行寫操作。第二條規(guī)則表明用戶可以為其寫入的數(shù)據(jù)對(duì)象賦予高于自己許可證級(jí)別的密級(jí)，這樣的數(shù)據(jù)被寫入后 用戶自己就不能再讀該數(shù)據(jù)對(duì)象了。這兩種規(guī)則的共同點(diǎn)在于它們禁止了擁有高級(jí)許可證級(jí)別的主體更新 低密級(jí)的數(shù)據(jù)對(duì)象，從而防止了敏感數(shù)據(jù)的泄露。1.125基于角色的存取控制（RBAC）RBAC在主體和權(quán)限之間增加了一個(gè)中間橋梁一一角色。權(quán)限被授予角色，而管理員通過指定用戶為特定角色來為用戶授權(quán)。從而大大簡(jiǎn)化了授權(quán)管理，具有強(qiáng)大的可操作性和可管理性。角色可以根據(jù)組織中 的不同工作創(chuàng)建，

11、然后根據(jù)用戶的責(zé)任和資格分配角色，用戶可以輕松地進(jìn)行角色轉(zhuǎn)換。而隨著新應(yīng)用和 新系統(tǒng)的增加，角色可以分配更多的權(quán)限，也可以根據(jù)需要撤銷相應(yīng)的權(quán)限。RBAC核心模型包含了 5個(gè)基本的靜態(tài)集合，即用戶集（users）、角色集（roles）、特權(quán)集？（ perms）（包 括對(duì)象集（objects）和操作集（operators），以及一個(gè)運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)維護(hù)的集合，即會(huì)話集（sessio ns）,如圖1-1所示。用戶集包括系統(tǒng)中可以執(zhí)行操作的用戶，是主動(dòng)的實(shí)體；對(duì)象集是系統(tǒng)中被動(dòng)的實(shí)體，包含系統(tǒng)需要 保護(hù)的信息；操作集是定義在對(duì)象上的一組操作，對(duì)象上的一組操作構(gòu)成了一個(gè)特權(quán)；角色則是RBAC模型的核心，

12、通過用戶分配（UA）和特權(quán)分配（PA）使用戶與特權(quán)關(guān)聯(lián)起來。RBAC屬于策略中立型的存取控制模型，既可以實(shí)現(xiàn)自主存取控制策略，又可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制存取控制策略。它可以有效緩解傳統(tǒng)安全管理處理瓶頸問題，被認(rèn)為是一種普遍適用的訪問控制模型，尤其適用于大型組 織的有效的訪問控制機(jī)制。視圖機(jī)制幾乎所有的DBMS都提供視圖機(jī)制。視圖不同于基本表，它們不存儲(chǔ)實(shí)際數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)， 視圖好象數(shù)據(jù)庫表的窗口，是虛擬表。當(dāng)用戶通過視圖訪問數(shù)據(jù)時(shí)，是從基本表獲得數(shù)據(jù)，但只是由視圖 中定義的列構(gòu)成。視圖提供了一種靈活而簡(jiǎn)單的方法，以個(gè)人化方式授予訪問權(quán)限，是強(qiáng)大的安全工具。 在授予用戶對(duì)特定視圖的訪問權(quán)限時(shí)，該權(quán)限

13、只用于在該視圖中定義的數(shù)據(jù)項(xiàng)，而未用于完整基本表本身。 因此，在使用視圖的時(shí)候不用擔(dān)心用戶會(huì)無意地刪除數(shù)據(jù)或者給真實(shí)表中添加有害的數(shù)據(jù)，并且可以限制 用戶只能使用指定部分的數(shù)據(jù)，增加了數(shù)據(jù)的保密性和安全性。數(shù)據(jù)庫加密1.1.3.1 概述由于數(shù)據(jù)庫在操作系統(tǒng)中以文件形式管理，所以入侵者可以直接利用操作系統(tǒng)的漏洞竊取數(shù)據(jù)庫文件， 或者篡改數(shù)據(jù)庫文件內(nèi)容。另一方面，數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）可以任意訪問所有數(shù)據(jù)，往往超出了其職責(zé)范圍，同樣造成安全隱患。因此，數(shù)據(jù)庫的保密問題不僅包括在傳輸過程中采用加密保護(hù)和控制非法訪問， 還包括對(duì)存儲(chǔ)的敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密保護(hù)，使得即使數(shù)據(jù)不幸泄露或者丟失，也難以造成泄密。

14、同時(shí)，數(shù)據(jù) 庫加密可以由用戶用自己的密鑰加密自己的敏感信息，而不需要了解數(shù)據(jù)內(nèi)容的數(shù)據(jù)庫管理員無法進(jìn)行正 常解密，從而可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的用戶隱私保護(hù)。對(duì)數(shù)據(jù)庫加密必然會(huì)帶來數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與索引、密鑰分配和管理等一系列問題，同時(shí)加密也會(huì)顯著地降低 數(shù)據(jù)庫的訪問與運(yùn)行效率。保密性與可用性之間不可避免地存在沖突，需要妥善解決二者之間的矛盾。 數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)密文數(shù)據(jù)后，如何進(jìn)行高效查詢成為一個(gè)重要的問題。查詢語句一般不可以直接運(yùn)用到密文 數(shù)據(jù)庫的查詢過程中，一般的方法是首先解密加密數(shù)據(jù)，然后查詢解密數(shù)據(jù)。但由于要對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫或數(shù) 據(jù)表進(jìn)行解密操作，因此開銷巨大。在實(shí)際操作中需要通過有效的查詢策略來直接執(zhí)行密文查

15、詢或較小粒 度的快速解密。一般來說，一個(gè)好的數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下幾個(gè)方面的要求。 足夠的加密強(qiáng)度，保證長(zhǎng)時(shí)間且大量數(shù)據(jù)不被破譯。 加密后的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)量沒有明顯的增加。 加解密速度足夠快，影響數(shù)據(jù)操作響應(yīng)時(shí)間盡量短。 加解密對(duì)數(shù)據(jù)庫的合法用戶操作（如數(shù)據(jù)的增、刪、改等）是透明的。 靈活的密鑰管理機(jī)制，加解密密鑰存儲(chǔ)安全，使用方便可靠。1.1.3.2 數(shù)據(jù)庫加密的實(shí)現(xiàn)機(jī)制數(shù)據(jù)庫加密的實(shí)現(xiàn)機(jī)制主要研究執(zhí)行加密部件在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中所處的層次和位置，通過對(duì)比各種體系 結(jié)構(gòu)的運(yùn)行效率、可擴(kuò)展性和安全性，以求得最佳的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 按照加密部件與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的不同關(guān)系，數(shù)據(jù)庫加密機(jī)制可以從大的方面分為庫內(nèi)加密

16、和庫外加密。（1）庫內(nèi)加密庫內(nèi)加密在 DBMS 內(nèi)核層實(shí)現(xiàn)加密，加解密過程對(duì)用戶與應(yīng)用透明，數(shù)據(jù)在物理存取之前完成加解密工作。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是加密功能強(qiáng)，并且加密功能集成為DBMS 的功能，可以實(shí)現(xiàn)加密功能與 DBMS之間的無縫耦合。對(duì)于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用來說，庫內(nèi)加密方式是完全透明的。庫內(nèi)加密方式的主要缺點(diǎn)如下。 對(duì)系統(tǒng)性能影響比較大， BMS 除了完成正常的功能外，還要進(jìn)行加解密運(yùn)算，從而加重了數(shù)據(jù)庫服務(wù) 器的負(fù)載。密鑰管理風(fēng)險(xiǎn)大，加密密鑰與庫數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器中，其安全性依賴于DBMS的訪問控制機(jī)制。加密功能依賴于數(shù)據(jù)庫廠商的支持，DBMS 一般只提供有限的加密算法與強(qiáng)度可供選擇，自主性受限。（

17、2）庫外加密在庫外加密方式中，加/解密過程發(fā)生在DBMS之外，DBMS管理的是密文。加/解密過程大多在客戶端實(shí)現(xiàn)，也有的由專門的加密服務(wù)器或硬件完成。 與庫內(nèi)加密方式相比，庫外加密的明顯優(yōu)點(diǎn)如下。由于加/解密過程在客戶端或?qū)ｉT的加密服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，所以減少了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與DBMS的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。 可以將加密密鑰與所加密的數(shù)據(jù)分開保存，提高了安全性。 由客戶端與服務(wù)器的配合，可以實(shí)現(xiàn)端到端的網(wǎng)上密文傳輸。 庫外加密的主要缺點(diǎn)是加密后的數(shù)據(jù)庫功能受到一些限制，例如加密后的數(shù)據(jù)無法正常索引。同時(shí)數(shù)據(jù)加 密后也會(huì)破壞原有的關(guān)系數(shù)據(jù)的完整性與一致性，這些都會(huì)給數(shù)據(jù)庫應(yīng)用帶來影響。在目前新興的外包數(shù)據(jù)庫服務(wù)模式中

18、，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器由非可信的第三方提供，僅用來運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的DBMS,要 求加密解密都在客戶端完成。1.1.3.3 數(shù)據(jù)庫加密的粒度一般來說，數(shù)據(jù)庫加密的粒度可以有 4 種，即表、屬性、記錄和數(shù)據(jù)元素。不同加密粒度的特點(diǎn)不同， 總的來說，加密粒度越小，則靈活性越好且安全性越高，但實(shí)現(xiàn)技術(shù)也更為復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行效率影響 也越大。（1）表加密 表級(jí)加密的對(duì)象是整個(gè)表，這種加密方法類似于操作系統(tǒng)中文件加密的方法。即每個(gè)表與不同的表密 鑰運(yùn)算，形成密文后存儲(chǔ)。這種方式最為簡(jiǎn)單，但因?yàn)閷?duì)表中任何記錄或數(shù)據(jù)項(xiàng)的訪問都需要將其所在表 的所有數(shù)據(jù)快速解密，因而執(zhí)行效率很低，浪費(fèi)了大量的系統(tǒng)資源。在目前的實(shí)際應(yīng)用中，

19、這種方法基本 已被放棄。（2）屬性加密屬性加密又稱為 “域加密 ”或 “字段加密 ”，即以表中的列為單位進(jìn)行加密。一般而言，屬性的個(gè)數(shù)少于記 錄的條數(shù)，需要的密鑰數(shù)相對(duì)較少。如果只有少數(shù)屬性需要加密，屬性加密是可選的方法。（ 3）記錄加密 記錄加密是把表中的一條記錄作為加密的單位，當(dāng)數(shù)據(jù)庫中需要加密的記錄數(shù)比較少時(shí)，采用這種方 法是比較好的。（4）數(shù)據(jù)元素加密 數(shù)據(jù)元素加密是以記錄中每個(gè)字段的值為單位進(jìn)行加密，數(shù)據(jù)元素是數(shù)據(jù)庫中最小的加密粒度。采用 這種加密粒度，系統(tǒng)的安全性與靈活性最高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)技術(shù)也最為復(fù)雜。不同的數(shù)據(jù)項(xiàng)使用不同的密鑰， 相同的明文形成不同的密文，抗攻擊能力得到提高。不利的

20、方面是，該方法需要引入大量的密鑰。一般要 周密設(shè)計(jì)自動(dòng)生成密鑰的算法，密鑰管理的復(fù)雜度大大增加，同時(shí)系統(tǒng)效率也受到影響。在目前條件下，為了得到較高的安全性和靈活性，采用最多的加密粒度是數(shù)據(jù)元素。為了使數(shù)據(jù)庫中 的數(shù)據(jù)能夠充分而靈活地共享，加密后還應(yīng)當(dāng)允許用戶以不同的粒度進(jìn)行訪問。1.1.3.4 加密算法加密算法是數(shù)據(jù)加密的核心，一個(gè)好的加密算法產(chǎn)生的密文應(yīng)該頻率平衡，隨機(jī)無重碼，周期很長(zhǎng)而 又不可能產(chǎn)生重復(fù)現(xiàn)象。竊密者很難通過對(duì)密文頻率，或者重碼等特征的分析獲得成功。同時(shí)，算法必須 適應(yīng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特性，加解密，尤其是解密響應(yīng)迅速。常用的加密算法包括對(duì)稱密鑰算法和非對(duì)稱密鑰算法。 對(duì)稱密鑰算法

21、的特點(diǎn)是解密密鑰和加密密鑰相同，或解密密鑰由加密密鑰推出。這種算法一般又可分 為兩類，即序列算法和分組算法。序列算法一次只對(duì)明文中的單個(gè)位或字節(jié)運(yùn)算；分組算法是對(duì)明文分組 后以組為單位進(jìn)行運(yùn)算，常用有DES等。非對(duì)稱密鑰算法也稱為 “公開密鑰算法 ”，其特點(diǎn)是解密密鑰不同于加密密鑰， 并且從解密密鑰推出加密 密鑰在計(jì)算上是不可行的。其中加密密鑰公開，解密密鑰則是由用戶秘密保管的私有密鑰。常用的公開密 鑰算法有RSA等。目前還沒有公認(rèn)的專門針對(duì)數(shù)據(jù)庫加密的加密算法，因此一般根據(jù)數(shù)據(jù)庫特點(diǎn)選擇現(xiàn)有的加密算法來 進(jìn)行數(shù)據(jù)庫加密。一方面，對(duì)稱密鑰算法的運(yùn)算速度比非對(duì)稱密鑰算法快很多，二者相差大約23

22、個(gè)數(shù)量級(jí)；另一方面，在公開密鑰算法中，每個(gè)用戶有自己的密鑰對(duì)。而作為數(shù)據(jù)庫加密的密鑰如果因人而異， 將產(chǎn)生異常龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。因此，在數(shù)據(jù)庫加密中一般采取對(duì)稱密鑰的分組加密算法。1.1.3.5 密鑰管理對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行加密，一般對(duì)不同的加密單元采用不同的密鑰。以加密粒度為數(shù)據(jù)元素為例，如果不同 的數(shù)據(jù)元素采用同一個(gè)密鑰，由于同一屬性中數(shù)據(jù)項(xiàng)的取值在一定范圍之內(nèi)，且往往呈現(xiàn)一定的概率分布， 因此攻擊者可以不用求原文，而直接通過統(tǒng)計(jì)方法即可得到有關(guān)的原文信息，這就是所謂的統(tǒng)計(jì)攻擊。大量的密鑰自然會(huì)帶來密鑰管理的問題。根據(jù)加密粒度的不同，系統(tǒng)所產(chǎn)生的密鑰數(shù)量也不同。越是 細(xì)小的加密粒度，所產(chǎn)生的密鑰數(shù)

23、量越多，密鑰管理也就越復(fù)雜。良好的密鑰管理機(jī)制既可以保證數(shù)據(jù)庫 信息的安全性，又可以進(jìn)行快速的密鑰交換，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)解密。對(duì)數(shù)據(jù)庫密鑰的管理一般有集中密鑰管理和多級(jí)密鑰管理兩種體制，集中密鑰管理方法是設(shè)立密鑰管 理中心。在建立數(shù)據(jù)庫時(shí)，密鑰管理中心負(fù)責(zé)產(chǎn)生密鑰并對(duì)數(shù)據(jù)加密，形成一張密鑰表。當(dāng)用戶訪問數(shù)據(jù) 庫時(shí)，密鑰管理機(jī)構(gòu)核對(duì)用戶識(shí)別符和用戶密鑰。通過審核后，由密鑰管理機(jī)構(gòu)找到或計(jì)算出相應(yīng)的數(shù)據(jù) 密鑰。這種密鑰管理方式方便用戶使用和管理，但由于這些密鑰一般由數(shù)據(jù)庫管理人員控制，因而權(quán)限過 于集中。目前研究和應(yīng)用比較多的是多級(jí)密鑰管理體制，以加密粒度為數(shù)據(jù)元素的三級(jí)密鑰管理體制為例，整 個(gè)系統(tǒng)的

24、密鑰由一個(gè)主密鑰、每個(gè)表上的表密鑰，以及各個(gè)數(shù)據(jù)元素密鑰組成。表密鑰被主密鑰加密后以 密文形式保存在數(shù)據(jù)字典中，數(shù)據(jù)元素密鑰由主密鑰及數(shù)據(jù)元素所在行、列通過某種函數(shù)自動(dòng)生成，一般 不需要保存。在多級(jí)密鑰體制中，主密鑰是加密子系統(tǒng)的關(guān)鍵，系統(tǒng)的安全性在很大程度上依賴于主密鑰 的安全性。1.1.3.6 數(shù)據(jù)庫加密的局限性數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)在保證安全性的同時(shí)，也給數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可用性帶來一些影響。（ 1）系統(tǒng)運(yùn)行效率受到影響 數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)帶來的主要問題之一是影響效率。為了減少這種影響，一般對(duì)加密的范圍做一些約束， 如不加密索引字段和關(guān)系運(yùn)算的比較字段等。（2）難以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)完整性約束的定義 數(shù)據(jù)庫一般都

25、定義了關(guān)系數(shù)據(jù)之間的完整性約束，如主外鍵約束及值域的定義等。數(shù)據(jù)一旦加密，DBMS將難以實(shí)現(xiàn)這些約束。（3）對(duì)數(shù)據(jù)的SQL語言及SQL函數(shù)受到制約SQL語言中的Group by、Order by及Having子句分別完成分組和排序等操作，如果這些子句的操作對(duì)象是加密數(shù)據(jù)，那么解密后的明文數(shù)據(jù)將失去原語句的分組和排序作用。另外，DBMS擴(kuò)展的SQL內(nèi)部函數(shù)一般也不能直接作用于密文數(shù)據(jù)。（ 4）密文數(shù)據(jù)容易成為攻擊目標(biāo) 加密技術(shù)把有意義的明文轉(zhuǎn)換為看上去沒有實(shí)際意義的密文信息，但密文的隨機(jī)性同時(shí)也暴露了消息 的重要性，容易引起攻擊者的注意和破壞，從而造成了一種新的不安全性。加密技術(shù)往往需要和其他非

26、加 密安全機(jī)制相結(jié)合，以提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的整體安全性。數(shù)據(jù)庫加密作為一種對(duì)敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行安全保護(hù)的有效手段，將得到越來越多的重視。總體來說，目前 數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)還面臨許多挑戰(zhàn)，其中解決保密性與可用性之間的矛盾是關(guān)鍵。審計(jì)“審計(jì)”功能是 DBMS達(dá)到C2以上安全級(jí)別必不可少的一項(xiàng)指標(biāo)。因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)的安全措施都是不完 美的，蓄意盜竊、破壞數(shù)據(jù)的人總是想方設(shè)法打破控制。審計(jì)通常用于下列情況： 審查可疑的活動(dòng)。例如：當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)被非授權(quán)用戶所刪除、用戶越權(quán)操作或權(quán)限管理不正確時(shí)， 安全管理員可以設(shè)置對(duì)該數(shù)據(jù)庫的所有連接進(jìn)行審計(jì)，和對(duì)數(shù)據(jù)庫中所有表的操作進(jìn)行審計(jì)。 監(jiān)視和收集關(guān)于指定數(shù)據(jù)庫活動(dòng)的數(shù)據(jù)。例如：

27、DBA 可收集哪些表經(jīng)常被修改、用戶執(zhí)行了多少 次邏輯 I/O 操作等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)庫優(yōu)化與性能調(diào)整提供依據(jù)。對(duì)DBA而言，審計(jì)就是記錄數(shù)據(jù)庫中正在做什么的過程。審計(jì)記錄可以告訴你正在使用哪些系統(tǒng)權(quán)限，使用頻率是多少，多少用戶正在登錄，會(huì)話平均持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間，正在特殊表上使用哪些命令，以及許多其 他有關(guān)事實(shí)。審計(jì)能幫助 DBA完成的操作類型包括：為管理程序準(zhǔn)備數(shù)據(jù)庫使用報(bào)表 （每天 /周連接多少用戶， 每月發(fā)出多少查詢， 上周添加或刪除了多 少雇員記錄 ）。如果懷疑有黑客活動(dòng)，記錄企圖闖入數(shù)據(jù)庫的失敗嘗試。 確定最繁忙的表，它可能需要額外的調(diào)整。調(diào)查對(duì)關(guān)鍵表的可疑更改。 從用戶負(fù)載方面的預(yù)期增

28、長(zhǎng)，規(guī)劃資源消耗。審計(jì)功能把用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫的所有操作自動(dòng)記錄下來放入審計(jì)日志(Audit Log)中。審計(jì)日志一般包括下列內(nèi)容：操作類型(如修改、查詢等)。 操作終端標(biāo)識(shí)與操作人員標(biāo)識(shí)。操作日期和時(shí)間。 操作的數(shù)據(jù)對(duì)象(如表、視圖、記錄、屬性等)。數(shù)據(jù)修改前后的值。DBA 可以利用審計(jì)跟蹤的功能，重現(xiàn)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫現(xiàn)狀的一系列事件，找出非法存取數(shù)據(jù)的人、時(shí)間和內(nèi)容等。審計(jì)通常比較費(fèi)時(shí)間和空間，所以DBMS往往都將其作為可選特征，允許DBA根據(jù)應(yīng)用對(duì)安全性的要求，靈活地打開或關(guān)閉審計(jì)功能。審計(jì)功能一般主要用于安全性要求較高的部門。審計(jì)一般可以分為用戶級(jí)審計(jì)和系統(tǒng)級(jí)審計(jì)。用戶級(jí)審計(jì)是任何用戶可設(shè)置的審計(jì)

29、，主要是針對(duì)自己創(chuàng)建 的數(shù)據(jù)庫或視圖進(jìn)行審計(jì)，記錄所有用戶對(duì)這些表或視圖的一切成功和(或)不成功的訪問要求以及各種 類型的SQL操作。系統(tǒng)級(jí)審計(jì)只能由 DBA設(shè)置，用以監(jiān)測(cè)成功或失敗的登錄要求、監(jiān)測(cè)Grant和Revoke操作以及其他數(shù)據(jù)庫級(jí)權(quán)限下的操作。備份與恢復(fù) 一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)總是避免不了故障的發(fā)生。安全的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須能在系統(tǒng)發(fā)生故障后利用已有的數(shù) 據(jù)備份，恢復(fù)數(shù)據(jù)庫到原來的狀態(tài)，并保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性和一致性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所采用的備份與恢復(fù)技術(shù)， 對(duì)系統(tǒng)的安全性與可靠性起著重要作用，也對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行效率有著重大影響。數(shù)據(jù)庫備份常用的數(shù)據(jù)庫備份的方法有如下 3 種。( 1 )冷備份 冷備份是在沒

30、有終端用戶訪問數(shù)據(jù)庫的情況下關(guān)閉數(shù)據(jù)庫并將其備份，又稱為 “脫機(jī)備份 ”。這種方法在保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性方面顯然最有保障，但是對(duì)于那些必須保持每天24小時(shí)、每周 7 天全天候運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器來說，較長(zhǎng)時(shí)間地關(guān)閉數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份是不現(xiàn)實(shí)的。( 2 )熱備份 熱備份是指當(dāng)數(shù)據(jù)庫正在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行的備份， 又稱為 “聯(lián)機(jī)備份 ”。因?yàn)閿?shù)據(jù)備份需要一段時(shí)間， 而且備 份大容量的數(shù)據(jù)庫還需要較長(zhǎng)的時(shí)間，那么在此期間發(fā)生的數(shù)據(jù)更新就有可能使備份的數(shù)據(jù)不能保持完整 性，這個(gè)問題的解決依賴于數(shù)據(jù)庫日志文件。在備份時(shí)，日志文件將需要進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的指令“堆起來”，并不進(jìn)行真正的物理更新， 因此數(shù)據(jù)庫能被完整地備份。 備份結(jié)

31、束后， 系統(tǒng)再按照被日志文件 “堆起來”的指令 對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行真正的物理更新。可見，被備份的數(shù)據(jù)保持了備份開始時(shí)刻前的數(shù)據(jù)一致性狀態(tài)。熱備份操作存在如下不利因素。 如果系統(tǒng)在進(jìn)行備份時(shí)崩潰，則堆在日志文件中的所有事務(wù)都會(huì)被丟失，即造成數(shù)據(jù)的丟失。 在進(jìn)行熱備份的過程中，如果日志文件占用系統(tǒng)資源過大，如將系統(tǒng)存儲(chǔ)空間占用完，會(huì)造成系統(tǒng)不能 接受業(yè)務(wù)請(qǐng)求的局面，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生影響。 熱備份本身要占用相當(dāng)一部分系統(tǒng)資源，使系統(tǒng)運(yùn)行效率下降。( 3 )邏輯備份 邏輯備份是指使用軟件技術(shù)從數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出數(shù)據(jù)并寫入一個(gè)輸出文件，該文件的格式一般與原數(shù)據(jù)庫 的文件格式不同，而是原數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)內(nèi)容的一個(gè)映像。因此

32、邏輯備份文件只能用來對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行邏輯恢 復(fù)，即數(shù)據(jù)導(dǎo)入，而不能按數(shù)據(jù)庫原來的存儲(chǔ)特征進(jìn)行物理恢復(fù)。邏輯備份一般用于增量備份，即備份那 些在上次備份以后改變的數(shù)據(jù)。1.1.5.2 數(shù)據(jù)庫恢復(fù)在系統(tǒng)發(fā)生故障后，把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到原來的某種一致性狀態(tài)的技術(shù)稱為 “恢復(fù) ”，其基本原理是利用 “冗 余”進(jìn)行數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。問題的關(guān)鍵是如何建立 “冗余”并利用 “冗余”實(shí)施數(shù)據(jù)庫恢復(fù)，即恢復(fù)策略。數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)一般有 3 種策略，即基于備份的恢復(fù)、基于運(yùn)行時(shí)日志的恢復(fù)和基于鏡像數(shù)據(jù)庫的恢 復(fù)。(1)基于備份的恢復(fù) 基于備份的恢復(fù)是指周期性地備份數(shù)據(jù)庫。當(dāng)數(shù)據(jù)庫失效時(shí)，可取最近一次的數(shù)據(jù)庫備份來恢復(fù)數(shù)據(jù) 庫，即把

33、備份的數(shù)據(jù)拷貝到原數(shù)據(jù)庫所在的位置上。用這種方法，數(shù)據(jù)庫只能恢復(fù)到最近一次備份的狀態(tài)， 而從最近備份到故障發(fā)生期間的所有數(shù)據(jù)庫更新將會(huì)丟失。備份的周期越長(zhǎng)，丟失的更新數(shù)據(jù)越多。(2)基于運(yùn)行時(shí)日志的恢復(fù) 運(yùn)行時(shí)日志文件是用來記錄對(duì)數(shù)據(jù)庫每一次更新的文件。對(duì)日志的操作優(yōu)先于對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作，以確 保記錄數(shù)據(jù)庫的更改。當(dāng)系統(tǒng)突然失效而導(dǎo)致事務(wù)中斷時(shí)，可重新裝入數(shù)據(jù)庫的副本，把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到上 一次備份時(shí)的狀態(tài)。然后系統(tǒng)自動(dòng)正向掃描日志文件，將故障發(fā)生前所有提交的事務(wù)放到重做隊(duì)列，將未 提交的事務(wù)放到撤銷隊(duì)列執(zhí)行，這樣就可把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到故障前某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)一致性狀態(tài)。(3) 基于鏡像數(shù)據(jù)庫的恢復(fù) 數(shù)據(jù)庫

34、鏡像就是在另一個(gè)磁盤上復(fù)制數(shù)據(jù)庫作為實(shí)時(shí)副本。 當(dāng)主數(shù)據(jù)庫更新時(shí)， DBMS 自動(dòng)把更新后的 數(shù)據(jù)復(fù)制到鏡像數(shù)據(jù)，始終使鏡像數(shù)據(jù)和主數(shù)據(jù)保持一致性。當(dāng)主庫出現(xiàn)故障時(shí)，可由鏡像磁盤繼續(xù)提供 使用，同時(shí) DBMS 自動(dòng)利用鏡像磁盤數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。鏡像策略可以使數(shù)據(jù)庫的可靠性大為提高，但 由于數(shù)據(jù)鏡像通過復(fù)制數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)，頻繁的復(fù)制會(huì)降低系統(tǒng)運(yùn)行效率，因此一般在對(duì)效率要求滿足的情況下 可以使用。為兼顧可靠性和可用性，可有選擇性地鏡像關(guān)鍵數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫的備份和恢復(fù)是一個(gè)完善的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必不可少的一部分，目前這種技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù) 庫產(chǎn)品中，如 Oracle 數(shù)據(jù)庫提供對(duì)聯(lián)機(jī)備份、脫機(jī)備份、邏輯備份、

35、完全數(shù)據(jù)恢復(fù)及不完全數(shù)據(jù)恢復(fù)的全 面支持。據(jù)預(yù)測(cè)，以 “數(shù)據(jù)”為核心的計(jì)算( Data Centric Computing )將逐漸取代以 “應(yīng)用”為核心的計(jì)算。在 一些大型的分布式數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中，多備份恢復(fù)和基于數(shù)據(jù)中心的異地容災(zāi)備份恢復(fù)等技術(shù)正在得到越來越 多的應(yīng)用。聚合、推理與多實(shí)例 數(shù)據(jù)庫安全中，用戶根據(jù)低密級(jí)的數(shù)據(jù)和模式的完整性約束推導(dǎo)出高密級(jí)的數(shù)據(jù)，造成未經(jīng)授權(quán)的信 息泄露，其主要有兩種方式：推理和聚合。聚合 ( Aggregation )聚合是指這種情形：如果用戶沒有訪問特定信息的權(quán)限，但是他有訪問這些信息的組成部分的權(quán)限。 這樣，她就可以將每個(gè)組成部分組合起來，得到受限訪問的信息

36、。用戶可以通過不同的途徑得到信息，通 過綜合就可以得到本沒有明確訪問權(quán)限的信息。注意：聚合( Aggregation )指的是組合不同來源的信息的行為。用戶沒有明確的權(quán)限可以訪問組合 起來得到的信息，而組合得到的信息比信息的各個(gè)組成部分擁有更高的機(jī)密性。下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念化例子。假設(shè)數(shù)據(jù)庫管理員不想讓 Users 組的用戶訪問一個(gè)特定的句子 “The chicken wor e funny red culottes.，他”將這個(gè)句子分成六個(gè)部分，限制用戶訪問。如圖：Emily 可以訪問 A、C、F 三個(gè)部分，由于她是個(gè)特別聰明的人，她可以根據(jù)這三個(gè)部分結(jié)合起來得出 這個(gè)句子的部分。為了防止聚

37、合，需要防止主體和任何主體的應(yīng)用程序和進(jìn)程獲得整個(gè)數(shù)據(jù)集合的權(quán)限，包括數(shù)據(jù)集合 的各個(gè)獨(dú)立組成部分?？腕w可以進(jìn)行分類并賦予較高的級(jí)別，存儲(chǔ)在容器中，防止低級(jí)別權(quán)限的主體訪問。 對(duì)主體的查詢，可以進(jìn)行跟蹤，并實(shí)施基于上下文的分類。這將記錄主體對(duì)客體的訪問歷史，并在聚合攻 擊發(fā)生時(shí)限制訪問企圖。推理 ( Inference )推理( Inference )和聚合很相似。推理指的是主體通過他可以訪問的信息推理出受限訪問的信息。當(dāng) 可以由安全級(jí)別較低的數(shù)據(jù)描述出較高級(jí)別的數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)發(fā)生推理攻擊。注意：推理是得到不是顯性可用的信息的能力。 例如，如果一個(gè)職員不應(yīng)該知道軍隊(duì)在沙特阿拉伯的行動(dòng)計(jì)劃，但是他

38、可以訪問到食品需求表格和帳 篷位置的文檔，那么他就可以根據(jù)食品和帳篷運(yùn)送的目的地推算出軍隊(duì)正在向 Dubia 地區(qū)移動(dòng)。在文檔安 全性分類中， 食品需求和帳篷位置文檔是機(jī)密文檔 ( Confidential )，而軍隊(duì)行動(dòng)計(jì)劃是絕密文檔 ( Top of Secret )。由于不同的分類，這個(gè)職員可以根據(jù)他知道的信息推理出他不應(yīng)該知道的秘密。常見的推理通道有以下 4 種。 執(zhí)行多次查詢，利用查詢結(jié)果之間的邏輯聯(lián)系進(jìn)行推理。用戶一般先向數(shù)據(jù)庫發(fā)出多個(gè)查詢請(qǐng)求，這些 查詢大多包含一些聚集類型的函數(shù)(如合計(jì)和平均值等)。然后利用返回的查詢結(jié)果，在綜合分析的基礎(chǔ) 上推斷出高級(jí)數(shù)據(jù)信息。 利用不同級(jí)別數(shù)據(jù)之間的函數(shù)依賴進(jìn)行推理分析， 數(shù)據(jù)表的屬性之間常見的一種關(guān)系是 “函數(shù)依賴 ”和 “多 值依賴 ”。這些依賴關(guān)系有可能產(chǎn)生推理通道，如同一病房的病人患的是同一種病，以及由參加會(huì)議的人員 可以推得參與會(huì)議的公司等。 利用數(shù)據(jù)完整性約束進(jìn)