【学习笔记】数据库系统原理 第四&五章 数据库的安全性与完整性

本文主要是介绍【学习笔记】数据库系统原理 第四&五章 数据库的安全性与完整性，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

以下内容为参考课件和《数据库系统概论》（第5版，王珊等著）的个人整理，若有错误欢迎指出

第四&五章 数据库的安全性与完整性

文章目录

• • 第四&五章 数据库的安全性与完整性
  • • 一、数据库的安全性
    • • 1、安全性定义
      • 2、安全威胁的分类
      • 3、安全性控制
      • 4、统计数据库的安全性
    • 二、数据库的完整性
    • • 1、完整性定义
      • 2、完整性约束
      • 3、完整性约束的分类
      • 4、完整性控制
      • 5、实现完整性约束

一、数据库的安全性

1、安全性定义

防止不合法的使用造成数据的泄露、更改和破坏。它包括向授权用户提供可靠的信息服务和拒绝非法访问请求，保证数据的可用性、完整性和一致性。

不安全因素主要来自于非授权用户的恶意存取破坏、敏感信息泄露和安全环境的脆弱性。

2、安全威胁的分类

• 偶然接触和修改数据（意外事故、硬软件故障等）
• 蓄意的侵犯和攻击（滥用权力、蛮力破坏、病毒等）

3、安全性控制

（1）分类

• 外部安全控制：解决内部安全控制的不足

  • 实体安全控制（设置安全区域等）
  • 人员、组织安全控制（人员考察、责任追究等）
  • 过程安全控制（建立访问控制规则、管理制度等）

• 内部安全控制：由计算机系统的软硬件实现
  
  

（2）数据库自身的安全机制

• 用户标识和鉴别

  最外层安全保护措施。即提供用户标识（用户名+标识号UID），系统会记录合法用户的标识。鉴别方式包括静态口令、动态口令、生物特征、智能卡等。

• 存取控制

  根据不同用户给不同的存取权限。存取控制机制主要包括定义用户权限（存在数据字典——系统表）和合法权限检查两个部分。方法分为：

  • 自主存取控制（DAC）

    用户权限由数据库对象（模式、表、视图等）和操作类型（创建、查询、插入等）两个要素组成。
    
    创建一个用户后，需要被授权，这些权限可分为用户级权限（DBMA授予，与具体关系无关，是与数据库相关的）和关系级权限（DBMA或拥有者授予的与关系或视图相关的权限）。为了方便授权，数据库支持角色（一组权限的集合）和用户组（一组具有相同特性用户的集合）。

    下面给出sql语句，首先是用户级权限的授权：

    -- sql 用户级权限 授权语句，public是全部用户
    -- With Grant Option：允许被授权用户将权限授予他人
    -- 可以把权限或角色授给另一个角色，相当于加到权限集合当中
    Grant <用户级权限>|<角色> [{,<用户级权限>|<角色>}]
        To <用户名>|<角色>|public [{,<用户名>|<角色>}]
        [With Grant Option]
        
    -- 收回权限
    Revoke <用户级权限>|<角色> [{,<用户级权限>|<角色>}]
        From <用户名>|<角色>|public [{,<用户名>|<角色>}]
    
    

    关系级权限授权（类似）：

    -- sql 关系级权限 授权语句，all表示该表/视图的全部权限
    -- 可以控制列级的权限，而这也可以用视图完成
    Grant ALL| <权限> [{,<权限>}]
           On <表名> | <视图名> [{,<表名> | <视图名>}]
           To {<用户> [{, <用户>}] | public}
           [With Grant Option]
    
    -- 收回权限
    Revoke ALL|<表级权限> [{,<表级权限>}] 
      On <表名>|<视图名> [{,<表名> | <视图名>}] 
      From {<用户>[{,<用户>}]|PUBLIC}
    

    自主存取控制的特点就是用户可以自主决定把自己的权限授予他人，甚至存在多重授权（A授权B，B授权C，若B权限被收回，但C仍有权限），因此有不安全隐患。

  • 强制存取控制（MAC）

    定义：主体是系统中的活动实体，包括所有用户及其进程。客体是系统中被动实体，受主体操纵，包括文件、基本表等。

    MAC中对所有主体和客体指定一个敏感度标记（于主体称为许可证级别，于客体称为密级）。唯有许可证级别大于等于密级时，允许读操作；级别相等时允许写操作。

    强制存取控制的特点是密级与数据绑定，不受普通用户操控，因此更安全。

• 审计

  把用户的所有操作记录在审计日志。是一种事后追责措施。

• 数据加密

  防止数据在存储和传输中失密的邮箱手段。

4、统计数据库的安全性

数据分为两类：微数据，即现实描述，不允许访问；统计或综合数据，即对微数据进行综合处理得到的结果，可以提供给用户。

统计数据库的安全性是防止用户通过综合结果推导出微数据（比如相关信息只有1条，就直接知道了）。可以采用以下方法：对统计结果大小加以控制，禁止在相同元组集合上重复执行一系列统计查询，在统计查询结果中加入噪声。

二、数据库的完整性

1、完整性定义

数据库的完整性是指数据的正确性（合法类型、取值）和相容性（表示同一个事实的数据应该相同）

2、完整性约束

施加在数据库数据之上的语义约束条件称为数据库完整性约束条件。

3、完整性约束的分类

约束可以是对列、元组或关系

（1）静态约束

即对数据库的确定状态的约束。包括固有约束（数据模型本身的约束，如关系的属性不可以是复合属性）、隐含约束（数据模式的约束，如实体完整性约束，即主码唯一且不为空）、显式约束（除了前两者之外的、需要显式定义的）。

（2）动态约束

数据库状态转变时新旧值之间的约束。比如动态列级约束（年龄的修改只能增不能减）、动态关系约束（转账后两用户的钱总额不变）。

4、完整性控制

完整性控制机制包括定义功能、检查功能和违约响应。

检查时机分为立即执行约束和延迟执行约束（后者是用户事物执行完毕后执行）。

一条完整性规则可以用一个五元组 ( D , O , A , C , P ) (D,O,A,C,P) (D,O,A,C,P)来描述，其中：

• D D D（Data）约束所作用的数据对象。

• O O O（Operation）触发完整性检查的数据库操作，即当用户发出什么操作请求时需要检查该完整性规则，是立即检查还是延迟检查。

• A A A（Assertion）数据对象必须满足的断言或语义约束。

• C C C（Condition）A作用的数据对象值的谓词。

  具体例子：当对职业为学生的年龄修改时要求小于26，那么D就是年龄（属性），O为修改，A为年龄小于26，C为职业=学生。

• P P P（Procedure）违反完整性规则时触发的过程。一般是拒绝操作。

5、实现完整性约束

固有约束在DBMS实现时已规定。

隐含约束可以通过DDL语句在定义数据对象时实现（比如定义表时加unique等）。在定义时，还可以使用Constraint <完整性约束名> <完整性约束条件>的方式定义，命名方便对于一条约束的删改。此外，也可以创造域（Create Domain）并加上约束，这样取值为该域的属性的值都会满足约束。

而显式完整性约束有以下几种实现方式：

• 过程

  由程序员编写过程（procedure）。但是这意味着需要为每个约束写一个验证过程（一定要涉及所有约束），而且需要调用，工作量大。

• 断言

  需要DBMS提供断言说明语言，如Create Assertion <断言名> <Check语句>。当数据库涉及断言中相关关系的操作时，就会执行检查。但如果断言非常复杂，那么开销会很大。

• 触发器

  触发器是用户定义在关系表上的一类由事件驱动的特殊过程。任何操作均有服务器自动激活响应的触发器，便于实施更复杂的检查。

  -- 触发事件：insert等语句（多个可用Or连接），还可以是 ... of <出发列, ...>
  -- Row|Statement：行级触法（每个元组执行时均触发）| 语句级触发（执行该语句触发一次）
  -- Referencing New | Old：把改变后、改变前的值当成一个变量，有时候需要在触发条件中使用
  -- 触发条件是违反规则的条件
  -- 触发动作体 触发后执行的语句
  Create Trigger <触发器名字>
          Before|After <触发事件> On <表名>
          Referencing New | Old Row As <变量>
          For Each Row|Statement 
          When <触发条件>
  		<触发动作体>
  

  不同数据库支持的触发器功能、语法不一致，使用时最好参照所用数据库的手册。

至此，数据库的基础知识已基本学习完毕，下一章将进入数据库的设计与开发。

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