第六章多级数据库安全管理系统

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6.4 多级关系数据模型
6.4.1 安全的特征
➢ 传统关系模型两个重要的完整性： ❖ 实体完整性、引用完整性（参照完整性）。
➢ 多级关系数据模型三要素： ❖ 多级关系、多级关系完整性约束及多级关系 操作。
➢ 多级安全模型需作的改进： ❖ 多级安全模型：在传统关系模型基础上各种 逻辑数据对象强制赋予安全属性标签。 ❖ 修改传统关系模型中关系的完整性及关系上 的操作。
➢ 四组七个等级
➢ 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。
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等级说明：D，C1
➢ D级（最小保护级） ❖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 机制来保障无身份认证与访问控制。
表1.多级关系“卫星” S级实例
表2.多级关系“卫星”过滤后U级实例
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实例间完整性举例：例2
表3.多级关系“卫星” U级实例 表4.多级关系“卫星”S级实例
表5.多级关系“卫星”过滤后S级实例
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五、多实例完整性
➢ 假设多级关系R的外观主码集合为AK，主码等级 为CAK 。多实例完整性要求由AK、CAK以及第i个 属性的等级Ci便可确定第i个属性值Ai 。
❖ Ai∈AK => t[Ci] >= t[CAK]//非码属性安
全等级支配键值，保证关系可见的任何级 别上，主键不可能为空。
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二、空值完整性
➢ 在多级关系中，空值有两种解释:
❖ 一种确实为空。
❖ 另一种是实例的等级低于属性的等级使此属 性不可见，从而显示为空。
➢ 空值完整性使用了归类关系，归类关系如下： 如果两元组t和s，如果属性Ai满足下列条件之 一，元组t包含元组s。
第六章
多级安全数据库 管理系统
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本章概要 6.1 安全数据库标准 6.2 多级安全数据库关键问题 6.3 多级安全数据库设计准则 6.4 多级关系数据模型 6.5 多实例 6.6 隐蔽通道分析
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6.1 安全数据库标准
6.1.1 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 (桔皮书) ❖ TDI (紫皮书)
❖ 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，linux系统的某些执行方法符 合C2级别。
数据库：Oracle公司的Oracle 7，Sybase公司的 SQL
Server 11.0.6
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等级说明：B1
➢ B1级（标签安全保护级） ❖ 标记安全保护。“安全”(Security)或“可 信的”(Trusted)产品。
一、多级关系 ➢ 传统的关系模式：R(A1,A2,……, An) ➢ 多级关系模式：
R(A1,C1,A2,C2,……,An,Cn,TC) ❖ 元组的安全级别:TC ❖ 元组表示：t(a1,c1,a2,c2,……,an,cn,tc) ❖ 元组t的安全标签：t[tc]. ❖ 属性ai的安全标签：t[ci]. [例] Weapon多级关系表示。
一、 插入操作
形式：INSERT INTO Rc(Ai [,Aj]…) VALUES (ai [,aj]…)
当插入元组t（新插入）与主键值相同的元组t′ 时：
1）若t[TC]＝ tˊ[TC],拒绝t的插入。//满足多 实例完整性约束
2）若t[TC]< tˊ[TC],允许t的插入，以防止隐 通道。
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➢多级参照完整性： ➢假设参照关系R1具有外观主码AK1， 外码FK1，被参照关系R2具有外观主 码AK2，多级关系R1的一个实例 r1 和多级关系R2的一个实例 r2满足参 照完整性，当且仅当
所有t11∈r1 , t11[FK1] ≠null ,
E t21∈r2 ,t11[FK1] = t21[AK2] Λ t11[TC]=
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等级说明：B2
➢ B2级（结构化保护级）
❖ 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，从主体到客体扩大到I/O设 备等所有资源。要求开发者对隐蔽信道进行彻底地 搜索。TCB划分保护与非保护部分，存放于固定区 内。
❖ 经过认证的B2级以上的安全系统非常稀少 ❖ 典型例子
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➢ 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。
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一、实体完整性
设AK是定义在关系模式R上的外观主码，一个 多级关系满足实体完整性，当且仅当对R的所 有实例Rc与t∈Rc,有：
❖ Ai∈AK => t[Ai]≠null// 主码属性不能 为空
❖ Ai , Aj∈AK => t[Ci]＝t[Cj]//主键各属 性安全等级一致，保证在任何级别上主键 都是完整的。
t21[TC]Λ t11[CFK1] ≥ t21[CAK2]。 ➢外键的访问等级必须支配引用元组 中主键的访问等级。
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E
四、实例间完整性
➢多级关系Rc满足实例间完整性，当且仅 当对所有
c‘≤c，Rc′=σ( Rc，c′)，其中过 滤函数σ按以下方法从Rc产生安全等级为
c′的实例Rc′：
❖所有 t∈Rc, t[CAK]≤c′,
➢ 一个多级关系满足多实例完整性，当且仅当Rc 中的每个属性Ai ,满足AK,CAK,Ci → Ai 即Ai函数依赖于AK,CAK,Ci 。
➢ 同一级别的元组之间不存在多实例。
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多级关系Weapon(满足多实例完整性)
多级关系Weapon(不满足多实例完整性) （元组级别相同主键重复）
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6.4.4 多级关系操作
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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
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TCSEC/TDI安全级别划分
安全级别
A1 B3 B2 B1 C2 C1 D
定义
验证设计（Verified Design）
安全域（Security Doma Nhomakorabeans）∈ t′∈Rc′， 满足t′[AK,CAK]= t[AK,CAK].//主码保留 ❖所有Ai AK有
t′[Ai,Ci]=t[Ai,Ci] if t[Ci] ≤ c′ t′[Ai,Ci]=<null,t[CAK]> otherwise
➢ 消除Rc’的归类元组
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实例间完整性举例：例1 U级用户对表1过滤后得到表2
操作系统：只有Trusted Information Systems公司的 Trusted XENIX一种产品
数据库：北京人大金仓信息技术股份有限公司的
KingbaseES V7产品
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等级说明：B3，A1
➢ B3级（安全区域保护级） ❖ 该级的TCB必须满足访问监控器的要求，安全 内核，审计跟踪能力更强，并提供系统恢复过 程。即使计算机崩溃,也不会泄露系统信息。
❖ 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）、对安全策略 进行非形式化描述，加强了隐通道分析，审 计等安全机制
❖ 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。
➢ C1级（自主安全保护级） ❖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。早期的UNIX系统属于这一类。 ❖这类系统适合于多个协作用户在同一个安9
等级说明：C2
➢ C2级（受控的存取保护级）
C2级达到企业级安全要求。可作为最低军用安全级别
❖ 提供受控的自主存取保护，将C1级的DAC进一步细 化，以个人身份注册负责，并实施审计（审计粒度 要能够跟踪每个主体对每个客体的每一次访问。对 审计记录应该提供保护，防止非法修改。）和资源 隔离，客体重用，记录安全性事件
❖ 达到C2级的产品在其名称中往往不突出“安全 ”(Security)这一特色
结构化保护（Structural Protection） 标记安全保护（Labeled Security Protection） 受控的存取保护（Controlled Access
Protection）
自主安全保护（Discretionary Security
Protection）
最小保护（Minimal Protection）
❖ 对于两元组t和s, 如果任何一个属性 t[Ai ,Ci] ＝ s[Ai ,Ci];
❖ t[Ai]≠null且 s[Ai]＝null，则称元组t包含元 组s 或 t归类于s。
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➢ 一个多级关系R满足空值完整性，当且仅当 对R的每个实例Rc均满足下列两个条件： ❖ 空值的安全级别与主键相同。 即对于所有的t∈Rc, t[Ai]＝null => t[ci]＝t[CAK] //空值对所有级别用户可见 ❖ Rc不含有两个有包含关系的不同元组。 //不出现因为空值而导致的冗余元组
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[例1] 多级关系违反了空值完整性