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軟考數據庫系統工程師知識點講解：數據庫的安全與保護

　　七、數據庫的安全與保護

　　1.安全性

　　數據庫的安全性是指保護數據庫以防止不合法的或非正常的使用所造成的數據泄露、更改或破壞。安全性問題不是數據庫系統所獨有的，計算機系統都有這個問題。只是在數據庫系統中大量數據集中存放，而且為許多用戶直接共享，是十分重要的信息資源。從而使安全性問題變得更為突出。系統安全保護措施是否有效是數據庫系統的主要性能指標之一。對于數據庫的安全保密方式可以有系統處理的和物理的兩個方面。所謂物理的是指，對于強力逼迫透露口令、在通信線路上竊聽、以至盜竊物理存儲設備等行為。對此所采取的措施是將數據編為密碼，加強警衛以識別用戶身份和保護存儲設備等措施。在一般計算機系統中，安全措施是一級一級層層設置的。

　　(1)用戶標識和鑒定首先，系統提供一定的方式讓用戶標識自己的名字或身份。系統進行核實，通過鑒定后才提供機器使用權。常用的方法有:用一個用戶名或者用戶標識號來標明用戶身份。系統鑒別此用戶是否是合法用戶。若是，則可以進入下一步的核實;若不是，則不能使用計算機。用戶名的登錄只由系統管理員進行，一般用戶不能實施用戶名登錄。口令(Password)，為了進一步核實用戶，系統常常要求用戶輸入口令。

　　(2)存取控制對于獲得上機權的用戶還要根據預先定義好的用戶權限進行存取控制，保證用戶只能存取他有權存取的數據。所謂用戶權限是指不同的用戶對于不同的數據對象允許執行的操作權限。它由兩部分組成，一是數據對象，二是操作類型。數據對象有二類。一類是數據本身，如關系數據庫中的表、字段，非關系數據庫中的記錄、字段(亦稱為數據項)。另一類是外模式、模式、內模式。在關系系統中DBA可以把建立、修改基本表的權力授予用戶，用戶獲得此權力后可以建立基本表、索引、視圖。這說明關系系統中存取控制的數據對象不僅有數據而且有模式、外模式、內模式等數據字典中的內容。對于存取權限的定義稱為授權(Authorization)。這些定義經過編譯后存儲在數據字典中。每當用戶發出存取數據庫的操作請求后，DBMS查找數據字典，根據用戶權限進行合法權限檢查(Authorization Check)。若用戶的操作請求超出了定義的權限，系統拒絕執行此操作。授權編譯程序和合法權限檢查機制一起組成了安全性子系統。衡量授權子系統精巧程度的另一個盡度是否提供與數據值有關的授權。有的系統還允許存取謂詞中引用系統變量，如一天中的時刻，終端設備號。這樣用戶只能在某臺終端、某段時間內存取有關數據，這就是與時間和地點有關的存取權限。另外，在操作系統中對文件、目標等的存取還有一些安全保護措施。其中加密是一種防止數據內容被別人引用或了解的切實可行的辦法。加密有程序加密和硬件加密卡兩種形式。

　　2.完整性

　　數據庫的完整性是指數據的正確性和相容性。DBMS必須提供一種功能來保證數據庫中數據的完整性。這種功能亦稱為完整性檢查，即系統用一定的機制來檢查數據庫中的數據是否滿足規定的條件。這種條件在數據庫中稱為完整性約束條件。數據的約束條件是語義的體現，這些完整性約束條件將作為模式的一部分存放數據字典中。數據的完整性和安全性是兩個不同的概念。前者是為了防止數據庫中存在不符合語義的數據，防止錯誤信息的輸入和輸出，即所謂垃圾進垃圾出(Garbage In Garbage Out)所造成的無效操作和錯誤結果。而后者是保護數據庫防止惡意的破壞和非法的存取。當然，完整性和安全性是密切相關的。特別從系統實現的方法來看，往往是一種機制常常既可用于安全性保護亦可用于完整性保證。完整性約束條件可以分類如下:(1)值的約束和結構的約束前者指對數據的值的限制，后者指對數據之間聯系的限制。關于對數據值的約束 這類約束條件是指對數據取值類型、范圍、精度等的規定。關于數據之間聯系的約束 數據庫中同一關系的不同屬性之間可以有一定的聯系，從而也應滿足一定的約束條件。同時，由于數據庫中數據是結構化的，不同的關系之間也可以有聯系，因而不同關系的屬性之間也可滿足一定的約束條件。

　　(2)靜態約束和動態約束所謂靜態約束是指對數據庫每一確定狀態的數據所應滿足的約束條件。以上所講的約束都屬靜態約束。動態約束是指數據庫從一種狀態轉變為另一種狀態時新、舊值之間所應滿足的約束條件。

　　(3)立即執行約束和延遲執行約束立即執行約束是指在執行用戶事務時，對事務中某一更新語句執行完后馬上對此數據所應滿足的約束條件進行完整性檢查。延遲執行是指在整個事務執行結束后方對此約束條件進行完整性檢查，結果正確方能提交。完整性的實現應包括兩個方面，一是系統要提供定義完整性約束條件的功能，二是提供檢查完整性約束條件的方法。對于數據值的那類完整性約束條件通常在模式中定義。例如在模式中定義屬性名、類型、長度、碼屬性名并標明其值是唯一的、非空的等等。另外的那些約束條件就要用專門的方式加以定義。

　　3.并發控制

　　數據庫是一個共享資源，可以由多個用戶使用。這些用戶程序可以一個一個地串行執行，也可以并行執行。在單CPU計算機上，為了充分利用數據庫資源，應該允許多個用戶程序并行的存取數據。這樣就會產生多個用戶程度并發地存取同一數據的情況。若對并發操作不加控制就會存取和存儲不正確的數據，破壞數據庫的完整性(這里也稱為一致性)。在多CPU計算機或多計算機網絡環境下，并發控制尤為重要。

　　(1)事務的概念 事務(Transaction)是并發控制的基本單位。所謂事務是一個操作序列。這些操作作為一個序列形成一個整體要么都做，要么都不做，是一個不可分割的工作單位。事務通常以BEGIN TRANSACTION開始，以COMMIT或ROLLBACK操作結束。COMMIT即提交，提交事務中所有的操作，事務正常結束。ROLLBACK即撤消已作的所有操作，滾回到事務開始時的狀態。這里的操作指對數據庫的更新操作。滾回即相當于所有操作均未執行。事務和程序是兩個概念。一般地講，一個程序可包括多個事務，由于事務是并發控制的基本單位，所以下面的討論均以事務為對象。

　　(2)數據一致性級別的概念。所謂并發控制就是要用正確的方式調度并發操作，避免造成數據的不一致性，使一個用戶事務的執行不受其它事務的干擾。

　　4.封鎖

　　封鎖(Locking)就是事務T可以向系統發出請求，對某個數據對象(最常用的是記錄)加鎖。于是事務T對這個數據對象就有一定的控制。例如，其它事務不能更新此數據直到T釋放(unlock)它的鎖為止。確切的控制由封鎖的類型決定。基本的封鎖類型有兩種:排它鎖(Exclu sive locks簡記為X鎖)和共享鎖(Share locks簡記為S鎖)。若事務T對數據R加上X鎖，則只允許T讀取和修改R;其它一切事務對R的任何(包括封鎖)請求都不成功，直至T釋放R上的X鎖為止。這就保證了其它事務不能再讀取和修改R，直到T釋放X鎖。若事務T對數據R加上S鎖，則其它事務對R的X鎖請求不能成功，而對R的共享請求可以得到。這就保證了其它事務以讀取R但不能修改R，直至T釋放S鎖為止。