1.前言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用十分廣泛，深入到各個(gè)領(lǐng)域，但隨之而來產(chǎn)生了數(shù)據(jù)的安全問題。各種應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中大量數(shù)據(jù)的安全問題、敏感數(shù)據(jù)的防竊取和防篡改問題，越來越引起人們的高度重視。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為信息的聚集體，是計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的核心部件，其安全性至關(guān)重要，關(guān)系到企業(yè)興衰、國家安全。因此，如何有效地保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保密性、完整性和有效性，已經(jīng)成為業(yè)界人士探索研究的重要課題之一，本文就安全防入侵技術(shù)做簡要的討論。
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全除依賴自身內(nèi)部的安全機(jī)制外，還與外部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、應(yīng)用環(huán)境、從業(yè)人員素質(zhì)等因素息息相關(guān)，因此，從廣義上講，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全框架可以劃分為三個(gè)層次：
⑴ 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)層次;
⑵ 宿主操作系統(tǒng)層次;
⑶ 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)層次。
這三個(gè)層次構(gòu)筑成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全體系，與數(shù)據(jù)安全的關(guān)系是逐步緊密的，防范的重要性也逐層加強(qiáng)，從外到內(nèi)、由表及里保證數(shù)據(jù)的安全。下面就安全框架的三個(gè)層次展開論述。
2. 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)層次安全技術(shù)
從廣義上講，數(shù)據(jù)庫的安全首先倚賴于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。隨著Internet的發(fā)展普及，越來越多的公司將其核心業(yè)務(wù)向互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)移，各種基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，面向網(wǎng)絡(luò)用戶提供各種信息服務(wù)。可以說網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的外部環(huán)境和基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)要發(fā)揮其強(qiáng)大作用離不開網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支持，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶(如異地用戶、分布式用戶)也要通過網(wǎng)絡(luò)才能訪問數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全是數(shù)據(jù)庫安全的第一道屏障，外部入侵首先就是從入侵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開始的。網(wǎng)絡(luò)入侵試圖破壞信息系統(tǒng)的完整性、機(jī)密性或可信任的任何網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)的集合，具有以下特點(diǎn)：
a)沒有地域和時(shí)間的限制，跨越國界的攻擊就如同在現(xiàn)場一樣方便;
b)通過網(wǎng)絡(luò)的攻擊往往混雜在大量正常的網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)之中，隱蔽性強(qiáng);
c)入侵手段更加隱蔽和復(fù)雜。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開放式環(huán)境面臨的威脅主要有以下幾種類型：a)欺騙(Masquerade);b)重發(fā)(Replay);c)報(bào)文修改(Modification of message);d)拒絕服務(wù)(Deny of service);e)陷阱門(Trapdoor);f)特洛伊木馬(Trojan
horse);g)攻擊如透納攻擊(Tunneling Attack)、應(yīng)用軟件攻擊等。這些安全威脅是無時(shí)、無處不在的，因此必須采取有效的措施來保障系統(tǒng)的安全。
從技術(shù)角度講，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)層次的安全防范技術(shù)有很多種，大致可以分為防火墻、入侵檢測、協(xié)作式入侵檢測技術(shù)等。
⑴防火墻。防火墻是應(yīng)用最廣的一種防范技術(shù)。作為系統(tǒng)的第一道防線，其主要作用是監(jiān)控可信任網(wǎng)絡(luò)和不可信任網(wǎng)絡(luò)之間的訪問通道，可在內(nèi)部與外部網(wǎng)絡(luò)之間形成一道防護(hù)屏障，攔截來自外部的非法訪問并阻止內(nèi)部信息的外泄，但它無法阻攔來自網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的非法操作。它根據(jù)事先設(shè)定的規(guī)則來確定是否攔截信息流的進(jìn)出，但無法動(dòng)態(tài)識(shí)別或自適應(yīng)地調(diào)整規(guī)則，因而其智能化程度很有限。防火墻技術(shù)主要有三種：數(shù)據(jù)包過濾器(packet filter)、代理(proxy)和狀態(tài)分析(stateful inspection)。現(xiàn)代防火墻產(chǎn)品通?；旌鲜褂眠@幾種技術(shù)。
⑵入侵檢測。入侵檢測(IDS-- Instrusion Detection System)是近年來發(fā)展起來的一種防范技術(shù)，綜合采用了統(tǒng)計(jì)技術(shù)、規(guī)則方法、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、人工智能、密碼學(xué)、推理等技術(shù)和方法，其作用是監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是否出現(xiàn)被入侵或?yàn)E用的征兆。1987年，Derothy Denning首次提出了一種檢測入侵的思想，經(jīng)過不斷發(fā)展和完善，作為監(jiān)控和識(shí)別攻擊的標(biāo)準(zhǔn)解決方案，IDS系統(tǒng)已經(jīng)成為安全防御系統(tǒng)的重要組成部分。
入侵檢測采用的分析技術(shù)可分為三大類：簽名、統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)完整性分析法。
①簽名分析法。主要用來監(jiān)測對(duì)系統(tǒng)的已知弱點(diǎn)進(jìn)行攻擊的行為。人們從攻擊模式中歸納出它的簽名，編寫到IDS系統(tǒng)的代碼里。簽名分析實(shí)際上是一種模板匹配操作。
②統(tǒng)計(jì)分析法。以統(tǒng)計(jì)學(xué)為理論基礎(chǔ)，以系統(tǒng)正常使用情況下觀察到的動(dòng)作模式為依據(jù)來判別某個(gè)動(dòng)作是否偏離了正常軌道。
③數(shù)據(jù)完整性分析法。以密碼學(xué)為理論基礎(chǔ)，可以查證文件或者對(duì)象是否被別人修改過。
IDS的種類包括基于網(wǎng)絡(luò)和基于主機(jī)的入侵監(jiān)測系統(tǒng)、基于特征的和基于非正常的入侵監(jiān)測系統(tǒng)、實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的入侵監(jiān)測系統(tǒng)等。
⑶協(xié)作式入侵監(jiān)測技術(shù)
獨(dú)立的入侵監(jiān)測系統(tǒng)不能夠?qū)V泛發(fā)生的各種入侵活動(dòng)都做出有效的監(jiān)測和反應(yīng)，為了彌補(bǔ)獨(dú)立運(yùn)作的不足，人們提出了協(xié)作式入侵監(jiān)測系統(tǒng)的想法。在協(xié)作式入侵監(jiān)測系統(tǒng)中，IDS基于一種統(tǒng)一的規(guī)范，入侵監(jiān)測組件之間自動(dòng)地交換信息，并且通過信息的交換得到了對(duì)入侵的有效監(jiān)測，可以應(yīng)用于不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
3. 宿主操作系統(tǒng)層次安全技術(shù)
操作系統(tǒng)是大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)，為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供一定程度的安全保護(hù)。目前操作系統(tǒng)平臺(tái)大多數(shù)集中在Windows NT和Unix，安全級(jí)別通常為C1、C2級(jí)。主要安全技術(shù)有操作系統(tǒng)安全策略、安全管理策略、數(shù)據(jù)安全等方面。
操作系統(tǒng)安全策略用于配置本地計(jì)算機(jī)的安全設(shè)置，包括密碼策略、賬戶鎖定策略、審核策略、IP安全策略、用戶權(quán)利指派、加密數(shù)據(jù)的恢復(fù)代理以及其它安全選項(xiàng)[7]。具體可以體現(xiàn)在用戶賬戶、口令、訪問權(quán)限、審計(jì)等方面。
用戶賬戶：用戶訪問系統(tǒng)的"身份證"，只有合法用戶才有賬戶。
口令：用戶的口令為用戶訪問系統(tǒng)提供一道驗(yàn)證。
訪問權(quán)限：規(guī)定用戶的權(quán)限。
審計(jì)：對(duì)用戶的行為進(jìn)行跟蹤和記錄，便于系統(tǒng)管理員分析系統(tǒng)的訪問情況以及事后的追查使用。
安全管理策略是指網(wǎng)絡(luò)管理員對(duì)系統(tǒng)實(shí)施安全管理所采取的方法及策略。針對(duì)不同的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境需要采取的安全管理策略一般也不盡相同，其核心是保證服務(wù)器的安全和分配好各類用戶的權(quán)限。
數(shù)據(jù)安全主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)加密技術(shù)、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩缘取？梢圆捎玫募夹g(shù)很多，主要有Kerberos認(rèn)證、IPSec、SSL、TLS、VPN(PPTP、L2TP)等技術(shù)。
4. 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)層次安全技術(shù)
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全性很大程度上依賴于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。如果數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)安全機(jī)制非常強(qiáng)大，則數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全性能就較好。目前市場上流行的是關(guān)系式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其安全性功能很弱，這就導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全性存在一定的威脅。
由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在操作系統(tǒng)下都是以文件形式進(jìn)行管理的，因此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，或者直接利用OS工具來非法偽造、篡改數(shù)據(jù)庫文件內(nèi)容。這種隱患一般數(shù)據(jù)庫用戶難以察覺，分析和堵塞這種漏洞被認(rèn)為是B2級(jí)的安全技術(shù)措施。
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)層次安全技術(shù)主要是用來解決這一問題，即當(dāng)前面兩個(gè)層次已經(jīng)被突破的情況下仍能保障數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的安全，這就要求數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須有一套強(qiáng)有力的安全機(jī)制。解決這一問題的有效方法之一是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)行加密處理，使得即使數(shù)據(jù)不幸泄露或者丟失，也難以被人破譯和閱讀。
我們可以考慮在三個(gè)不同層次實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的加密，這三個(gè)層次分別是OS層、DBMS內(nèi)核層和DBMS外層。
⑴在OS層加密。在OS層無法辨認(rèn)數(shù)據(jù)庫文件中的數(shù)據(jù)關(guān)系，從而無法產(chǎn)生合理的密鑰，對(duì)密鑰合理的管理和使用也很難。所以，對(duì)大型數(shù)據(jù)庫來說，在OS層對(duì)數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)行加密很難實(shí)現(xiàn)。
⑵在DBMS內(nèi)核層實(shí)現(xiàn)加密。這種加密是指數(shù)據(jù)在物理存取之前完成加/脫密工作。這種加密方式的優(yōu)點(diǎn)是加密功能強(qiáng)，并且加密功能幾乎不會(huì)影響DBMS的功能，可以實(shí)現(xiàn)加密功能與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的無縫耦合。其缺點(diǎn)是加密運(yùn)算在服務(wù)器端進(jìn)行，加重了服務(wù)器的負(fù)載，而且DBMS和加密器之間的接口需要DBMS開發(fā)商的支持。
定義加密要求工具
DBMS
數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)
加密器
(軟件或硬件)
⑶在DBMS外層實(shí)現(xiàn)加密。比較實(shí)際的做法是將數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)做成DBMS的一個(gè)外層工具，根據(jù)加密要求自動(dòng)完成對(duì)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的加/脫密處理：
定義加密要求工具加密器
(軟件或硬件)
DBMS
數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)
采用這種加密方式進(jìn)行加密，加/脫密運(yùn)算可在客戶端進(jìn)行，它的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)加重?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器的負(fù)載并且可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上傳輸?shù)募用埽秉c(diǎn)是加密功能會(huì)受到一些限制，與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的耦合性稍差。
下面我們進(jìn)一步解釋在DBMS外層實(shí)現(xiàn)加密功能的原理：
數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)分成兩個(gè)功能獨(dú)立的主要部件：一個(gè)是加密字典管理程序，另一個(gè)是數(shù)據(jù)庫加/脫密引擎。數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)將用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫信息具體的加密要求以及基礎(chǔ)信息保存在加密字典中，通過調(diào)用數(shù)據(jù)加/脫密引擎實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫表的加密、脫密及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能。數(shù)據(jù)庫信息的加/脫密處理是在后臺(tái)完成的，對(duì)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是透明的。
加密字典管理程序
加密系統(tǒng)
應(yīng)用程序
數(shù)據(jù)庫加脫密引擎
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器
加密字典
用戶數(shù)據(jù)
按以上方式實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫的最終用戶是完全透明的，管理員可以根據(jù)需要進(jìn)行明文和密文的轉(zhuǎn)換工作;其次，加密系統(tǒng)完全獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)，無須改動(dòng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密功能;第三，加解密處理在客戶端進(jìn)行，不會(huì)影響數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的效率。