1.前言

　　隨著計算機技術的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫的應用十分廣泛，深入到各個領域，但隨之而來產生了數(shù)據(jù)的安全問題。各種應用系統(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，是計算機信息系統(tǒng)的核心部件，其安全性至關重要，關系到企業(yè)興衰、成敗。因此，如何有效地保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保密性、完整性和有效性，已經成為業(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做簡要的討論。

　　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全除依賴自身內部的安全機制外，還與外部網絡環(huán)境、應用環(huán)境、從業(yè)人員素質等因素息息相關，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層次：

　　(1)網絡系統(tǒng)層次；

　　(2)宿主操作系統(tǒng)層次；

　　(3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)層次。

　　這三個層次構筑成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全體系，與數(shù)據(jù)安全的關系是逐步緊密的，防范的重要性也逐層加強，從外到內、由表及里保證數(shù)據(jù)的安全。下面就安全框架的三個層次展開論述。

　　2.網絡系統(tǒng)層次安全技術

　　從廣義上講，數(shù)據(jù)庫的安全首先依賴于網絡系統(tǒng)。隨著Internet的發(fā)展和普及，越來越多的公司將其核心業(yè)務向互聯(lián)網轉移，各種基于網絡的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，面向網絡用戶提供各種信息服務。可以說網絡系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫應用的外部環(huán)境和基礎，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)要發(fā)揮其強大作用離不開網絡系統(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）也要通過網絡才能訪問數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)。網絡系統(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絡系統(tǒng)開始的。網絡入侵試圖破壞信息系統(tǒng)的完整性、機密性或可信任的任何網絡活動的集合，具有以下特點：

　　a)沒有地域和時間的限制，跨越國界的攻擊就如同在現(xiàn)場一樣方便；

　　b)通過網絡的攻擊往往混雜在大量正常的網絡活動之中，隱蔽性強；

　　c)入侵手段更加隱蔽和復雜。

　　計算機網絡系統(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)報文修改(Modification of Message)；

　　d)拒絕服務(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）、應用軟件攻擊等。這些安全威脅是無時、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。
　　
　　從技術角度講，網絡系統(tǒng)層次的安全防范技術有很多種，大致可以分為防火墻、入侵檢測、協(xié)作式入侵檢測技術等。

　　(1)防火墻是應用最廣的一種防范技術

　　作為系統(tǒng)的第一道防線，其主要作用是監(jiān)控可信任網絡和不可信任網絡之間的訪問通道，可在內部與外部網絡之間形成一道防護屏障，攔截來自外部的非法訪問并阻止內部信息的外泄，但它無法阻攔來自網絡內部的非法操作。它根據(jù)事先設定的規(guī)則來確定是否攔截信息流的進出，但無法動態(tài)識別或自適應地調整規(guī)則，因而其智能化程度很有限。防火墻技術主要有三種：數(shù)據(jù)包過濾器(Packet Filter)、代理(Proxy)和狀態(tài)分析(Dtateful Inspection)。現(xiàn)代防火墻產品通常混合使用這幾種技術。

　　(2)入侵檢測(IDS—Instrusion Detection System)是近年來發(fā)展起來的一種防范技術

　　綜合采用了統(tǒng)計技術、規(guī)則方法、網絡通信技術、人工智能、密碼學、推理等技術和方法，其作用是監(jiān)控網絡和計算機系統(tǒng)是否出現(xiàn)被入侵或濫用的征兆。1987年，Derothy Denning首次提出了一種檢測入侵的思想，經過不斷發(fā)展和完善，作為監(jiān)控和識別攻擊的標準解決方案，ids系統(tǒng)已經成為安全防御系統(tǒng)的重要組成部分。

　　入侵檢測采用的分析技術可分為三大類：簽名、統(tǒng)計和數(shù)據(jù)完整性分析法。 #p#副標題#e#

①簽名分析法

　　主要用來監(jiān)測對系統(tǒng)的已知弱點進行攻擊的行為。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。簽名分析實際上是一種模板匹配操作。

　　②統(tǒng)計分析法

　　以統(tǒng)計學為理論基礎，以系統(tǒng)正常使用情況下觀察到的動作模式為依據(jù)來判別某個動作是否偏離了正常軌道。
　　
　　③數(shù)據(jù)完整性分析法

　　以密碼學為理論基礎，可以查證文件或者對象是否被別人修改過。

　　ids的種類包括基于網絡和基于主機的入侵監(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)、實時和非實時的入侵監(jiān)測系統(tǒng)等。

　　(3)協(xié)作式入侵監(jiān)測技術

　　獨立的入侵監(jiān)測系統(tǒng)不能夠對廣泛發(fā)生的各種入侵活動都做出有效的監(jiān)測和反應，為了彌補獨立運作的不足，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)測組件之間自動地交換信息，并且通過信息的交換得到了對入侵的有效監(jiān)測，可以應用于不同的網絡環(huán)境。

　　3.宿主操作系統(tǒng)層次安全技術

　　操作系統(tǒng)是大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運行平臺，為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供一定程度的安全保護。目前操作系統(tǒng)平臺大多數(shù)集中在Windows Nt和Uunix，安全級別通常為c1、c2級。主要安全技術有操作系統(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算機的安全設置，包括密碼策略、賬戶鎖定策略、審核策略、IP安全策略、用戶權利指派、加密數(shù)據(jù)的恢復代理以及其它安全選項。具體可以體現(xiàn)在用戶賬戶、口令、訪問權限、審計等方面。

　　◆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)提供一道驗證。

　　◆訪問權限：規(guī)定用戶的權限。

　　◆審計：對用戶的行為進行跟蹤和記錄，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絡管理員對系統(tǒng)實施安全管理所采取的方法及策略。針對不同的操作系統(tǒng)、網絡環(huán)境需要采取的安全管理策略一般也不盡相同，其核心是保證服務器的安全和分配好各類用戶的權限。

　　數(shù)據(jù)安全主要體現(xiàn)在以下幾個方面：數(shù)據(jù)加密技術、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)存儲的安全性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩缘取？梢圆捎玫募夹g很多，主要有Kerberos認證、Ipsec、SSL、TLS、VPN（pptp、l2tp）等技術。

　　4.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)層次安全技術

　　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)安全機制非常強大，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系式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其安全性功能很弱，這就導致數(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為是b2級的安全技術措施。

　　數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)層次安全技術主要是用來解決這一問題，即當前面兩個層次已經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)必須有一套強有力的安全機制。解決這一問題的有效方法之一是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫文件進行加密處理，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不同層次實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的加密，這三個層次分別是OS層、DBMS內核層和DBMS外層。

　　(1)在OS層加密

　　在OS層無法辨認數(shù)據(jù)庫文件中的數(shù)據(jù)關系，從而無法產生合理的密鑰，對密鑰合理的管理和使用也很難。所以，對大型數(shù)據(jù)庫來說，在OS層對數(shù)據(jù)庫文件進行加密很難實現(xiàn)。

　　(2)在DBMS內核層實現(xiàn)加密

　　這種加密是指數(shù)據(jù)在物理存取之前完成加/解密工作。這種加密方式的優(yōu)點是加密功能強，并且加密功能幾乎不會影響DBMS的功能，可以實現(xiàn)加密功能與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的無縫耦合。其缺點是加密運算在服務器端進行，加重了服務器的負載，而且DBMS和加密器之間的接口需要DBMS開發(fā)商的支持。 #p#副標題#e#

◆定義加密要求工具；

　　◆DBMS；

　　◆數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)；

　　◆加密器（軟件或硬件）。

　　(3)在DBMS外層實現(xiàn)加密

　　比較實際的做法是將數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)做成DBMS的一個外層工具，根據(jù)加密要求自動完成對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的加/解密處理：
　　
　　◆定義加密要求工具加密器；
　　
　　◆軟件或硬件；

　　◆DBMS；

　　◆數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)。

　　采用這種加密方式進行加密，加/解密運算可在客戶端進行，它的優(yōu)點是不會加重數(shù)據(jù)庫服務器的負載并且可以實現(xiàn)網上傳輸?shù)募用埽秉c是加密功能會受到一些限制，與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的耦合性稍差。

　　下面我們進一步解釋在DBMS外層實現(xiàn)加密功能的原理：

　　數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)分成兩個功能獨立的主要部件：一個是加密字典管理程序，另一個是數(shù)據(jù)庫加/解密引擎。數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)將用戶對數(shù)據(jù)庫信息具體的加密要求以及基礎信息保存在加密字典中，通過調用數(shù)據(jù)加/解密引擎實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫表的加密、脫密及數(shù)據(jù)轉換等功能。數(shù)據(jù)庫信息的加/解密處理是在后臺完成的，對數(shù)據(jù)庫服務器是透明的。

　　◆加密字典管理程序；
　　◆加密系統(tǒng)；

　　◆應用程序；

　　◆數(shù)據(jù)庫加解密引擎；

　　◆數(shù)據(jù)庫服務器；

　　◆加密字典；

　　◆用戶數(shù)據(jù)。

　　按以上方式實現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)具有很多優(yōu)點：首先，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的最終用戶是完全透明的，管理員可以根據(jù)需要進行明文和密文的轉換工作；其次，加密系統(tǒng)完全獨立于數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)，無須改動數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密功能；第三，加解密處理在客戶端進行，不會影響數(shù)據(jù)庫服務器的效率。

　　數(shù)據(jù)庫加/解密引擎是數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)的核心部件，它位于應用程序與數(shù)據(jù)庫服務器之間，負責在后臺完成數(shù)據(jù)庫信息的加/解密處理，對應用開發(fā)人員和操作人員來說是透明的。數(shù)據(jù)加/解密引擎沒有操作界面，在需要時由操作系統(tǒng)自動加載并駐留在內存中，通過內部接口與加密字典管理程序和用戶應用程序通訊。數(shù)據(jù)庫加/解密引擎由三大模塊組成：加/解密處理模塊、用戶接口模塊和數(shù)據(jù)庫接口模塊。其中，“數(shù)據(jù)庫接口模塊”的主要工作是接受用戶的操作請求，并傳遞給“加/解密處理模塊”，此外還要代替“加/解密處理模塊”去訪問數(shù)據(jù)庫服務器，并完成外部接口參數(shù)與加/脫密引擎內部數(shù)據(jù)結構之間的轉換。“加/解密處理模塊”完成數(shù)據(jù)庫加/解密引擎的初始化、內部專用命令的處理、加密字典信息的檢索、加密字典緩沖區(qū)的管理、SQL命令的加密變換、查詢結果的脫密處理以及加脫密算法實現(xiàn)等功能，另外還包括一些公用的輔助函數(shù)。

　　數(shù)據(jù)加/解密處理的主要流程如下：

　　1)對SQL命令進行語法分析，如果語法正確，轉下一步；如不正確，則轉6)，直接將SQL命令交數(shù)據(jù)庫服務器處理。

　　2)是否為數(shù)據(jù)庫加/脫密引擎的內部控制命令？如果是，則處理內部控制命令，然后轉7)；如果不是則轉下一步。

　　3)檢查數(shù)據(jù)庫加/脫密引擎是否處于關閉狀態(tài)或SQL命令是否只需要編譯？如果是則轉6)，否則轉下一步。

　　4)檢索加密字典，根據(jù)加密定義對SQL命令進行加脫密語義分析。

　　5)sql命令是否需要加密處理？如果是，則將SQL命令進行加密變換，替換原SQL命令，然后轉下一步；否則直接轉下一步。

　　6)將sql命令轉送數(shù)據(jù)庫服務器處理。

　　7)sql命令執(zhí)行完畢，清除SQL命令緩沖區(qū)。

　　以上以一個例子說明了在DBMS外層實現(xiàn)加密功能的原理。

　　5.結束語

　　本文對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全防入侵技術進行綜述，提出了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全體系三個層次框架，并對三個層次的技術手段展開描述。文中還以在DBMS外層實現(xiàn)加密功能的原理為例，詳細說明了如何應用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)層次的安全技術。

　　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全框架的三個層次是相輔相承的，各層次的防范重點和所采取的技術手段也不盡相同，一個好的安全系統(tǒng)必須綜合考慮核運用這些技術，以保證數(shù)據(jù)的安全。