5.2 數(shù)據(jù)庫(kù)安全與數(shù)據(jù)加密
    一、數(shù)據(jù)庫(kù)安全的重要性及基本安全要求：
    1、數(shù)據(jù)庫(kù)安全的重要性：
    數(shù)據(jù)庫(kù)的安全之所以重要，主要有以下幾方面的原因：
    （1）數(shù)據(jù)庫(kù)中存放著大量的數(shù)據(jù)由許多用戶所共享，而各個(gè)用戶又有各種不同的職責(zé)和權(quán)限。
    （2）在數(shù)據(jù)庫(kù)中，由于數(shù)據(jù)的冗余度小，數(shù)據(jù)庫(kù)一旦被更改，原來(lái)存儲(chǔ)的數(shù)值就被破壞。
    （3）數(shù)據(jù)庫(kù)的安全涉及到應(yīng)用軟件的安全與數(shù)據(jù)的安全。
    2、數(shù)據(jù)庫(kù)面臨的安全威脅：
    數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是運(yùn)行在信息系統(tǒng)中的大量的程序，因此數(shù)據(jù)庫(kù)的安全所涉及的不僅是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)功能的本身，而且可能來(lái)自其他各方面。
    對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)安全的威脅按其內(nèi)容可劃分為以下三類：
    （1）系統(tǒng)內(nèi)部的：
    ①數(shù)據(jù)庫(kù)：未授權(quán)的非法存取、篡改數(shù)據(jù)。如數(shù)據(jù)庫(kù)管理售貨員地?cái)?shù)據(jù)的使用權(quán)限不進(jìn)行嚴(yán)格管理；對(duì)用戶在計(jì)算機(jī)上的活動(dòng)沒有進(jìn)行監(jiān)督。
    ②計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：硬件的保護(hù)機(jī)制不起作用，因故障引起信息破壞或丟失；軟件保護(hù)功能失效也會(huì)造成信息泄露。
    ③通信網(wǎng)絡(luò)：終端安裝在不安全的環(huán)境，產(chǎn)生電磁輻射而被竊聽，以及通信線路上的串音泄露。
    （2）人為的：
    ①授權(quán)者：制定了不正確、不安全的防護(hù)策略和安全規(guī)則說明；
    ②操作者：復(fù)制和泄露機(jī)密、敏感的數(shù)據(jù)信息；
    ③系統(tǒng)程序員：繞過安全檢查機(jī)構(gòu)，使安全機(jī)構(gòu)失效，或是安裝不安全的操作系統(tǒng)；
    ④應(yīng)用程序員：編寫違反規(guī)定的程序侵入，如“特洛伊木馬”軟件；
    ⑤終端用戶：偽裝或欺騙鑒別機(jī)構(gòu)，非法泄露授權(quán)信息，以及數(shù)據(jù)輸入或處理中的錯(cuò)誤。
    （3）外部環(huán)境：
    ①自然災(zāi)害，如火災(zāi)、水災(zāi)、雷電、地震等造成的；
    ②有意的襲擊，如黑客的入侵、計(jì)算機(jī)病毒侵入系統(tǒng)等。
    顯然不安全因素是廣泛的，但是其后果均可導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息的泄露、更改和破壞。
    3、數(shù)據(jù)庫(kù)的基本安全要求及主要安全特點(diǎn)：
    ●數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性是指保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)以防止惡意的破壞和非法的存取所造成的數(shù)據(jù)直接或間接的泄露、更改或破壞，尤其是涉及國(guó)家安全、或?qū)碛姓呃ωP(guān)時(shí)，這是必須確保的頭等重要的性能指標(biāo)，也是數(shù)據(jù)庫(kù)的最基本的安全要求，即要保證數(shù)據(jù)的安全。
    ● 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要安全特點(diǎn)有以下幾方面：
    （1）數(shù)據(jù)庫(kù)中信息眾多，作為需要保護(hù)的客體也多，其中的各種信息，如文件、記錄、字段等，其安全管理要求都不盡相同。
    （2）數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的生命周期要長(zhǎng)一些，需要長(zhǎng)期保護(hù)的數(shù)據(jù)的安全要求自然就高。
    （3）在地理上分布范圍較廣的開放型系統(tǒng)，用戶多且分散，敵友混雜。集中的數(shù)據(jù)信息集的共享訪問，使得原本就眾多的威脅，變得更加復(fù)雜，已經(jīng)形成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)安全的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。
    （4）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中受保護(hù)的客體可能具有復(fù)雜的邏輯結(jié)構(gòu)，若干復(fù)雜的邏輯結(jié)構(gòu)可能映射致到同一物理數(shù)據(jù)客體之上。
    （5）不同的結(jié)構(gòu)層，如內(nèi)模式和外模式要求有不同的安全保護(hù)。
    （6）數(shù)據(jù)庫(kù)安全要涉及數(shù)據(jù)的語(yǔ)義、語(yǔ)法及數(shù)據(jù)的物理表示。要防止因模糊，歧義而導(dǎo)致泄露的危害。而數(shù)據(jù)的語(yǔ)法上的疏忽，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)安全上的漏洞。
    （7）數(shù)據(jù)庫(kù)中有些數(shù)據(jù)是敏感數(shù)據(jù)，需要防范由非敏感數(shù)據(jù)推導(dǎo)出敏感數(shù)據(jù)的推理攻擊。
    二、數(shù)據(jù)庫(kù)的安全保護(hù)機(jī)制及安全性控制方法：
    1、安全保護(hù)機(jī)制
    （1）安全的操作系統(tǒng)：
    一個(gè)安全的操作系統(tǒng)至少提供如下功能：
    ①能夠防止對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和用戶程序的非法修改；
    ②能夠保護(hù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)不被非法修改；
    ③能夠保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，不讓除數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)外的其他程序修改；
    ④能認(rèn)證數(shù)據(jù)庫(kù)的合法用戶，當(dāng)非法用戶進(jìn)入時(shí)能及時(shí)報(bào)警；
    ⑤能正確地實(shí)現(xiàn)通常的輸入/輸出（I/O）操作；
    ⑥安全通信，即用戶通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，操作系統(tǒng)能夠提供安全的通信功能。
    （2）安全的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）
    可供運(yùn)行的安全的DBMS應(yīng)做到：
    ①保證數(shù)據(jù)具備抗攻擊性，能夠抵御物理破壞（如突然斷電或其他災(zāi)害等）；
    ②進(jìn)行用戶識(shí)別和訪問控制，即能進(jìn)行用戶身份的識(shí)別和驗(yàn)證，限制用戶只能訪問他所授權(quán)的數(shù)據(jù)，對(duì)不同的用戶限制在不同的狀態(tài)下進(jìn)行訪問。
    ③保證合法用戶能順利地訪問數(shù)據(jù)庫(kù)中授權(quán)的數(shù)據(jù)和一般的數(shù)據(jù)，不會(huì)出現(xiàn)拒絕服務(wù)的情況，并能進(jìn)行安全的通信。
    數(shù)據(jù)庫(kù)安全管理過程（P180圖5—2）
    2、數(shù)據(jù)庫(kù)安全性控制的一般方法：
    ● 數(shù)據(jù)庫(kù)的安全技術(shù)主要有三種：口令保護(hù)、數(shù)據(jù)加密、存取控制。
    （1）口令保護(hù)：
    口令設(shè)置是信息系統(tǒng)的第一道屏障。
    “零知識(shí)證明”（簡(jiǎn)稱零式方式）口令管理方式能在程度上確保使用者是合法用戶。零式方式的關(guān)鍵是必須有一個(gè)絕對(duì)可靠的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)安全管理員，當(dāng)一個(gè)用戶需進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，安全員對(duì)他的身份進(jìn)行驗(yàn)證。具體工作步驟如下：
    ①用戶取一個(gè)隨機(jī)數(shù)，并將它與其所持的密鑰一并處理，將結(jié)果傳送給數(shù)據(jù)庫(kù)安全管理員。
    ②數(shù)據(jù)庫(kù)安全管理員取一隨機(jī)數(shù)，并將該隨機(jī)數(shù)傳送給用戶。
    ③用戶將接收到的隨機(jī)數(shù)同自己的密鑰一并處理，并將結(jié)果再一次傳送給數(shù)據(jù)庫(kù)安全管理員。
    ④數(shù)據(jù)庫(kù)安全管理員檢查這個(gè)回答是否正確。若正確，則對(duì)其真實(shí)身份的懷疑就減少了一半；如果不正確，則停止用戶的進(jìn)一步活動(dòng)。
    以上四個(gè)步驟可連續(xù)重復(fù)幾十次。如果每次回答均正確，則數(shù)據(jù)庫(kù)安全管理員對(duì)用戶身份的懷疑可減少到零。這時(shí)，該用戶便被確認(rèn)為事法用戶。
    （2）數(shù)據(jù)加密。
    是信息系統(tǒng)安全中最重要的技術(shù)措施之一，具有廣泛的用途。
    （3）存取控制。
    存取控制通常采用以下兩種措施：
    ①識(shí)別與驗(yàn)證訪問系統(tǒng)的用戶。
    ②決定用戶訪問權(quán)限。
    用戶可分為幾種類型并授以不同的權(quán)限：
    特殊用戶：即系統(tǒng)管理員，具有級(jí)別的特權(quán)，可對(duì)系統(tǒng)任何資源進(jìn)行訪問，并且有所有類型的訪問、操作能力。
    一般用戶：系統(tǒng)的一般用戶，其訪問操作要受到一定的限制，通常需要由系統(tǒng)管理員來(lái)為其分配訪問操作權(quán)限。
    審計(jì)用戶：負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)范圍的安全控制與資源使用情況的審計(jì)。
    作廢用戶：被拒絕訪問系統(tǒng)的用戶，可能是非法用戶。
    三、數(shù)據(jù)加密技術(shù)
    數(shù)據(jù)加密：就是按確定的加密交換方法（即加密算法）對(duì)需要保護(hù)的數(shù)據(jù)（明文）作處理，使其成為難以識(shí)讀的數(shù)據(jù)（密文）。
    數(shù)據(jù)解密：數(shù)據(jù)加密的逆過程，即由密文按對(duì)應(yīng)的解密變換方法（解密）恢復(fù)出明文的過程稱為數(shù)據(jù)解密。
    通常加密和解密算法的操作都是在一組密鑰的控制下進(jìn)行的，分別稱為加密密鑰和解密密鑰。
    密鑰是加密體系的核心，其形式可以是量組數(shù)字、符號(hào)、圖形或代表它們的任何形式的電信號(hào)。密鑰的產(chǎn)生和變化規(guī)律必須嚴(yán)格保密。
    ● 數(shù)據(jù)加密是用加密算法 E 和加密密鑰 Ke，將明文 X 變換成不易識(shí)讀的密文 Y .記為：Y=Eke（X）
    ● 數(shù)據(jù)解密是用解密算法 D和解密密鑰 Ka，將密文 Y變換成原來(lái)易于識(shí)讀的明文X.記為：X=Dka（Y）
    在信息系統(tǒng)中，對(duì)某信息除意定的授權(quán)接收者外，還有非授權(quán)者，他們通過各種辦法來(lái)竊取信息，稱其為截取者。
    數(shù)據(jù)加密模型
    2、數(shù)據(jù)加密的兩種體制：
    根據(jù)加密密鑰Ke和解密密鑰Kd 是否相同，數(shù)據(jù)加密技術(shù)在體制上分為兩大類：?jiǎn)蚊荑€體制和雙密鑰體制。
    （1）單密鑰體制：
    又叫做常規(guī)密鑰密碼體制，其加密密鑰和解密密鑰是相同的。
    系統(tǒng)的保密性主要取決于密鑰的安全性，必須通過安全可靠的途徑將密鑰送至收端。
    ●單密鑰體制設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
    （P183—P184自己總結(jié)，必須理解掌握其單密鑰的基本原理）
    對(duì)明文加密的方式有兩種：一種是將明文信息按字符逐位地加密，稱之為序列密碼；另一種是將明文信息劃分為固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)組（含多個(gè)字符），逐組地進(jìn)行加密，稱之為分組密碼。
    單密鑰體制中加密和解密的密鑰是相同的，因此密鑰必須保密。
    （2）雙密鑰體制
    雙密鑰體制又叫公開密鑰體制，它最主要的特點(diǎn)就是加密和解密使用不同的密鑰。
    采用雙密鑰體制的每個(gè)用戶都有一對(duì)選定的密鑰，其中加密密鑰（即公開密鑰）PK是公開信息，并可以像電話號(hào)碼一樣進(jìn)行注冊(cè)公布。而解密密鑰（即秘密密鑰）SK是需要保密的。
    加密算法E和解密算法D彼此完全不同。根據(jù)已選定的E和D，即使已知E的完整描述，也不能推導(dǎo)出D.這組加密技術(shù)帶來(lái)了新的變革。
    雙密鑰算法需有如下幾個(gè)條件：
    ①用加密算法E、加密密鑰PK對(duì)明文X加密后，再由解密算法D、解密密鑰SK解密，即可恢復(fù)出明文，可寫成：Dsk（EPK（X））=X .
    ②從公開密鑰PK實(shí)際上是不可能推導(dǎo)出秘密密鑰SK的。
    ③用已選定的明文進(jìn)行分析，不能破譯加密算法E.
    ●雙密鑰體制的原理自己看書，必須掌握（P185）
    雙密體制的主要缺點(diǎn)是速度問題。常用的單密鑰加密算法顯著地快于任何可用的雙密鑰的加密算法。
    ●對(duì)加密技術(shù)而言，的解決辦法是將雙密鑰體制和單密鑰體制結(jié)合起來(lái)，以得到兩者的優(yōu)點(diǎn)，即安全性和速度。
    3、數(shù)據(jù)加密技術(shù)的安全性：
    主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
    （1）加密、解密算法的設(shè)計(jì)。
    （2）密鑰的管理。
    密鑰是影響系統(tǒng)安全的關(guān)鍵因素，密鑰的管理包括密鑰的產(chǎn)生、選擇、存儲(chǔ)、分配、變換、改變、銷毀等多方面問題。信息系統(tǒng)的安全性取決于密鑰的管理。