数据库原理与应用13 数据库安全性

郑捷

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关系查询处理和查询优化

• 查询优化的概念• 查询的步骤• 查询优化• 代数优化• 物理优化

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查询的步骤

• 查询分析• 查询检查• 查询优化• 查询执行

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优化器性能高的原因

• 可以从数据字典获取统计信息• 自动更新统计信息，选择优化路径• 考虑所有可能的执行计划• 包含多种优化技术

• 总代价： I/O+CPU+ 内存 + 通信

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• 启发式优化适合于解释性执行的场合• 边解释，边查询统计信息等，并进行执行• 对于编译或者半编译执行的场合，需要采用基于

代价的优化方法

基于代价的优化

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• 单字段索引 与 复合索引• 唯一索引 与 非唯一索引• 聚集索引 与 非聚集索引

• 在查询中的作用

• 索引的代价

索引的分类和作用

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数据库安全性

• 安全概述• 安全性控制– 用户识别– 自主与强制存取控制– 授权与回收，角色

• 视图• 审计、加密、统计安全• SQL Server 的安全体系

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安全问题的来源

• 问题的提出– 数据库的一大特点是数据可以共享– 数据共享必然带来数据库的安全性问题– 数据库系统中的数据共享不能是无条件的共享– 例：军事秘密、国家机密、新产品实验数据、商业信

息、客户档案、医疗档案、银行储蓄数据等等……

• 带来问题：数据库安全性

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计算机系统安全

• 计算机系统安全性– 为计算机系统建立和采取的各种安全保护措施，以保

护计算机系统中的硬件、软件及数据，防止其因偶然或恶意的原因使系统遭到破坏，数据遭到更改或泄露等。

• 三类计算机系统安全性问题– 技术安全类– 管理安全类– 政策法律类

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安全标准

• TCSEC 标准： TCSEC/TDI• CC 标准

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计算机系统安全设置

• 普通计算机，安全措施采取层层控制

• 用户 DBMS OS DB

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常用数据库控制方式

• 用户标识与鉴别• 存取控制• 授权与回收• 强制存取控制

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授权与回收

• 授权首先是个策略问题• 数据库管理系统负责实施

• 授权分为可传播的与不可传播的

• 授权主要针对某个对象上的某个操作的权限

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角色

• 数据库对授权，一般通过角色的方式进行• 角色是一组权限的集合• 每个用户可以在数据库中扮演多种不同角色，每

个角色可以由多个不同用户来扮演，多对多关系• 用户扮演了某个角色后，就具备了这个角色的权

限• 使用角色便于进行权限的集中管理

• 角色分为对数据库内部对象进行控制的对象角色，和对服务器进行控制的服务器角色

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视图

• 视图是一种将数据限制在一定范围内的方式• 对视图进行授权，是对查询的一种更严格的限定

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审计

• 审计是一种事后的监督• 审计的作用是在后台，记录下全部的操作，在事

后供审计人员分析可能出现的问题• 同时也是发生事故后，必要的证据

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数据加密

• 对于敏感性数据，可以对数据进行进一步的加密，只有持有正确密钥的访问者才能获取到真实的数据

• 这样可以避免非法访问者绕过数据库系统直接对数据进行操作

• 缺点是加解密需要耗费系统资源，速度比较慢

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统计数据库安全性

• 一般来说，数据库可能不允许直接查询细节数据，但是允许读取统计数据

• 但是这样的情况下，存在特殊的安全性问题，有一些隐蔽的信息泄露渠道

• 典型的，当数据个数为 1 的时候，最大值、最小值和平均值，都等于原始数据

• 统计安全性是难以解决的问题

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SQL Server的安全机制

• SQL Server 采取 3 层安全机制对数据的安全性进行控制

• 第 1 层，服务器访问控制，采用登录名 + 密码验证的方式，或者联合 Windows身份验证

• 第 2 层，数据库用户控制，每个登录者必须在数据库中有对应的用户名才能访问数据库

• 第 3 层，数据库对象权限控制，用户进入数据库，根据授予的对象权限进行操作

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SQL Server安全机制图示

Windows

SQL Server

DB

table

访问者

Wi ndows帐号

SQL Server登录名

数据库用户

数据库角色

服务器角色

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SQL登录的创建和删除

• exec sp_addlogin [ @loginame = ] 'login' [ , [ @passwd = ] 'password' ] [ , [ @defdb = ] 'database' ]

• 创建一个 SQL登录名，并且指定账号密码以及默认数据库

• exec sp_droplogin [ @loginame = ] 'login'• 删除指定登录名

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Windows账户登录的授权与撤销

• exec sp_grantlogin [@loginame =] 'login'• login 是要添加的 Windows NT 用户或组的名称。

Windows NT 组和用户必须用 Windows NT 域名限定，格式为 "域 \ 用户 " ，例如 London\Joeb

• exec sp_revokelogin [ @loginame = ] 'login'• 撤销登录许可• sp_denylogin [ @loginame = ] 'login' • 拒绝登录• 注意： Windows登录是针对已经存在的 Windows账号或者组，所以不可能去创建或者删除，只能是授权、禁止或者撤销

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添加与删除用户

• exec sp_adduser [ @loginame = ] 'login' [ , [ @name_in_db = ] 'user' ] [ , [ @grpname = ] 'group' ]

• 添加用户实际上是授权某个登录进入本数据库• exec sp_dropuser [ @name_in_db = ] 'user'• 删除用户并没有删除对应的登录名

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特殊的用户

• 在每个数据库中，都有两个特殊的用户• dbo(database owner)– 这是本数据库的拥有者，也是最高权限的所有人– 默认情况下， dbo 将被关联到服务器的管理员账号上

• guest– 这是本数据库的访客，凡是在本数据库中没有对应用

户的登录名，进入本数据库后都将被自动关联到该用户上

– 如果该用户被删除或禁用，则禁止访客进入

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添加与删除数据库角色

• exec sp_addrole [ @rolename = ] 'role'• 添加角色，新添加的角色没有任何成员和权限• exec sp_droprole [ @rolename = ] 'role'• 删除角色• exec sp_helprole [ [ @rolename = ] 'role' ]• 返回某个角色的信息

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为用户分配角色

• sp_addrolemember [ @rolename = ] 'role' , [ @membername = ] 'security_account'

• 为角色添加成员• 被添加的可以是某个用户，也可以是某个角色，即某个角色成为另一个角色的子集

• sp_droprolemember [ @rolename = ] 'role' , [ @membername = ] 'security_account'

• 从角色中删除成员

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为角色或用户赋予权限

• 语句权限：– GRANT { ALL | statement [ ,...n ] }

TO security_account [ ,...n ]• 对象权限：

– GRANT { ALL [ PRIVILEGES ] | permission [ ,...n ] } { [ ( column [ ,...n ] ) ] ON { table | view } | ON { table | view } [ ( column [ ,...n ] ) ] | ON { stored_procedure | extended_procedure } | ON { user_defined_function } } TO security_account [ ,...n ] [ WITH GRANT OPTION ] [ AS { group | role } ]

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拒绝权限

• 语句权限：– DENY { ALL | statement [ ,...n ] }

TO security_account [ ,...n ]

• 对象权限：– DENY

{ ALL [ PRIVILEGES ] | permission [ ,...n ] } { [ ( column [ ,...n ] ) ] ON { table | view } | ON { table | view } [ ( column [ ,...n ] ) ] | ON { stored_procedure | extended_procedure } | ON { user_defined_function } } TO security_account [ ,...n ] [ CASCADE ]

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收回权限

• 语句权限– REVOKE { ALL | statement [ ,...n ] }

FROM security_account [ ,...n ]

• 对象权限：– REVOKE [ GRANT OPTION FOR ]

{ ALL [ PRIVILEGES ] | permission [ ,...n ] } { [ ( column [ ,...n ] ) ] ON { table | view } | ON { table | view } [ ( column [ ,...n ] ) ] | ON { stored_procedure | extended_procedure } | ON { user_defined_function } } { TO | FROM } security_account [ ,...n ] [ CASCADE ] [ AS { group | role } ]

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角色和用户之间的关系

• 角色和用户是一组多对多关系– 一个角色内有多个成员用户– 一个用户可以分别属于 ( 或叫扮演 ) 多个角色

• 角色之间还可以有隶属关系– 一个角色可以拥有另外一系列角色作为成员

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角色、用户和权限

• 可以直接给用户授权• 也可以给角色授权给角色授权时，该权限自动分配到其内的所有用户和子角色中

• 一个用户可以通过直接授权获取权限，也可以通过其所在的角色获取权限，用户可以同时获取多组权限，其实际权限为这些权限的组合

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权限的冲突

• 当一个用户或角色从多个渠道获取权限时，对权限的分配有以下几种情况– 未指定 = 不能操作– 授权 +未指定 = 授权– 授权 + 授权 = 授权– 拒绝 +未指定 =拒绝– 拒绝 +授权 =拒绝

• 特别的，一旦某个权限被拒绝，其他渠道即使明确给其授权，也是无效的

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授权的粒度

• 对于语句，是采取整个语句授权的方式• 对于 INSERT 和 DELETE语句，针对整个表进行授

权• 对于 SELECT 和 UPDATE语句，可以对整表进行授

权，也可以对字段进行授权

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视图与安全

• 视图除了简化查询，还表示对信息的一种不同视角。利用对视图的查询和更新进行授权，可以达到对原始数据的部分授权的目的。– 例如：对表的查询的授权，只能对字段进行限制，不

能根据记录的内容进行限制。而通过带有 WHERE 的视图进行授权，则可以限制只针对部分记录进行查询

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管理员角色

• 除了自定义的角色，服务器和数据库各自提供了一组固有的管理员角色，这些角色表示了对特殊的管理操作的授权

• 服务器角色主要包括对服务器的各项控制，以及添加、删除、附加数据库等

• 数据库角色主要包括对数据库的各种管理操作的控制，以及简化的读、写权限等

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应用程序角色

• 在 SQL Server 中，还提供应用程序角色，供特殊的应用程序连接登录后使用

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安全性在编程中的应用

• 使用不同账号登录数据库获取不同权限，主要是为了让用户之间能够有不同权限

• 在数据库服务器管理上，当一个服务器有可能多人共享时，此功能很实用

• 在目前的软件开发中，往往都是用 sa账号登录服务器，然后通过应用程序内部机制实现用户、角色、权限控制，因此逐步被淡化

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数据库安全性

• 安全概述• 安全性控制– 用户识别– 自主与强制存取控制– 授权与回收，角色

• 视图• 审计、加密、统计安全• SQL Server 的安全体系

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练习与上机习题

• 书面作业：• 275页： 2

• 上机练习：• 148页： 7 、 8 、 9• 要求：先通过企业管理器界面实现，理解各项权

限的含义、粒度等。然后用代码实现，代码细节请参考《 SQL Server联机丛书》

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预习

• 数据库完整性