基于Logic SQL的B1级安全数据库的设计与实现

第２４卷第３期　２００６年９月　贵　州　科　学　

ＧＵＩＺＨ０Ｕ　ＳＣＩＥＮＣＥ　Ｖｏ１．２４．Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２００６　

基于Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ的Ｂ１级安全数据库的　

设计与实现　

马新强　，王保华　，李丹宁　，章　衡　，李　丹　

（１．贵州大学信息工程学院，贵州　贵阳５５０００３；２．贵州科学院，贵州　贵阳５５０００１）　

摘要基于对Ｂ１级安全数据库的研究与分析，介绍了２个数据库安全模型：Ｂｅｌ１．Ｌａ　Ｐａｄｕｌａ模型、基于角色的　访问控制模型（ＲＢＡＣ）；结合ＬＯｇｉｃＳＱＬ数据库的研究，设计了其Ｂ１级安全模型。主要从ＬＯｇｉｃＳＱＬ的用户身份　认证、自主访问控制、基于角色的访问控制、强制访问控制、安全标签和审计等几个方面进行了讨论。　关键词ＬＯｇｉｃＳＱＬ；ＢＬＰ；基于角色的访问控制；自主访问控制；强制访问控制；ＬＯｇｉｃＳＱＬ标签　中图分类号ＴＰ１１　文献标识码Ａ　文章编号１００３－６５６３（２００６）０３－００５２—０５　

ＴＨＥ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　ＡＮＤ　ＤＥＳＩＧＮ　ＯＦ　Ｂ１　ＳＥＣＵＲＥ　ＤＡＴＡＢＡＳＥ　

ＢＡＳＥＤ　ＯＮ　ＬＯＧＩＣ　ＳＱＬ　

ＭＡ　Ｘｉｎ．ｑｉａｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｂａｏ—ｈｕａ　，ＬＩ　Ｄａｎ—ｎｉｎｇ　，ＺＨＡＮＧ　ｔｔｅｎｇ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　５５０００３；２．Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉ－　ｅｎｃｅｓ，Ｇｕｉｙａｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　５５０００１）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｏｆ　Ｂ　１　Ｓｅｃｕｒｅ　Ｄａｔａｂａｓｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　Ｂｅｌｌ－Ｌａ　Ｐａｄｕｌａ　ａｎｄ　Ｒｏｌｅ－Ｂａｓｅｄ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　Ｂ１　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ　ｄａｔａｂａｓｅ．　Ｗｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｓｏｍｅ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　Ｕｓｅｒ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ，Ｄｉｓｃｒｅｔｉｏｎａｒｙ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｒｏｌｅ－　Ｂａｓｅｄ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｍａｎｄａｔｏｒｙ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ　Ｌａｂｅｌ，ａｎｄ　Ａｕｄｉｔ．　ＫＥＹＷＯＲＤＳ　Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ；ＢＬＰ；ＲＢＡＣ；ＤＡＣ；ＭＡＣ；Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ　Ｌａｂｅｌ　

１　引言　

随着计算机和网络技术的发展和日益普及，计　

算机信息的安全就日益成为系统成败的关键要素。　

而数据库作为信息的载体，它在信息技术中占据着　

越来越重要的作用，其安全同样占据着越来越重要　

的作用。它的安全自然就成了信息安全研究领域一　个非常重要的方面。因此国产数据库与操作系统一　样是国家信息基础设施的重要组成部分，是国家信　

息安全的核心基础之一，是国民经济信息化的关键　

技术，也是信息产业的重要支柱之一。如何保证和　

加强数据库系统的安全性和保密性是目前迫切需要　解决的紧迫课题，其对于国家信息安全、国民经济信　

息化以及软件产业发展的重要性已经被广泛接受。　

在中国市场上，国外数据库产品的最高安全等级为　

ｃ２级，更高级别的数据库产品是限制对我国出Ｅｌ　的；要使用Ｂ１以上级别的安全数据库只有在基于　

收稿日期：２００６—０１—１８　基金项目：贵州省优秀科技教育人才省长专项基金项目，黔省专合字（２００５）８８号。　作者简介：马新强（１９７９一），男，在读硕士研究生。研究方向：数据库安全与人工智能。李丹宁（１９６１一），男，贵州科学院副院长，副研究员　硕士生导师。研究方向：数字地球。

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拥有全部源代码和自主知识产权的数据库管理系统　

基础上进行开发。Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ　数据库正式在此基　

础上而开发的国产数据库。　

本文首先介绍了数据库常用的安全策略模型：　

Ｂｅｌｌ—Ｌａ　Ｐａｄｕｌａ模型　】、基于角色的访问控制模型　

（ＲＢＡＣ）　等；然后从Ｂｌ级别安全数据库的角度分　

析和研究了Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ的安全模型及安全机制。本　

文主要从Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ的自主访问控制ＤＡＣ　（Ｄｉｓ—　

ｃｒｅｔｉｏｎａｒｙ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏ１）、强制访问控制ＭＡＣ（Ｍａｎ—　

ｄａｔｏｒｙ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏ１）、安全标签（Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ　Ｌａｂｅ１）　和审计（Ａｕｄｉｔ）等几个方面进行了讨论。　

２　Ｂ１级别安全数据库常用模型　

２．１　Ｂｅｌｌ－Ｌａ　Ｐａｄｕｌａ模型　ＢＬＰ模型是１９７６年由Ｂｅｌｌ和Ｌａ　Ｐａｄｕｌａ提出的　

强制存取控制模型　］，它定义了系统中用户与对象　

的之间的关系。把系统中的对象称为客体（０ｂ—　

ｊｅｃｔ），用户称为主体（Ｓｕｂｊｅｃｔ），ＢＬＰ模型中的所有　

主体和客体都有一个标签，用Ａ（Ｏ），Ａ（ｓ）分别表示　客体和主体的标签，标签包含两个元素；密级ｃ　

（ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）和类别集合Ｇ（ｓｅｔ　ｏｆ　ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ）组　

成。因此也可用一个二元组（Ｃ，Ｇ）来表示，其中密　

级ｃ是可以比较大小的序列，而类别集合Ｇ则是一　

个位的集合；这些集合可以是包含关系，也可以是不　

包含关系。这样标签之间的关系就有两种：支配关　

系和不可比关系。一个级别Ａ。（Ｃ。，Ｇ　）支配另一个　

级别Ａ：（Ｃ：，Ｇ：）当且仅当Ｃ。≥Ｃ：并且Ｇ　Ｇ：，记为　

Ａ。≥Ａ：。如果两个级别不存在支配关系，则他们不　

可比。　

ＢＬＰ关于读写关系控制的规则如下：　

简单安全特性：主体ｓ能够读客体Ｏ必须满足　

Ａ（　）≥Ａ（。）；　星（　）特性：主体ｓ能够写客体。必须满足　Ａ（　）≤Ａ（。）。　简单安全特性保证主体对客体的“不能上读”，　

而星（　）特性保证主体对客体的“不可下写”。这　

两个特性控制信息只能在同级之间或从低级向高级　

流动（既下读，上写）。　

２．２基于角色的访问控制模型（ＲＢＡＣ）　

基于角色的访问控制模型　（Ｒｏｌｅ—Ｂａｓｅｄ　Ａｃ—　

ｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＲＢＡＣ）的概念早在２０世纪７０年代由　

美国Ｇｅｏｔｇｅ　Ｍａｓｏｎ大学的Ｒａｖｉ　Ｓａｎｄｕ教授提出，但　

在相当长的一段时间内没有得到人们的关注。进入　

９０年代，由于安全需求的发展，ＲＢＡＣ又引起了人　

们极大的关注。ＲＢＡＣ中涉及的基本元素包括用户　

（Ｕｓｅｒ）、角色（Ｒｏｌｅ）、访问权（Ｐｅｒｍｉｓｓｉｏｎ）和会话　

（Ｓｅｓｓｉｏｎｓ）。ＲＢＡＣ与传统访问控制的差别在于在　

用户和访问许可权之间引入了角色这一层。角色是　

一组用户和一组操作权限的集合，角色中所属的用　

户可以有权执行这些操作权限。用户与角色间是多　

对多的关系，角色与访问许可权之间也是多对多关　

系。当用户登录到ＲＢＡＣ系统时会得到一个会话，　

这个会话可能激活的角色是该用户全部角色的一个　

子集。角色可以根据实际的工作需要生成或取消，　

而且用户也可以根据自己的需要动态激活自己拥有　

的角色，这样避免了用户无意中危害系统安全，而且　

容易实施最小特权原则　Ｊ。由于数据库应用层的　

角色的逻辑意义更为明显和直接，因此ＲＢＡＣ非常　

适用于数据库应用层的安全模型。如图ｌ：ＲＢＡＣ的　

核心模型。　

ＲＢＡＣ的优点主要在以下几个方面：　

２．２．１角色控制相对独立，根据配置可使某些角色　

接近ＤＡＣ，某些角色接近ＭＡＣ。因此ＲＢＡＣ既可以　

构造出ＤＡＣ系统，也可以构造出ＭＡＣ系统，还可以　

构造出同时具备ＤＡＣ和ＭＡＣ的系统。　

２．２．２　ＲＢＡＣ是一种策略无关的访问控制技术，它　

不局限于特定的安全策略，几乎可以描述任何的安　

图１　ＲＢＡＣ的核心模型　Ｆｉｇ．１　Ｃｏｒｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ

　ＲＢＡＣ　维普资讯 http://www.cqvip.com ５４　贵州科学　２４卷　

全策略，甚至ＤＡＣ和ＭＡＣ也可以用ＲＢＡＣ来描述。　

２．２．３　ＲＢＡＣ具有自管理的能力。利用ＲＢＡＣ思　

想产生出的ＡＲＢＡＣ（Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｖｅ　ＲＢＡＣ）模型能　

够很好地实现对ＲＢＡＣ的管理。　

３　Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ安全型数据库的研究与设计　

对于大型通用数据库系统Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ是有加拿　

大阿尔伯达大学计算机系终身教授袁立言博士研制　的，并在上海成立实方软件公司【４　进一步开发，其　

Ｂ１及以上级别的安全有贵州科学院进行开发研制。　

由于其创新的核心技术——ｆ０硼ｕｌａ　ｌｏｃｋ和逻辑并　

发控制，使得按照国际公认的测试标准（ＴＰＣ．Ｃ　

ｂｅｎｃｈｍａｒｋ　ｔｅｓｔｓ）测试指标（在中小型服务器上）达　

到或超过美国的主流产品。正如２００２年ｌ１月，科　

技部８６３数据库重大专项总体专家组评语所说：　

“这是近几年内中国能与美国主流数据库产品抗衡　

的唯一希望”。Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ的安全模型正是基于上述　

的Ｂｅｌ１．Ｌａ　Ｐａｄｕｌａ模型和角色的访问控制模型　（ＲＢＡＣ）等而设计的。Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ的Ｂ１级别安全具　

体设计如下：包括用户安全策略、自主访问控制　

ＤＡＣ（Ｄｉｓｃｒｅｔｉｏｎａｒｙ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏ１）、强制访问控制　

ＭＡＣ（Ｍａｎｄａｔｏｒｙ　Ａｅｅ６ｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏ１）、安全标签（Ｌｏｇｉｃ　

ＳＱＬ　Ｌａｂｅ１）和审计（Ａｕｄｉｔ）。　

３．１用户安全策略　

数据库用户是连接数据库、存取数据库对象　

（表和记录等）的通道。通过对数据库用户账户的　

管理达到实现数据库系统的安全目的　。Ｌｏｇｉｃ　

ＳＱＬ数据库提供两种认证机制：数据库认证和操作　

系统认证。若采用数据库认证方式，则每个数据库　

用户都必须有唯一的数据库用户名和密码，在连接　

数据库时输入。每个ＳＱＬ．ｓｅｓｓｉｏｎ都有一个ＳＱＬ—　

ｓｅｓｓｉｏｎ用户认证，这个用户人证是参考当前的活动　

用户和会话用户；它也能被ＳＥＬＥＣＴ　ＣＵＲＲＥＮＴ—ＵＳ—　

ＥＲ　ＦＲ０Ｍ　ＩＮＦ０ＲＭＡＴ１０Ｎ—ＳＣＨＥＭＡ．ｄｕａｌ所查询。　若才用操作系统认证，则不需要数据库拥护名和密　

码，只需将操作系统中该用户的用户名传给数据库　

服务器，数据库服务器在连接完成之前判断次用户　

是否被授权访问数据库。　

３．２自主访问控制机制（ＤＡＣ）　

自主访问控制ＤＡＣ　（Ｄｉｓｃｒｅｔｉｏｎａｒｙ　Ａｃｃｅｓｓ　

Ｃｏｎｔｒｏ１）就是根据用户持有的特权限制其对数据库　客体的访问，用来ｎｅｅｄ．ｔｏ．ｋｎｏｗ访问控制。在Ｌｏｇｉｃ　

ＳＱＬ数据库中的客体指：数据库、表、视图、触发器、　

存储过程、函数、包、索引等数据库中的对象。有两　

种类型的特权：系统特权和客体特权。系统特权指　

允许执行数据库内的特定操作；Ｌｏｇｉｃ　ＳＱＬ数据库中　

的系统特权命令有：ＣＲＥＡＴＥ　ＵＳＥＲ、ＤＲＯＰ　ＵＳＥＲ、　

ＡＬＴＥＲ　ＵＳＥＲ、ＳＥＴ　ＳＥＳＳＩＯＮ　ＵＳＥＲ、ＧＲＡＮＴ　ＰＲＩＶＩ．　

ＬＥＧＥ、ＲＥＶＯＫＥ　ＰＲＩＶＩＬＥＧＥ等。客体特权指在一