摘? 要： 對數(shù)據(jù)倉庫安全模型進行了分析，討論了現(xiàn)有的數(shù)據(jù)倉庫安全模型，并對數(shù)據(jù)倉庫安全模型的發(fā)展方向進行了展望。
關鍵詞： 數(shù)據(jù)倉庫? 數(shù)據(jù)倉庫安全? 安全模型
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數(shù)據(jù)倉庫是在以事務處理為主要任務的數(shù)據(jù)庫基礎上發(fā)展起來的,但是它與數(shù)據(jù)庫有著根本的不同。數(shù)據(jù)倉庫的主要特征是面向主題的、集成的、與時間相關的、不可修改的數(shù)據(jù)集合[1]。數(shù)據(jù)倉庫是一種決策支持系統(tǒng),它主要是對企業(yè)決策提供強有力的支持,因此它的安全性更加重要。因為數(shù)據(jù)倉庫中數(shù)據(jù)的丟失將損害企業(yè)的決策,所以數(shù)據(jù)倉庫的安全性相對于數(shù)據(jù)庫來說更為重要。
近幾年來,雖然對數(shù)據(jù)倉庫的研究較多,但是控制對數(shù)據(jù)倉庫的訪問卻是一個正在發(fā)展的技術領域,對數(shù)據(jù)倉庫的安全控制方面的研究仍舊涉及很少。對數(shù)據(jù)倉庫的安全控制和對于傳統(tǒng)的操作型數(shù)據(jù)庫的安全控制是不同的。數(shù)據(jù)倉庫的控制有著更高的復雜性,原因主要在于數(shù)據(jù)倉庫的建立目的與限制對數(shù)據(jù)的訪問是矛盾的;數(shù)據(jù)倉庫中存在著不同粒度的數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)是以多維的方式存在的。這些因素決定了數(shù)據(jù)倉庫安全的研究是一個復雜的領域。目前對于數(shù)據(jù)倉庫安全性的研究還比較少,國內還處于起步階段,但是它卻有著極其重要的現(xiàn)實意義。本文主要是通過對幾個數(shù)據(jù)倉庫安全模型的研究,對數(shù)據(jù)倉庫安全性目前研究的主要內容、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行了分析,并給出了一些模型的應用實例。
1? 數(shù)據(jù)倉庫安全模型
一個好的安全模型是數(shù)據(jù)倉庫安全性的重要保障。現(xiàn)存的許多數(shù)據(jù)倉庫在設計階段都沒有能夠很好地在數(shù)據(jù)倉庫的安全方面進行很好的設計,這使得在數(shù)據(jù)倉庫建成之后再添加關于安全方面的設計時成本大增,而且在數(shù)據(jù)倉庫建成之后再實施安全策略時也比較困難。因此在設計階段就設計好數(shù)據(jù)倉庫的安全模型對于構建一個安全的數(shù)據(jù)倉庫有著極其重要的意義。本文主要分析了四種關于數(shù)據(jù)倉庫和OLAP的安全模型。
1.1 基于元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)倉庫安全模型設計
元數(shù)據(jù)是描述數(shù)據(jù)倉庫內數(shù)據(jù)的結構和建立方法的數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)倉庫中很重要的一部分,它將會影響數(shù)據(jù)倉庫中所有的層次,常被開發(fā)者用來管理控制和開發(fā)數(shù)據(jù)倉庫。元數(shù)據(jù)也是用戶訪問數(shù)據(jù)倉庫的一部分,它常被用來控制訪問控制和分析數(shù)據(jù)。
通過對元數(shù)據(jù)的控制來加強數(shù)據(jù)倉庫的安全性,這種情況下與安全主題和客體相關的訪問規(guī)則被以元數(shù)據(jù)的形式存儲。當一個用戶訪問數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)時,安全查詢機制層將會查詢這個訪問是否被允許。為了保證查詢的正確進行,可通過分析“安全元數(shù)據(jù)”來分析相應的訪問許可機制。
N.Katic于1998年提出一個基于元數(shù)據(jù)的安全模型[2]。這是通過“安全管理者”的方式來實現(xiàn)的。通過它可以管理、定義、描述用戶和用戶群體。此外還設置了一個安全查詢管理層(SQML),它的作用是通過檢查是否允許一個任務的執(zhí)行來過濾用戶的查詢。圖1描述了這個安全模型。
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此模型的主要作用是如果用戶企圖查詢他沒有訪問權限的數(shù)據(jù),則由“安全管理者”和“信息服務器”可以把用戶想查詢而又沒有查詢權限的那部分數(shù)據(jù)過濾掉,而只把他可以訪問的那些數(shù)據(jù)返回給他。這種操作對于用戶來說是透明的,用戶并不知道還有些數(shù)據(jù)他沒有訪問到。數(shù)據(jù)倉庫的信息對于用戶來說好像是提供了他所需要的所有數(shù)據(jù)。這是一個很重要的安全策略,使用戶不知道自己被禁止了部分數(shù)據(jù),因而他不會去試圖訪問他原本看不到的數(shù)據(jù)。這樣也極大地增強了數(shù)據(jù)倉庫中數(shù)據(jù)的安全性。
該模型主要特點是把數(shù)據(jù)倉庫中的元數(shù)據(jù)擴充為二類元數(shù)據(jù):結構元數(shù)據(jù)和訪問元數(shù)據(jù)。利用訪問元數(shù)據(jù)來控制用戶對數(shù)據(jù)倉庫的訪問。充分利用了元數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)倉庫中的作用。通過元數(shù)據(jù)減少了用戶試圖訪問無權訪問的數(shù)據(jù)的可能性,減少了攻擊數(shù)據(jù)倉庫的行為,從而增強了安全性。
1.2 基于角色的數(shù)據(jù)倉庫安全性模型設計
角色是數(shù)據(jù)庫中一個很重要的概念。通過角色的定義可以加強數(shù)據(jù)庫的安全性。由于數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)存儲有著諸多的不同,所以將數(shù)據(jù)庫中角色的實現(xiàn)照搬到數(shù)據(jù)倉庫中是行不通的。
Remzi Kirkgoze,Nevena Katic于1997年提出一種基于角色的OLAP數(shù)據(jù)立方體訪問控制策略[3]。這個模型是一個基于AMAC(Adapted Mandatory Access Control)的控制OLAP多維立方體的安全控制策略。
在這個模型中主要描述了數(shù)據(jù)倉庫中每個角色的安全限制規(guī)則。每個用戶有一個角色,每個角色對應一個安全規(guī)則表。這些規(guī)則表組成了角色的安全限制文件。根據(jù)這個角色安全限制文件,每個用戶可以訪問到他被授權訪問的數(shù)據(jù)。
這個模型是一個只有“角色”作為安全主體(Scurity Subject)的數(shù)據(jù)倉庫安全模型,該模型權限只能賦予角色。安全對象(Secrtity Object)是安全系統(tǒng)中的客體,在OLAP環(huán)境中維表、事實表及它們的屬性都是安全對象。每一個安全主體被授權能對安全對象進行某種操作,這些操作稱為訪問類型。
把每個安全對象應用分段策略得到所有單級片段后,應用謂詞訪問策略得出每種角色能訪問的片段集。假設用戶現(xiàn)在的角色是R,如果他想訪問某個對象,則該系統(tǒng)能產(chǎn)生訪問該對象的片段集合A,并與安全限制規(guī)則表中R能訪問的片段集合B進行比較;如果A包含于B,則系統(tǒng)將處理查詢,否則將被拒絕訪問。
此模型的特點是能為不同的子立方體賦予不同角色,并能為系統(tǒng)用戶賦予不同角色,達到靈活性與安全性的統(tǒng)一。此模型是對于關系型數(shù)據(jù)庫中基于角色的訪問控制的一種擴展,是角色的訪問控制在數(shù)據(jù)倉庫中的應用。
1.3 基于授權的安全模型
授權是指一個對象對系統(tǒng)對象或者系統(tǒng)本身所擁有的合法訪問權限。Edgar Weippl等人提出了一種對數(shù)據(jù)倉庫和OLAP的一個授權模型[4],他們通過一種簡單的描述符號來描述這種訪問授權,它比用SQL的授權機制更直觀。
在這個授權模型中包括主體對象、訪問類型、客體對象和謂詞。對象指的是數(shù)據(jù)倉庫中多維立方體中的維度、維度中的層次、事實表。訪問類型主要考慮六種基本的操作:read,drill-down,roll-up,slice,dice,drill-through。
模型中以用戶而不是角色作為授權對象。本文通過下面的例子來說明這個模型。例如數(shù)據(jù)倉庫中的一個銷售鏈包括四個維度:時間、地理位置、商品、銷售度量。
時間:日-月-年
商品:產(chǎn)品-子類別-類別
地理位置:鄉(xiāng)鎮(zhèn)-縣市-地區(qū)-省份
銷售度量:單價、利潤
考慮地方經(jīng)理和產(chǎn)品經(jīng)理二個不同的角色,他們職責不同,地方經(jīng)理可能是一個地方的管理者,而一個產(chǎn)品經(jīng)理可能主要是負責一個單獨的商品銷售情況和各種商品的銷售情況。
下面通過一個例子來說明此模型的使用。例如:
(張三,{單價},{(時間,{(Drill-Down,月)}),(地理位置,{(Drill-Down,省份),(Roll-Up,地區(qū))}),(商品,{(Drill-Down,類別),(Roll-Up,產(chǎn)品)})})。
這說明允許張三訪問每種產(chǎn)品的單價,但是不允許訪問每種產(chǎn)品的利潤,允許訪問子類別或者類別。同時,他也不能檢索基于每年或者每天的合成數(shù)據(jù),但是允許訪問每個城市或商店的數(shù)據(jù)。如果加上下面的集合:
(張三,{單價,利潤},{(時間,{(Drill-Down,年)}),(地理位置,{(Drill-Down,省份),(Roll-Up,商店),(Slice,地區(qū)=“濟南”)}),(商品,{(Drill-Down,類別),(Roll-Up,商品)})})。
這樣,張三就能夠完全訪問濟南地區(qū)的所有商店的數(shù)據(jù)。由這二個數(shù)據(jù)集他就能夠完成他的工作:監(jiān)督濟南地區(qū)的商店并且能以綜合的方式比較它們的性能如何。
此模型的特點是:從邏輯上把授權模型分為二部分SUBJECT和OBJECT,通過一種簡單的操作用戶可以方便地描述所需要的安全訪問權限,從而增強了表述能力和安全的可用性。通過一套簡單的描述符號,對于任意一種給定的安全策略,都可以很容易地實現(xiàn)它的訪問控制權限。此模型主要是作者通過對關系數(shù)據(jù)庫中SQL語言機制的演變,提出的一種更適合數(shù)據(jù)倉庫中多維數(shù)據(jù)訪問的策略。但是要實現(xiàn)此種控制還需要開發(fā)能夠解釋此種語言的機制。
1.4 基于視圖的數(shù)據(jù)倉庫安全模型
A.Rosenthal等人在2000年提出了一種基于視圖的數(shù)據(jù)倉庫安全模型[5]。這個模型是通過從數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫的聯(lián)系方面來解決問題的。現(xiàn)在,在數(shù)據(jù)倉庫中訪問控制的管理常常存在于一個與數(shù)據(jù)源策略相互獨立的地方。其結果是造成不一致性,對于變化反映滯后,并且浪費管理工作。針對這種情況,本文提出把源數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)倉庫都看作是同一個分布式數(shù)據(jù)庫的一部分。由于在數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)有了比較成熟的依靠視圖機制來控制各個用戶的訪問權限的方法,把數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)源作為同一個分布式數(shù)據(jù)庫的一部分,這樣在數(shù)據(jù)倉庫中就不用再單獨定義數(shù)據(jù)的視圖機制,而讓它延續(xù)用數(shù)據(jù)庫中的視圖訪問機制即可。這就是說,允許自動配置對數(shù)據(jù)倉庫的許多訪問控制。從某種意義上說,這樣減少了管理員學習過程中要走的曲線過程,同時也減少了軟件提供商需要實現(xiàn)的軟件數(shù)量。上述安全模型可用圖2描述。
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這種安全模型的特點是系統(tǒng)易于管理,使得授權管理系統(tǒng)及其應用更健壯。系統(tǒng)能夠自動地從數(shù)據(jù)源分析用戶對于數(shù)據(jù)的訪問權限,然后自動地生成用戶在數(shù)據(jù)倉庫中所能夠訪問的數(shù)據(jù)。因為數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)都是通過數(shù)據(jù)抽取轉換工具從數(shù)據(jù)源處得到的。這樣就減少了技術人員在數(shù)據(jù)倉庫中在進行相應方位策略的配置問題。同時能夠很好地解決變化之后的問題。但是僅僅通過從數(shù)據(jù)庫沿用過來的視圖安全是不能夠滿足數(shù)據(jù)倉庫需要的。因為數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)模型是多維數(shù)據(jù)和關系數(shù)據(jù)的混合,它要比數(shù)據(jù)庫中單純的關系型數(shù)據(jù)復雜得多。視圖機制對于數(shù)據(jù)庫中writeupdate操作機制很奏效,而在數(shù)據(jù)倉庫中主要進行的操作是讀取數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù),僅有此不能很好地滿足數(shù)據(jù)倉庫的需要。但是這確實提供了一種安全機制。
2? 總結與展望
本文分析的幾種數(shù)據(jù)倉庫安全模型具有很強的代表性。它們分別以不同的方式達到了增強數(shù)據(jù)倉庫安全性的目的。基于元數(shù)據(jù)的模型,充分考慮了元數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)倉庫中的重要作用。通過一些限制對元數(shù)據(jù)訪問的方法來減少數(shù)據(jù)倉庫受攻擊的可能性。其他幾種基于角色的模型、基于授權的模型以及基于視圖的模型也都有其各自的特點。但是可以看出,這些安全模型大部分都是在數(shù)據(jù)庫安全模型方面的擴展。當然這也是一種理所當然的趨勢,因為畢竟數(shù)據(jù)庫的安全理論已經(jīng)比較成熟。可是由于數(shù)據(jù)倉庫的建立目的、數(shù)據(jù)模型、訪問策略等與數(shù)據(jù)庫不同,二者的安全策略也是有相應區(qū)別。從數(shù)據(jù)倉庫本身的特點出發(fā),利用一些已經(jīng)成熟的安全理論來構造一種更加安全的、實施更加方便的安全模型,這也是下一步工作的重點。
總之,數(shù)據(jù)倉庫是一項基于數(shù)據(jù)管理和利用的綜合性技術和解決方案,它將成為數(shù)據(jù)庫市場的新一輪的增長點。對數(shù)據(jù)倉庫的安全性訪問作為數(shù)據(jù)倉庫技術與信息安全技術的結合點,必將會面臨更大的挑戰(zhàn)和機遇。
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參考文獻
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