隨著計算機網(wǎng)絡的廣泛應用，網(wǎng)上信息的開放性與共享性日益增強，但隨之而來的是信息安全問題愈發(fā)嚴重。數(shù)據(jù)庫是這些數(shù)據(jù)信息存儲的主要場所，因此確保數(shù)據(jù)庫中存儲以及存取信息的安全是確保網(wǎng)絡安全的首要問題。為此，需要在通用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)基礎上，圍繞安全性功能進行體系化設計，從而增強數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全性。

作為廣泛應用于金融、電信等超大規(guī)模領域的GBase 8s，是如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全的呢？本篇文章將從“數(shù)據(jù)安全、安全功能組成”兩個方面為您揭開它的神秘面紗。

一、數(shù)據(jù)安全

· 數(shù)據(jù)保密性保護

存儲數(shù)據(jù)的保密性是安全數(shù)據(jù)庫的最重要的功能之一，GBase 安全數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)加密采用庫內(nèi)加密的方式，在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的內(nèi)核存儲引擎級進行數(shù)據(jù)加解密處理，即數(shù)據(jù)在進行物理I/O時完成加/解密工作。

由于數(shù)據(jù)頁只有在真正進行I/O時才進行加解密操作，從而對于合法用戶來講是完全透明的，因此也可以稱為透明存儲加密。

GBase 8s存儲數(shù)據(jù)按頁進行加密，頁數(shù)據(jù)的完整性通過page trailer的校驗碼來保證。數(shù)據(jù)解密后，使用Page header的校驗碼對解密后的數(shù)據(jù)進行校驗，防止數(shù)據(jù)在加解密過程中被篡改。當用戶查詢數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)將符合要求的數(shù)據(jù)解密后返回給用戶。

· 數(shù)據(jù)完整性保護

一個GBase 8s實例可以創(chuàng)建多個dbspace，一個dbspace可以包含多個物理chunk，一個chunk分成多個連續(xù)擴展區(qū)extent，一個表或者索引占用的空間被稱為一個tablespace，一個extent包含多個物理頁page。如下圖所示：

GBase8s存儲結構示意圖

其中，dbspace、tablespace和extent屬于邏輯存儲單元；chunk和page屬于物理存儲單元。

數(shù)據(jù)頁page是最基本的存儲單元，是最小的I/O單元，如下圖所示。GBase 8s進行一次I/O的最小單元是一個page，即使我們只對一個page里的某一行記錄進行了修改，GBase 8s也需要對整個數(shù)據(jù)頁進行讀取到內(nèi)存和寫入磁盤的操作。磁盤的一個數(shù)據(jù)頁讀取到內(nèi)存會分配一個同樣大小的內(nèi)存page來存儲。GBase8s支持不同大小的數(shù)據(jù)頁：2KB、4KB、8KB、16KB。

一個數(shù)據(jù)頁的內(nèi)部存儲結構如下圖所示，一個數(shù)據(jù)頁總體上分成三部分：頁頭、頁尾和數(shù)據(jù)部分。

GBase8s數(shù)據(jù)頁內(nèi)部結構

頁頭中的chksum用于校驗該頁所存儲的數(shù)據(jù)，用于校驗數(shù)據(jù)的完整性。當write page時寫page 的校驗碼信息到chksum中，當read page時，首先重新計算該page的校驗碼信息,然后和chksum的校驗碼信息進行對比。如果不相等，說明此page的完整性信息被破壞了；如果相等，說明該頁的數(shù)據(jù)完整性得到了保證，可正常訪問。GBase 8s通過page 中保存校驗碼信息的方式來檢查以頁結構形式存儲在數(shù)據(jù)庫中的用戶數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)完整性錯誤。

在數(shù)據(jù)庫服務的內(nèi)部，用戶數(shù)據(jù)存在如下三種形態(tài)：密文磁盤、密文緩存、明文結果。當數(shù)據(jù)庫服務從磁盤文件中加載為緩存時，數(shù)據(jù)庫服務通過該數(shù)據(jù)頁chksum內(nèi)存儲的校驗信息對該數(shù)據(jù)頁進行完整性校驗，當需要返回用戶明文結果集時，通過chksum內(nèi)存儲的校驗信息對密文數(shù)據(jù)解密后的明文數(shù)據(jù)進行完整性校驗。防止用戶數(shù)據(jù)在加解密過程中遭到篡改。當數(shù)據(jù)庫服務收到用戶寫請求時，以上步驟反向執(zhí)行。

GBase 8s安全數(shù)據(jù)庫在事務處理上通過采用成熟的主流技術來實現(xiàn)高效的事務處理，這些技術主要包括：鎖技術、多版本并行控制技術（multiversioning）。這些技術在保證事務ACID特征的前提下大大提高了事務的并發(fā)處理能力。

鎖是一種軟件機制，用于控制對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的訪問。在出現(xiàn)同時讀取和更新數(shù)據(jù)的多用戶環(huán)境中，鎖能夠確保每個事務的原子性、隔離性、一致性和持續(xù)性（ACID）不受到威脅，并且維護數(shù)據(jù)的完整性。

鎖的粒度越粗，它就能鎖住越多的數(shù)據(jù)庫對象。例如，對于能夠在一個磁盤頁上包含4 行的表，在該頁放置一個鎖，將鎖住其中包含的所有 4 個行；相反，如果使用行鎖，那么將僅鎖住一個行。因此，鎖的粒度越粗，并發(fā)性就越低，從而影響到性能，尤其在應用程序試圖訪問相同的行集時，不過，粗粒度也意味著在某些情況下鎖住相同數(shù)量的行需要的鎖數(shù)量更少。例如，鎖住整個表僅需要一個表鎖。

1、 鎖粒度

GBase 8s提供6種粒度的鎖：

2、 隔離級別

GBase 8s提供以下五個級別的并發(fā)性：

GBase 8s安全數(shù)據(jù)庫通過對死鎖監(jiān)測，會自動檢測一個事務的死鎖并回滾一個或多個事務來防止死鎖，并設法提取小的事務來進行回滾，從而降低由于回滾造成的大量磁盤刷新以提高性能。

二、安全功能組成

· 用戶認證

DBMS的用戶認證分為用戶標識與身份鑒別。每個進入DBMS的用戶首先需要有一個用戶標識，并在DBMS的整個生命周期實現(xiàn)用戶標識的唯一性。用戶身份鑒別采用了用戶密碼及數(shù)據(jù)證書雙重認證的鑒別機制。

            · 用戶授權

每個授權用戶有一組數(shù)據(jù)庫安全域特性，可決定用戶下列安全域特性內(nèi)容：可用特權和授權角色、可用存儲空間（如表空間）限額、可用系統(tǒng)資源限制等安全屬性。

· 訪問控制

1、 自主訪問控制

當一個主體訪問某個客體時，自主訪問控制根據(jù)訪問控制表檢查，以確認主體對客體的訪問操作是否合法。

2、 標記與強制訪問控制

DBMS中的主體與客體均需標以敏感標記（簡稱標記），標記分為安全等級標記與范疇標記，等級標記是用正整數(shù)表示，而范疇標記則用集合表示，由負責MAC管理的安全管理員設定主體和客體的密級和范疇。

 · 安全審計

GBase 8s提供了審計工具，它能定義有關的審計事件，記錄用戶的有關操作，并能記錄身份鑒別、自主訪問控制、標記、強制訪問控制中的有關審計數(shù)據(jù)，能進行相關的審計分析并自動報警，并能對審計數(shù)據(jù)進行查閱。

· 數(shù)據(jù)安全

1、 數(shù)據(jù)加密

GBase 8s安全數(shù)據(jù)庫采用國家密碼管理局審批的密碼卡加密，密碼支持包括密鑰生成、密鑰銷毀、密鑰運算。

2、 數(shù)據(jù)完整性

GBase 8s使用密碼卡硬件的雜湊算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫用戶數(shù)據(jù)完整性保護功能。數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)頁的形式存儲在磁盤文件之中，每個數(shù)據(jù)頁都有chksum字段用來保護該數(shù)據(jù)頁的完整性，chksum校驗碼是通過密碼卡雜湊算法生成，數(shù)據(jù)庫在訪問數(shù)據(jù)頁時對每個數(shù)據(jù)頁的chksum校驗碼進行校驗，以保護該數(shù)據(jù)頁的完整性。

· 備份恢復

在發(fā)生故障后，GBase 8s可快速實現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份。根據(jù)不同級別，GBase 8s可實現(xiàn)一下三個級別的備份：

1、 零級備份：全量備份

2、 一級備份：最近一次零級備份后的增量部分備份

3、 二級備份：最近一次一級備份后的增量部分備份

· 角色管理

GBase 8s安全數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)分權的基本安全思想是最小特權的授權原則，對一個主體（用戶）僅賦予完成預定任務所必需的最小權限。基于該安全策略，把數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的用戶由原來單一的超級數(shù)據(jù)庫管理員變成現(xiàn)在的三類角色：安全管理員、審計管理員、數(shù)據(jù)管理員。它們分別承擔著不同的職責，并且期望它們?nèi)咧粦荒苌婕捌渌麅烧叩臋嗔Ψ秶瑥亩鴮崿F(xiàn)整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的分權管理，即所謂的三權分立原則。

· 資源限制

資源管理主要包括對用戶連接數(shù)量控制、服務器存儲空間監(jiān)控預警、數(shù)據(jù)空間占用監(jiān)控等功能。

· 通訊安全

用戶端與數(shù)據(jù)庫服務端的信息訪問，使用以SSL為基礎的安全協(xié)議來建立安全保密數(shù)據(jù)傳輸路徑。使用加密算法保護鏈路層安全，使用證書對服務端和客戶端進行雙向驗證，保證客戶端和服務端之間通訊的保密性和完整性。

· 可信路徑

GBase 8s的可信路徑由兩部分組成：系統(tǒng)管理用戶的安全態(tài)下的初始化過程和數(shù)據(jù)庫正常服務時管理員同服務端的安全通道。

通過“數(shù)據(jù)安全、安全功能組成”兩個方面的加強，GBase 8s構建了強大的安全機制，有效地保障了庫中的數(shù)據(jù)信息安全，為我國金融、電信等行業(yè)的數(shù)據(jù)信息安全提供中國力量！