Средства обеспечения безопасности баз данных

Основные требования по безопасности данных, предъявляемые к БД и СУБД, во многом совпадают с требованиями, предъявляемыми к безопасности данных в компьютерных системах – контроль доступа, криптозащита, проверка целостности, протоколирование и т.д.

Под управлением целостностью в БД понимается защита данных в БД от неверных (в отличие от несанкционированных) изменений и разрушений . Поддержание целостности БД состоит в том, чтобы обеспечить в каждый момент времени корректность (правильность) как самих значений всех элементов данных, так и взаимосвязей между элементами данных в БД . С поддержанием целостности связаны следующие основные требования.

Обеспечение достоверности. В каждый элемент данных информация заносится точно в соответствии с описанием этого элемента .Должны быть предусмотрены механизмы обеспечения устойчивости элементов данных и их логических взаимосвязей к ошибкам или неквалифицированным действиям пользователей.
Управление параллелизмом. Нарушение целостности БД может возникнуть при одновременном выполнении операций над данными, каждая из которых в отдельности не нарушает целостности БД . Поэтому должны быть предусмотрены механизмы управления данными, обеспечивающие поддержание целостности БД при одновременном выполнении нескольких операций.
Восстановление. Хранимые в БД данные должны быть устойчивы по отношению к неблагоприятным физическим воздействиям (аппаратные ошибки, сбои питания и т .п .) и ошибкам в программном обеспечении . Поэтому должны быть предусмотрены механизмы восстановления за предельно короткое время того состояния БД, которое было перед появлением неисправности.
Вопросы управления доступом и поддержания целостности БД тесно соприкасаются между собой, и во многих случаях для их решения используются одни и те же механизмы. Различие между этими аспектами обеспечения безопасности данных в БД состоит в том, что управление доступом связано с предотвращением преднамеренного разрушения БД, а управление целостностью - с предотвращением непреднамеренного внесения ошибки.

Управление доступом в базах данных

Большинство систем БД представляют собой средство единого централизованного хранения данных. Это значительно сокращает избыточность данных, упрощает доступ к данным и позволяет более эффективно защищать данные . Однако, в технологии БД возникает ряд проблем, связанных, например, с тем, что различные пользователи должны иметь доступ к одним данным и не иметь доступа к другим . Поэтому, не используя специальные средства и методы, обеспечить надежное разделение доступа в БД практически невозможно.

Большинство современных СУБД имеют встроенные средства, позволяющие администратору системы определять права пользователей по доступу к различным частям БД, вплоть до конкретного элемента . При этом имеется возможность не только предоставить доступ тому или иному пользователю, но и указать разрешенный тип доступа: что именно может делать конкретный пользователь с конкретными данными (читать, модифицировать, удалять и т . п .), вплоть до реорганизации всей БД Таблицы (списки) управления доступом широко используются в компьютерных системах, например, в ОС для управления доступом к файлам .Особенность использования этого средства для защиты БД состоит в том, что в качестве объектов защиты выступают не только отдельные файлы (области в сетевых БД, отношения в реляционных БД), но и другие структурные элементы БД: элемент, поле, запись, набор данных.

Управление целостностью данных

Нарушение целостности данных может быть вызвано рядом причин:

сбои оборудования, физические воздействия или стихийные бедствия;
ошибки санкционированных пользователей или умышленные действия несанкционированных пользователей;
программные ошибки СУБД или ОС;
ошибки в прикладных программах;
совместное выполнение конфликтных запросов пользователей и др.
Нарушение целостности данных возможно и в хорошо отлаженных системах . Поэтому важно не только не допустить нарушения целостности, но и своевременно обнаружить факт нарушения целостности и оперативно восстановить целостность после нарушения.

Управление параллелизмом

Поддержание целостности на основе приведенных выше ограничений целостности представляет собой достаточно сложную проблему в системе БД даже с одним пользователем . В системах, ориентированных на многопользовательский режим работы, возникает целый ряд новых проблем, связанных с параллельным выполнением конфликтующих запросов пользователей . Прежде , чем рассмотреть механизмы защиты БД от ошибок, возникающих в случае конфликта пользовательских запросов, раскроем ряд понятий, связанных с управлением параллелизмом.

Важнейшим средством механизма защиты целостности БД выступает объединение совокупности операций, в результате которых БД из одного целостного состояния переходит в другое целостное состояние, в один логический элемент работы, называемый транзакцией. Суть механизма транзакций состоит в том, что до завершения транзакции все манипуляции с данными проводятся вне БД, а занесение реальных изменений в БД производится лишь после нормального завершения транзакции.

С точки зрения безопасности данных такой механизм отображения изменений в БД очень существенен . Если транзакция была прервана, то специальные встроенные средства СУБД осуществляют так называемый откат - возврат БД в состояние, предшествующее началу выполнения транзакции (на самом деле откат обычно заключается просто в невыполнении изменений, обусловленных ходом транзакции, в физической БД) . Если выполнение одной транзакции не нарушает целостности БД, то в результате одновременного выполнения нескольких транзакций целостность БД может быть нарушена . Чтобы избежать подобного рода ошибок, СУБД должна поддерживать механизмы, обеспечивающие захват транзакциями модифицируемых элементов данных до момента завершения модификации так называемые блокировки . При этом гарантируется, что никто не получит доступа к модифицируемому элементу данных, пока транзакция не освободит его . Применение механизма блокировок приводит к новым проблемам управления параллелизмом, в частности, к возникновению ситуаций клинча двух транзакций. Причем, если некоторая транзакция пытается блокировать объект, который уже блокирован другой транзакцией, то ей придется ждать, пока не будет снята блокировка объекта транзакцией, установившей эту блокировку . Иными словами, блокировку объекта может выполнять только одна транзакция.

Восстановление данных

Как уже отмечалось, возникновение сбоев в аппаратном или программном обеспечении может вызвать необходимость восстановления и быстрого возвращения в состояние, по возможности близкое к тому, которое было перед возникновением сбоя (ошибки) . К числу причин, вызывающих необходимость восстановления, зачастую относится и возникновение тупиковой ситуации.

Можно выделить три основных уровня восстановления:

Оперативное восстановление, которое характеризуется возможностью восстановления на уровне отдельных транзакций при ненормальном окончании ситуации манипулирования данными (например, при ошибке в программе).
Промежуточное восстановление .Если возникают аномалии в работе системы (системно-программные ошибки, сбои программного обеспечения, не связанные с разрушением БД), то требуется восстановить состояние всех выполняемых на момент возникновения сбоя транзакций.
Длительное восстановление. При разрушении БД в результате дефекта на диске восстановление осуществляется с помощью копии БД. Затем воспроизводят результаты выполненных с момента снятия копии транзакций и возвращают систему в состояние на момент разрушения.
Транзакция и восстановление

Прекращение выполнения транзакции вследствие появления сбоя нарушает целостность БД . Если результаты такого выполнения транзакции потеряны, то имеется возможность их воспроизведения на момент возникновения сбоя . Таким образом, понятие транзакции играет важную роль при восстановлении. Для восстановления целостности БД транзакции должны удовлетворять следующим требованиям:

необходимо, чтобы транзакция или выполнялась полностью, или не выполнялась совсем;
необходимо, чтобы транзакция допускала возможность возврата в первоначальное состояние, причем, для обеспечения независимого возврата транзакции в начальное состояние монопольную блокировку необходимо осуществлять до момента завершения изменения всех объектов;
необходимо иметь возможность воспроизведения процесса выполнения транзакции, причем, для обеспечения этого требования, совместную блокировку необходимо осуществлять до момента завершения просмотра данных всеми транзакциями.
В процессе выполнения любой транзакции наступает момент ее завершения . При этом все вычисления, сделанные транзакцией в ее рабочей области, должны быть закончены, копия результатов ее выполнения должна быть записана в системный журнал . Подобные действия называют операцией фиксации . При появлении сбоя целесообразнее осуществлять возврат не в начало транзакции, а в некоторое промежуточное положение. Точку, куда происходит такой возврат, называют точкой фиксации (контрольной точкой). Пользователь может установить в процессе выполнения транзакции произвольное количество таких точек . Если в ходе выполнения транзакции достигается точка фиксации, то СУБД автоматически осуществляет указанную выше операцию.

Откат и раскрутка транзакции

Основным средством, используемым при восстановлении, является системный журнал, в котором регистрируются все изменения, вносимые в БД каждой транзакцией . Возврат транзакции в начальное состояние состоит в аннулировании всех изменений, которые осуществлены в процессе выполнения транзакции . Такую операцию называют откатом . Для воспроизведения результатов выполнения транзакции можно, используя системный журнал, восстановить значения проведенных изменений в порядке их возникновения, либо выполнить транзакцию повторно . Воспроизведение результатов выполнения транзакции с использованием системного журнала называется раскруткой . Раскрутка является достаточно сложной, но необходимой операцией механизмов восстановления современных БД .

Друзья! Приглашаем вас к обсуждению. Если у вас есть своё мнение, напишите нам в комментарии.