基于PBDM劃分權(quán)限的授權(quán)代理模型

張秉閣, 劉淑芬, 韓 嘯,2

(1. 吉林大學(xué) 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 長春 130012； 2. 吉林大學(xué) 學(xué)報編輯部, 長春 130012)

在計算機系統(tǒng)安全方面, 基于角色的訪問控制(role-based access control, RBAC)[1]是一種限制用戶訪問的方法, 作為一種有效的訪問策略得到了廣泛認(rèn)可. 基于角色的授權(quán)代理模型[2-7]是在RBAC的基礎(chǔ)上提出的一種委托模型, 該模型在分布環(huán)境中應(yīng)用廣泛. 如果采用集中授權(quán)的方法, 系統(tǒng)對用戶的權(quán)限分配會非常繁重, 而授權(quán)代理可解決該問題, 授權(quán)代理的基本思想是將自己的權(quán)限或角色委托給其他用戶, 讓接受委托的用戶代理執(zhí)行某些任務(wù).

目前, 基于角色[8-9]的授權(quán)代理模型主要有RBDM0[4], RDM2000[5], PBDM0[3], PBDM1[3]和PBDM2[3]等. RDM2000是RBDM0模型的一種擴展, 支持角色層次和多步代理. PBDM模型體系是支持角色間基于許可細(xì)粒度的委托, 其中PBDM0是一種粗粒度的支持用戶-用戶的授權(quán)代理模型. PBDM2 是一種支持角色-角色的授權(quán)代理模型, 但PBDM2將角色劃分為4類, 使角色名成倍增加, 并使角色間的繼承關(guān)系變得更復(fù)雜. 本文在PBDM的基礎(chǔ)上提出PBDM-P模型, 引入了私有角色解決角色-角色授權(quán)問題, 并劃分權(quán)限[8]解決PBDM0中的缺陷.

1 PBDM模型

PBDM0是基于RBAC96提出的一種用戶-用戶授權(quán)代理模型, PBDM0將角色分為常規(guī)角色和代理角色, 用戶可將需要代理的角色或權(quán)限先授權(quán)給代理角色, 再將代理角色授權(quán)給其他用戶. PBDM0存在兩個問題: 1) 用戶可將任意角色或權(quán)限代理給其他用戶, 但系統(tǒng)可能不想讓用戶把一些權(quán)限委托出去； 2) PBDM不支持角色-角色授權(quán), 與實際情況不符. 為了解決第一個問題, 文獻[3]提出了PBDM1模型. PBDM1模型在PBDM0的基礎(chǔ)上將角色分為常規(guī)角色、 可代理角色和代理角色. 其中常規(guī)角色不可以代理給其他用戶, 可代理角色可代理給其他用戶, 代理角色作為用戶想代理給其他用戶的權(quán)限集合, 這樣系統(tǒng)即可限制用戶代理權(quán)限的范圍. PBDM1也不支持角色-角色授權(quán). PBDM2將可代理角色分為固定可代理角色和臨時可代理角色, 臨時可代理角色用于接受其他用戶代理給本用戶的角色, 臨時可代理角色不支持角色層次, 而常規(guī)角色和固定可代理角色支持角色繼承層次.

雖然PBDM模型體系解決了代理權(quán)限的范圍和角色-角色授權(quán)問題, 但存在嚴(yán)重的角色名空間爆炸問題, 如一個用戶大部分權(quán)限都是可代理的或不可代理的, 導(dǎo)致常規(guī)角色或可代理角色都是空角色. 另一方面, 由系統(tǒng)管理員將可代理權(quán)限和不可代理權(quán)限對用戶的分配又加重了系統(tǒng)管理員的負(fù)擔(dān). 為了解決上述問題, 本文在PBDM的基礎(chǔ)上做出改進, 提出私有角色(在角色層次中不支持繼承關(guān)系)和劃分權(quán)限為可代理權(quán)限與不可代理權(quán)限. 劃分權(quán)限的優(yōu)點是對可代理權(quán)限和不可代理權(quán)限進行集中管理, 增加了代理的安全性.

2 PBDM-P模型

圖1 PBDM-P模型的體系結(jié)構(gòu)Fig.1 Architecture of PBDM-P model

PBDM-P模型的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示.

2.1 模型的基本元素 用戶(U)： 用戶的集合; 常規(guī)角色(RR)： 一組權(quán)限的集合, 代表一種職責(zé), 在角色層次中存在繼承關(guān)系; 臨時代理角色(DTR)： 一組可代理權(quán)限的集合, 當(dāng)用戶產(chǎn)生授權(quán)需求時, 建立DTR, 將需要授權(quán)的權(quán)限授予臨時DTR; 私有角色(PR)： 私有角色不存在繼承關(guān)系, 因此可把臨時代理角色代理給私有角色, 從而消除無效的權(quán)限流問題, 私有角色與常規(guī)角色一一對應(yīng), 私有角色的用戶集和常規(guī)角色的用戶集相同; 可代理權(quán)限(DP)： 權(quán)限中可代理給其他用戶或角色的權(quán)限集; 不可代理權(quán)限(UDP)： 權(quán)限中不可以代理給其他用戶或角色的權(quán)限集. 各元素關(guān)系如下:

R=RR∪PR∪DTR, P=DP∪UDP, RR∩PR=?, RR∩DTR=?, PR∩DTR=?, DP∩UDP=?, UAR?U×RR, UAP?U×PR, UAD?U×DTR, UA?UAR∪UAP∪UAD, PAR?P×RR, PAP?P×PR, PAD?DP×DTR, PA?PAR∪PAP∪PAD, RRH?RR×RR, DH?DTR×DTR(臨時代理角色上的繼承屬于單用戶), RH?RRH∪DH.

2.2 模型函數(shù)

user_r(r)： RR→2U, 表示常規(guī)角色r對應(yīng)的用戶集合；

user_p(r)： PR→2U, 表示私有角色對應(yīng)的用戶集合；

own_p(r)： PR→RR, 表示與私有角色一一對應(yīng)的常規(guī)角色；

?rr∈RR ??pr∈PR,pr=own_p(rr)?user_p(pr)=user_r(rr), 表示對于所有用戶都要分配一個與常規(guī)角色相對應(yīng)的私有角色, 即私有角色的用戶集與常規(guī)角色的用戶集一一對應(yīng)；

permissions_r(r)： RR→2P, permissions_r(r)={p: P?r′≤r·(r′,p)∈PAR}表示一個常規(guī)角色對應(yīng)權(quán)限的集合；

permissions_p(r)： PR→2P, permissions_p(r)={p: P?r′≤r·(r′,p)∈PAP}表示一個私有角色對應(yīng)權(quán)限的集合；

permissions_d(r)： DTR→2DP, permissions_d(r)={p: P?r′≤r·(r′,p)∈PAD}表示一個臨時代理角色具有的權(quán)限集合；

permissions(u)= (?r)(r∈DTR→permissions_d(r))∪(?r)(r∈RR→permissions_r(r))∪

(?r)(r∈PR→permissions_p(r))表示一個用戶所有權(quán)限的集合；

permissions_cand(u)=permissions(u)∩DP表示一個用戶擁有權(quán)限中能代理出去的權(quán)限集合；

permissions_cannotd(u)=permissions(u)∩UDP表示一個用戶擁有權(quán)限中不能代理出去的權(quán)限集合；

(?r)(r∈DTR→permissions_d(r)∩UDP)=?, DTR表示用戶建立的臨時代理角色, 其中的權(quán)限與不可代理權(quán)限的交集一定是空集；

(?r)(r∈DTR→permissions_d(r))?DP, 表示用戶能夠代理的權(quán)限集合是可代理權(quán)限集合的一個子集；

代理執(zhí)行的判定： can_delegate?DBR×Pre_condition×P_range×M. 其中: DBR=permissions_cand(u)表示可代理權(quán)限的集合; Pre_condition表示委托的先決條件, 用戶想要委托出去的權(quán)限必須是系統(tǒng)中可代理權(quán)限的一個子集; P_range?R表示委托范圍;M表示最大代理深度(在代理過程中允許向其他用戶代理的路徑深度).

2.3 模型的實施和撤銷

2.3.1 用戶-用戶權(quán)限代理 假設(shè)用戶UA想代理其權(quán)限p1, 并將其下層角色RB代理給用戶UD, 其中RA繼承于RD和RB, RD和RB繼承于RC, 如圖2所示. 用戶、 角色及其權(quán)限關(guān)系列于表1.

圖2 角色繼承層次Fig.2 Role and role hierarchy

用戶角色可代理權(quán)限不可代理權(quán)限UARA,RA′p1,p2p3UBRB,RB′p4,p5UCRC,RC′p6p3,p4UDRD,RD′p7,p8

授權(quán)過程如下：

1) 用戶UA創(chuàng)建臨時代理角色D1；

2) 因為p1是可代理權(quán)限, 因此可通過權(quán)限-角色分配將p1授予D1, 再通過角色-角色分配將RB授予D1; 系統(tǒng)可通過代理判定自動判斷用戶所要代理的權(quán)限是否屬于可代理權(quán)限集合, 若不屬于則代理失敗；

3) 用戶UA通過角色-用戶分配將D1分配給UD.

2.3.2 角色-角色權(quán)限代理 為了保證系統(tǒng)安全性, 角色-角色的授權(quán)代理需要在管理員監(jiān)督下完成. 假設(shè)常規(guī)角色RA想要將其權(quán)限p1和下層角色RB代理給角色RD, 則授權(quán)代理過程如下：

1) 創(chuàng)建臨時代理角色D2；

2) 通過權(quán)限-角色分配將p1授予給D2, 再通過角色-角色分配將RB授予D2, D2獲得權(quán)限p1,p4,p5；

3) 通過角色-角色代理將D2分配給RD′, 因為RD′沒有在角色的繼承關(guān)系中, 所以不會將D2代理給下層角色.

2.3.3 代理撤銷 代理撤銷是授權(quán)代理的重要過程. 本文考慮以下幾種撤銷方式.

1) 用戶可撤銷代理角色中一種或幾種權(quán)限;

2) 用戶也可隨時撤銷代理給某個用戶的角色;

3) 超時撤銷: 可為每次授權(quán)設(shè)置一個生命周期, 生命周期結(jié)束時代理自動撤銷;

4) 管理員撤銷: 如果管理員發(fā)現(xiàn)權(quán)限的代理違法, 則有權(quán)撤銷代理.

綜上可見, PBDM-P與PBDM的主要區(qū)別如下：

1) PBDM通過劃分角色實現(xiàn)授權(quán)代理, 而PBDM-P在PBDM的基礎(chǔ)上引入了私有角色的概念, 并劃分權(quán)限實現(xiàn)授權(quán)代理;

2) PBDM存在角色名爆炸問題, PBDM將角色劃分為4類, 使角色名是原來的3倍, 而PBDM-P將角色分為3層, 角色名比PBDM少;

3) PBDM中可能存在大量的空角色, 為解決該問題, PBDM-P將權(quán)限劃分為可代理權(quán)限和不可代理權(quán)限兩類, 使權(quán)限的代理集中管理.

權(quán)限的代理具有一致性, 即對于某個權(quán)限不會因為用戶的不同而代理性不同. 雖然PBDM-P減少了角色冗余但也存在缺點, 即權(quán)限代理性的確定減弱了其靈活性. PBDM-P與PBDM的比較結(jié)果列于表2.

表2 PBDM與PBDM-P特征比較

PBDM-P模型在PBDM模型的基礎(chǔ)上進一步將權(quán)限劃分, 有效避免了PBDM模型的缺點, 使該模型更符合實際系統(tǒng)中對訪問控制的要求, 在授權(quán)代理方面也更合理, 可應(yīng)用于對訪問控制要求較高的系統(tǒng)中.

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