基于用戶行為的數(shù)據(jù)庫(kù)安全審核機(jī)制

武春燕　孫忠林

摘要：數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)越來(lái)越多的允許多用戶進(jìn)行訪問(wèn)，從而引出了多用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性審核問(wèn)題，用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)大致分為三種：合法用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的合法操作、合法用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的非法操作以及非法用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。針對(duì)這兩種不同的用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的三種不同的訪問(wèn)文章提出了基于數(shù)據(jù)庫(kù)用戶行為的安全審核機(jī)制的策略。通過(guò)審計(jì)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)用戶行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)跟蹤，而后建立用戶行為特征模型，用戶再次訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)根據(jù)該模型進(jìn)行安全審核。以SQL Server2005為例，深入探討傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全審核機(jī)制以及成功運(yùn)用基于用戶行為的安全審核機(jī)制后對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)安全的保障。

關(guān)鍵詞：安全措施；審計(jì)；審計(jì)記錄；行為模型；分析模型；安全審核

中國(guó)分類號(hào)：TP309.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）07-0016-05

Abstract： Database has been accessed by more and more multiple users， which leads to the problem of multi-user security audit access to the database， the users access to the database is broadly divided into three categories： the legal operations to the database by legitimate users， the illegal operation to the database by legitimate users and the operations of the database by illegitimate users. For these three different accesses to the database by these two different users， the strategy of security audit mechanism was proposed based on user behaviors. The user behavior to be monitored and tracked by the audit， and then create a model of the user behavioral characteristics， the database will carry out safety audits according to the model when the user access to this database again. In SQL Server2005 example， further explore the security auditing mechanism of traditional database as well as the successful application of the protection of database security mechanisms based security auditing user behavior.

Key words： safety measures； audit； audit records； behavioral models； analysis model； security audit

數(shù)據(jù)庫(kù)已成為絕大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的后臺(tái)，也是企業(yè)、組織和機(jī)構(gòu)的信息存儲(chǔ)平臺(tái)，他們存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)數(shù)量巨大，覆蓋面廣，具有很大的商業(yè)、應(yīng)用或信息價(jià)值，從而，用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的入侵行為可能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中信息的安全產(chǎn)生影響甚至造成威脅，因此，保證合法用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的合法訪問(wèn)，使數(shù)據(jù)庫(kù)免遭非法的訪問(wèn)和修改是至關(guān)重要的。

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)DBMS（Database Management System）已經(jīng)提供了一系列的安全保護(hù)機(jī)制，如數(shù)據(jù)庫(kù)用戶的身份認(rèn)證機(jī)制，雖然這種機(jī)制能夠在一定程度上阻止非法用戶的數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)和操作，而對(duì)于來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的攻擊時(shí)無(wú)能為力的，例如對(duì)于合法用戶濫用權(quán)限進(jìn)行非法操作或者非法用戶盜用合法用戶身份進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)等問(wèn)題仍然得不到解決。而通過(guò)審計(jì)跟蹤內(nèi)部服務(wù)器上的用戶行為，可以全面監(jiān)控和記錄數(shù)據(jù)庫(kù)的狀態(tài)和用戶行為。該文提出了一種基于用戶行為的安全審核機(jī)制使用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全訪問(wèn)與操作得到更好的保證。以SQL Server 2005為例對(duì)比傳統(tǒng)的安全措施和基于用戶行為的安全審核機(jī)制。

1 傳統(tǒng)SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的安全措施

在SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，為了保護(hù)數(shù)據(jù)的安全性，主要采取的措施[1]有：用戶賬號(hào)管理、存取控制、視圖機(jī)制、數(shù)據(jù)加密和安全審核等方法。

1.1 賬號(hào)管理和存取控制

賬號(hào)管理和存取控制是數(shù)據(jù)庫(kù)的兩個(gè)不可分割的安全機(jī)制，賬號(hào)管理用于數(shù)據(jù)庫(kù)用戶的初步身份驗(yàn)證，是第一層保護(hù)，存取控制是當(dāng)用戶允許訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)后，控制用戶可以使用數(shù)據(jù)庫(kù)中的哪些對(duì)象，能對(duì)哪些對(duì)象執(zhí)行什么樣的操作等，是數(shù)據(jù)庫(kù)的第二層保護(hù)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)的這兩種用戶審核機(jī)制是基于用戶身份驗(yàn)證和角色的訪問(wèn)控制，數(shù)據(jù)庫(kù)首先需要對(duì)用戶進(jìn)行身份登錄驗(yàn)證，然后通過(guò)訪問(wèn)角色表來(lái)控制合法用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。一個(gè)合法用戶登錄數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作的基本步驟如下：

（1）當(dāng)用戶欲訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)首先進(jìn)行身份登錄認(rèn)證，數(shù)據(jù)庫(kù)安全控制系統(tǒng)首先根據(jù)用戶輸入的用戶名和密碼在用戶表中進(jìn)行比對(duì)判斷是否為合法用戶，如果是合法用戶，用戶可以進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相關(guān)操作，否則返回登錄頁(yè)面，用戶可以繼續(xù)登錄。

（2）當(dāng)合法用戶登錄系統(tǒng)后，系統(tǒng)首先訪問(wèn)用戶角色表，得到該用戶對(duì)應(yīng)的角色編號(hào)；再根據(jù)角色編號(hào)在角色權(quán)限表中讀出對(duì)應(yīng)的權(quán)限編號(hào)；然后用戶可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行權(quán)限允許的操作。角色所具有的權(quán)限是由系統(tǒng)管理員預(yù)先分配好的，系統(tǒng)通過(guò)管理員可以靈活的添加或取消某個(gè)角色的權(quán)限。

早期的研究者還提出基于權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)控制機(jī)制，也就是說(shuō)合法用戶對(duì)該數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)控制不再是角色表，而是訪問(wèn)權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)。權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)[2]用于存貯訪問(wèn)權(quán)限信息以及與訪問(wèn)控制相關(guān)的其它信息。由用戶信息表、角色信息表、用戶角色對(duì)照、權(quán)限表和角色權(quán)限對(duì)照表組成。其中用戶表，記錄了用戶的基本信息；角色表記錄了系統(tǒng)可供分配的角色；權(quán)限表記錄了系統(tǒng)權(quán)限；用戶分配角色是通過(guò)用戶角色對(duì)照表來(lái)實(shí)現(xiàn)的；角色分配權(quán)限是通過(guò)角色/權(quán)限對(duì)照表實(shí)現(xiàn)的。

基本原理如圖1所示。

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的基于這兩種安全措施的審核機(jī)制雖然也極大的改善了合法用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作的審核機(jī)制，但是這種方法的效率并不是最高的，每次當(dāng)合法用戶通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)登錄頁(yè)面的身份認(rèn)證機(jī)制后，當(dāng)合法用戶需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，如對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中表進(jìn)行添加、刪除或修改操作時(shí)，用戶都要訪問(wèn)權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣造成了數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)間的浪費(fèi)。

1.2 其他安全措施

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)安全機(jī)制除了賬號(hào)管理這個(gè)安全措施外還有其他安全措施，如視圖控制、數(shù)據(jù)加密和安全審核等。視圖控制就是將視圖機(jī)制與授權(quán)機(jī)制結(jié)合使用，先用視圖機(jī)制隱藏一些保密數(shù)據(jù)，然后再對(duì)視圖進(jìn)行授權(quán)。在SQL Server 2005中采用證書的方式來(lái)加密數(shù)據(jù)。安全審核是監(jiān)控和審核用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的各種操作，在SQL Server 2005中通過(guò)Windows安全日志、SQL Profile性能監(jiān)視器和觸發(fā)器來(lái)設(shè)置審核功能。

以上的這些安全措施對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的安全保護(hù)都有一定的作用，但是這些措施在實(shí)施效用或者利用效率方面都有一定的制約因素。下面，我們將給出本文提出的基于用戶行為的數(shù)據(jù)庫(kù)安全審核機(jī)制的原理及流程。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)用戶行為的獲取

基于數(shù)據(jù)庫(kù)用戶行為特征模型的安全審核機(jī)制，通過(guò)審計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)用戶的行為，從而建立數(shù)據(jù)庫(kù)用戶行為特征模型，以后用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)根據(jù)該模型來(lái)判斷用戶的合法性或操作行為的合法性，從而保證數(shù)據(jù)庫(kù)被安全訪問(wèn)，有效的提高了訪問(wèn)的效率。用戶行為特征模型的創(chuàng)建為數(shù)據(jù)庫(kù)的安全訪問(wèn)提供了更多一層的保護(hù)。

2.1 審計(jì)的定義

審計(jì)[3]是一個(gè)對(duì)受保護(hù)客體訪問(wèn)的跟蹤記錄，它監(jiān)視和記錄用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，調(diào)查可疑的用戶行為，例如監(jiān)視合法用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中表的具體的添加、修改和刪除等操作，并記錄該操作的具體信息；監(jiān)視追蹤非授權(quán)用戶在數(shù)據(jù)庫(kù)中的表中添加和刪除數(shù)據(jù)。審計(jì)管理員可以選擇審計(jì)的行為和主客體，監(jiān)視和收集對(duì)于特定數(shù)據(jù)庫(kù)行為和特定主客體有關(guān)的信息。例如數(shù)據(jù)庫(kù)中哪個(gè)表正在被哪個(gè)用戶操作，是進(jìn)行的什么操作。審計(jì)可以跟蹤記錄以任何方式連接到數(shù)據(jù)庫(kù)的SQL命令，還可以審計(jì)系統(tǒng)相關(guān)的功能調(diào)用。

2.2 審計(jì)記錄

文獻(xiàn)[4]中提出的數(shù)據(jù)庫(kù)審計(jì)系統(tǒng)[5]是采用三層架構(gòu)，由審計(jì)客戶端、審計(jì)中心和顯示管理終端構(gòu)成，通過(guò)數(shù)據(jù)捕獲、數(shù)據(jù)過(guò)濾和數(shù)據(jù)分析，最后日志形成，最后得到的審計(jì)日志以文件的形式保存。

數(shù)據(jù)庫(kù)審計(jì)[6，7]日志文件由六個(gè)要素組成：操作者、操作對(duì)象、操作時(shí)間、操作地點(diǎn)、操作行為以及操作結(jié)果。我們把審計(jì)日志文件進(jìn)行格式整理形成審計(jì)記錄[8]，一條審計(jì)記錄采用6元組的表示方式，包括了完整的審計(jì)要素，例如一次完整的審計(jì)記錄表示為<操作者，操作對(duì)象，操作時(shí)間，操作地點(diǎn)，操作行為，操作結(jié)果>，在這個(gè)6元組中，每個(gè)屬性有且只有一個(gè)值，當(dāng)用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)有多個(gè)行為時(shí)，則每個(gè)行為形成一個(gè)6元組的記錄。

例如操作者為001，操作對(duì)象為db1.dbo1，操作時(shí)間為2014-12-6 15：15：15，操作地點(diǎn)為192.168.109.22，操作者對(duì)表db1.dbo1，執(zhí)行了insert和select操作，操作結(jié)果分別為成功和不成功。則在數(shù)據(jù)庫(kù)審計(jì)跟蹤文件中形成的審計(jì)記錄有2條<001，db1.dbo1，2014-12-6 15：15：15，192.168.109.22，select，false >，<001，db1.dbo1，2014-12-6 15：20：10，192.168.109.22，select，false >

3 用戶行為模型的建立

根據(jù)上面的審計(jì)記錄的形成，得到用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的E-R圖[9]，如圖2所示。

001dbo表即為當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶行為模型。這樣根據(jù)審計(jì)日志的審計(jì)跟蹤記錄，通過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)的SQL操作，我們得到訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶行為模型。

4 用戶行為模型的分析

用戶行為模型[10，11]建立后我們對(duì)它進(jìn)行分析[12，13]發(fā)現(xiàn)同一個(gè)操作者對(duì)相同的操作對(duì)象往往具有相同的操作行為，這樣在用戶行為特征模型中就形成了數(shù)據(jù)的冗余。為了消除這種冗余我們對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，然后統(tǒng)計(jì)每組的數(shù)目作為訪問(wèn)次數(shù)。

select count（*）as 訪問(wèn)次數(shù)，操作對(duì)象，操作地點(diǎn)，操作行為，操作結(jié)果

from操作者dbo

group by 操作對(duì)象，操作地點(diǎn)，操作行為，操作結(jié)果。

根據(jù)訪問(wèn)次數(shù)我們提出幾個(gè)集合劃分的概念。如圖3所示。

常規(guī)操作集合：將訪問(wèn)次數(shù)大于100分組數(shù)據(jù)歸入常規(guī)操作集合。

幾乎不操作集合：將訪問(wèn)次數(shù)大于0小于100的分組數(shù)據(jù)歸入幾乎不操作集合。

不操作集合：將訪問(wèn)操作次數(shù)為0的分組數(shù)據(jù)歸入不操作集合。

這樣我們把所有審計(jì)跟蹤后得到的行為模型進(jìn)行分組然后歸入到不同的集合中，得到用戶行為分析模型，當(dāng)用戶的操作行為在常規(guī)操作集合中時(shí)允許用戶進(jìn)行操作，當(dāng)用戶的操作行為在幾乎不操作集合中時(shí)需要進(jìn)行其他驗(yàn)證，例如角色權(quán)限驗(yàn)證，當(dāng)用戶的操作行為在不操作集合中時(shí)不允許用戶進(jìn)行當(dāng)前操作。在用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中新建表analysisBehavior.dbo，表中字段包括操作者，操作對(duì)象，操作時(shí)間，操作地點(diǎn)，操作行為，操作結(jié)果以及所屬集合。

這個(gè)模型因?yàn)檫M(jìn)行了分組合并會(huì)比行為模型規(guī)模小很多，以后的數(shù)據(jù)庫(kù)安全審核就是在這個(gè)分析模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

5 基于用戶行為模型的數(shù)據(jù)庫(kù)安全審核

用戶行為模型分析[13，14，15]完畢后，就可以利用這個(gè)用戶行為分析模型進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的安全審核。基本操作流程圖如圖4所示。

基于用戶行為的數(shù)據(jù)庫(kù)安全審核的基本步驟[16，17]為：

（1）欲訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶首先進(jìn)行用戶登錄，進(jìn)行身份驗(yàn)證，如果驗(yàn)證成功為合法用戶，則該用戶允許訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而繼續(xù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)；如果驗(yàn)證不成功即為非法用戶，則用戶不能訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

（2）用戶身份驗(yàn)證成功的用戶進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)并且訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相關(guān)操作的同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)審計(jì)跟蹤用戶的行為，這時(shí)跟蹤用戶行為形成的記錄為<操作者，操作對(duì)象，操作時(shí)間，操作地點(diǎn)，操作行為>，還沒(méi)有操作結(jié)果屬性，需要進(jìn)行審核驗(yàn)證是否允許用戶進(jìn)行當(dāng)前操作。

（3）根據(jù)審計(jì)跟蹤提取當(dāng)前跟蹤形成的記錄，與已建的用戶行為分析模型進(jìn)行比較。

select 所屬集合

from analysisBehavior.dbo

where analysisBehavior. 操作者=當(dāng)前操作者and操作對(duì)象=當(dāng)前操作對(duì)象and操作時(shí)間=當(dāng)前操作時(shí)間 and 操作地點(diǎn)=當(dāng)前操作地點(diǎn)and 操作行為=當(dāng)前操作行為

如果所屬集合為常規(guī)操作集合，則不需要進(jìn)行其他驗(yàn)證，用戶直接進(jìn)行操作并得到操作結(jié)果；如果所屬集合為幾乎不操作集合中，需要驗(yàn)證用戶的角色權(quán)限，只有在用戶合法的角色權(quán)限下，用戶才可以繼續(xù)進(jìn)行操作并得到操作結(jié)果，否則不允許用戶進(jìn)行操作；如果所屬集合為不操作集合，則直接不允許用戶進(jìn)行操作。

（4）不管是否允許用戶繼續(xù)進(jìn)行當(dāng)前操作，都要進(jìn)行審計(jì)跟蹤，并形成審計(jì)記錄，然后根據(jù)當(dāng)前審計(jì)記錄更新用戶行為模型，并且更新用戶行為分析模型。

（5）對(duì)于初次訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶，在數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有該用戶的用戶行為模型，這時(shí)對(duì)于通過(guò)身份驗(yàn)證的用戶，我們重點(diǎn)考慮數(shù)據(jù)庫(kù)管理員賦予用戶的角色和權(quán)限，一般我們認(rèn)為不超出用戶權(quán)限的操作為合法操作。

6結(jié)束語(yǔ)

該文提出了基于數(shù)據(jù)庫(kù)用戶行為的安全審核的方法，首先數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)用戶行為創(chuàng)建了用戶特征模型，然后利用審計(jì)跟蹤當(dāng)前用戶的行為，與用戶行為分析模型比對(duì)從而判斷用戶行為是否合法，這種基于用戶行為模型的方法有效的阻止了合法用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的非法操作。這樣，訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的三種不安全因素基本得到解決，數(shù)據(jù)庫(kù)的安全訪問(wèn)得到基本保障。

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[17]任文君.基于網(wǎng)絡(luò)用戶行為分析的問(wèn)題研究[D].北京郵電大學(xué)，2012.