国科信安数据库安全增强管理系统技术白皮书.pdf

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1、国科信安数据库安全增强管理系统技术白皮书国家国防科技工业局信息中心地址:北京市海淀区中关村南大街5 号北京理工大学院内电话:68911809 传真:邮编:100081 通信地址:北京8184 信箱版权声明最后更新日期2010年 4 月著作权注意事项本书版权为国家国防科技工业局信息中心所有。未经国家国防科技工业局信息中心书面同意,任何公司、单位或个人不得以任何手段复制本书的部分或全部内容。对印刷错误的更正,所述信息谬误的勘误,以及产品的改进,均由国家国防科技工业局信息中心随时做出解释,恕不事先通知,修正内容将编入再版说明书中。文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9

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15、D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E11.产品背景随着计算机技术的飞速发展,数据库的应用十分广泛,深入到各个领域。数据库系统作为信息的聚集体,是计算机信息系统的核心部件,其安全性至关重要。小则关系到企业兴衰、大则关系到国家安全。在重要单位或者大型企业中,涉及大量的敏感信息。比如行政涉密文件,领导批示、公文、视频和图片,或者企业的商业机密、设计图纸等。为了保障这些敏感电子文件的安全,各单位广泛的实施了安全防护措施,包括:机房安全、物理隔离、防火墙、入侵检测、加密传输、身份认证等等。但是数

16、据库的安全问题却一直让管理员束手无策。原因是目前市场上缺乏有效的数据库安全增强产品。数据库及其应用系统普遍存在一些安全隐患。其中比较严峻的几个方面表现在:(1)由于国外对高技术出口和安全产品出口的法律限制,国内市场上只能购买到 C2安全级别的数据库安全系统。该类系统只有最基本的安全防护能力。并且采用自主访问控制(DAC)模式,DBA角色能拥有至高的权限,权限可以不受限制的传播。这就使得获取DBA角色的权限成为攻击者的目标。而一旦攻击者获得DBA角色的权限,数据库将对其彻底暴露,毫无任何安全性可言。(2)由于DBA拥有至高无上的权利,其可以在不被人察觉的情况下查看和修改任何数据(包括敏感数据)。

17、因此DBA掌控着数据库中数据安全命脉,DBA的任何操作、行为无法在技术上实施监管。而DBA往往只是数据的技术上的维护者,甚至可能是数据库厂商的服务人员,并没有对敏感数据的查看和控制权。现阶段并没有很好的技术手段来约束DBA对数据的访问权限,因此存在巨大安全隐患,特别是在 DBA权限被非法获取的情况下,更是无法保证数据的安全。(3)由于 C2级的商业数据库对用户的访问权限的限制是在表级别文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E

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24、0A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1的。一旦用户拥有了一个表的访问权限,那么表中的任何数据都具有访问权限。但是一个表中可能存在敏感和非敏感字段。对于敏感数据,只有特定权限的人才能访问。此时数,据库自身的安全控制就显得力不从心。(4)数据库系统是一个复杂的系统,根据已经公布的资料,数据库存在许多风险,其中不少是致命的缺陷和漏洞。举例来说,全球公认安全性出众的数据库产品在2006 年1 月发布了其季度安全补丁包中就修补了多个产品中的 80 多个漏洞。其中不少漏洞可以非常容易地被黑客利用。一旦遭到攻击,攻击者可能

25、以DBA的身份进入数据库系统,也可能进入操作系统,下载整个数据库文件。从上面分析可以看出,仅靠边界安全防护(防火墙、防病毒、入侵检测、漏洞扫描)是不可能解决数据库相关的所有的安全问题。尤其不能解决数据库内部敏感数据的安全问题。公安部、国家保密局、国家密码管理局和国务院信息化工作办公室等部委于 2006 年出台了相关规定,要求信息系统,尤其是重要部门的信息系统要充分运用密码技术对信息系统进行保护。对于采用密码对涉及国家秘密的信息和信息系统进行保护的,密码的设计、实施、使用、运行维护和日常管理等,应该按照国家秘密管理有关规定和相关标准执行;对于采用密码对不涉及国家秘密的信息和信息系统进行保护的,应

26、该遵照商用密码管理条例 和密码分类分级保护有关规定和相关标准。另外,国家出台了相关规定,要求重要部门的信息系统对数据资产实行等级保护。对于信息系统中的信息资产,应该根据其敏感程度,指定不同的安全等级,实施不同的安全保护策略。为增强数据库系统的安全,满足数字资产等级化的安全防护要求,有选择性的保护数据库内部敏感数据的安全性,本产品通过在数据库管理系统的内核中嵌入自主研发的安全防护系统,通过字段级别的访问控制来达到对敏感数据的防护目的。敏感数据以乱码的形式存在,通过数字签名实现强访问控制,非授权用户(包含DBA)查看到的数据为空,而授权用户的使用则不受任何限制。并且本产品对于应用系统来说是完文档编

27、码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7

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31、V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8

32、M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E

33、1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1全透明的,不需要基于数据库的应用系统做任何改动。2.解决的问题本产品基于自主技术,重点解决如下3个方面的问题:(1)敏感数据的乱码存储在没有进行安全性加强的商业数据库系统中,敏感数据的存储和备份是以明文形式进行的。很容易从文件系统中得到存储的内容。即使是进口的安全数据库

34、产品,核心技术被别人掌握,且加密算法受到限制,安全性同样得不到保障。所以,存储媒体(如:硬盘、光盘、磁带等)一旦被盗,或者存储文件被非法复制,后果将不堪设想。针对该隐患,本产品采用加密算法,将敏感数据的编码进行混乱,从而将敏感数据进行乱码存储。这样,即使存储介质或存储文件丢失,由于有加密算法的保护,获得者也不能得到真正的敏感数据。通过这种方法,实现对敏感数据资产的分级保护。为保证系统的易用性,本产品支持完全透明的混乱过程。除BLOB类型的字段外,部署本产品不需要对应用系统进行重新编译。图1所示为透明混乱过程的示意图。文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7

35、E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V

36、9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E

37、9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8

38、K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D

39、7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A

40、6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9

41、I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1业务服务器混乱解密授权用户攻击者身份认证授权检验图 1 透明混乱过程示意图如图1所示,数据在存入物理存储时,敏感字段通过加密变换,以乱码的方式存储到物理数据库中。假设密钥是安全的且混乱算法强度足够,则数据的存储也是安全的。在这种情况下,入侵者或者存储介质获得者只能看到乱码,而不能得到真实内容。在检索时,首先进行授权的检验,对于授权用户,敏感

42、字段的乱码经过解密变换,以明文的方式返回检索结果。对于非授权用户,则返回乱码或者空。(2)乱码敏感字段的高效检索安全性与可用性是矛盾的。采用乱码存储以后的一个问题是破坏了原有数据的偏序关系,数据库原来的索引机制因此失效,导致数据的检索性能被显著的降低。因为此时对敏感字段进行条件检索时,需要对整个字段进行解密变换,再进行顺序查找。在记录数或数据量庞大的时候,文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7

43、E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V

44、9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E

45、9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8

46、K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D

47、7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A

48、6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9

49、I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1性能可能降低到不可以被接收的程度。这将是引起数据库安全增强系统应用受到阻碍的最大的因素。而对密文建立外部索引的方法,会导致多用户并发访问时的数据不同步以及事务机制的失效。本产品采用自主专利的乱码索引技术,在数据库管理系统内核建立乱码索引,将敏感字段的乱码存储对数据库访问性能的损失降到最低。当用户对某一敏感字段进行条件检索时,DBMS 首先通过乱码索引完成范围查询,从而避免了全部解密。同时自动支持多用户并发访问时的数据同步以及事务机制。(3)增强的授权管理目前广泛采用的 C2级商业关系数据库产品中存在管

50、理员权限过大的问题。在某些情况下,会导致敏感信息的泄密。针对该安全隐患,本产品采用高级技术手段,增设安全管理员和审计管理员,限制DBA的权限,使得DBA 不能随意查看被保护的关键数据。只有同时经过 DBA授权和安全管理员授权的用户,才能进行被保护数据的存取。同时安全管理员的授权行为收到审计管理员的监督。图2给出增强的授权管理机制的示意图。安全服务业务系统分区加数据库管理员审计管理员安全管理员文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10A6E9K8M4 ZQ8V9I8K7E1文档编码:CZ9D7V9B6V7 HF10

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