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信 息 系 统 安 全 第六讲 数据库安全 张焕国 武汉大学计算机学院 目 录 1、信息系统安全的基本概念 2、密码学(1) 3、密码学(2) 4、操作系统安全(1) 5、操作系统安全(2) 6、数据库安全(1) 7、数据库安全(2) 8、可信计算(1) 9、可信计算(2) 一、数据库安全的概念 1、数据库安全的重要性 数据库是重要的应用软件。 数据库集中存储和管理着大量的重要数据，如军事、政治、金融等数据。 数据库成为不法分子攻击的主要目标。 数据库要支持查询、插入、删除、更新等操作，而且存储的数据量大、时间长是其重要特点。 数据库的安全措施应适应数据库的特点。 一、数据库安全的概念 2、数据库加密的困难性 对数据库加密是确保数据安全的重要措施。 数据量大，要求加解密速度快。 数据存储时间长，为了安全密钥应经常更换，需要对数据解密再加密很麻烦。如不经常更换密钥，时间一长就可能不安全。 数据库要支持查询、插入、删除、更新等操作，最好能在密文状态下进行上述操作，即需要同态加密。 二、统计数据库的概念 ⑴ 统计数据库的概念 统计数据库（Statistical database）是数据库的一种。 统计数据库是一些数据项的集合，其中每个数据项个体都是必威体育官网网址的、不允许访问的，但是访问获得其数据项的统计信息则是允许的。 如，公民健康状况数据库：公民个人的健康状况属于个人隐私，应是必威体育官网网址的（特别是一些领袖人物），但是其统计信息又是应当公开的，如某疾病的发病率等。 二、统计数据库的概念 ⑴ 统计数据库的概念 又如，公民存款数据库：公民个人的存款信息属于个人隐私，应是必威体育官网网址的，但是其统计信息又是应当公开的，如公民存款上升率等。 近年来数据挖掘的研究涉及个人隐私保护问题，这与统计数据库安全技术相关。 二、统计数据库的概念 ⑵ 统计数据库的理论模型 1、特征刻画模型 把数据库看成是许多记录的集合。 每个记录是一个实体的描述。 每个实体以其具有（或不具有）某些特性而与其他实体相区别。 设有k种特征，在记录中用k位二进制位与之相对应。用1表示具备该特征，用0表示不具备该特征。这样，一个k位二进制数便唯一标识一个实体。 二、统计数据库的概念 ⑵ 统计数据库的理论模型 1、特征刻画模型 模型：数据库是k位二进制数到实数R的部分函数DC： DC：{0，1}k→R 称DC为部分函数是因为对于某些特征的集合，数据库中可能不存在对应的记录。 如果对于所有2k个特征组合，数据库中都存在对应的记录，则DC就是全函数。 二、统计数据库的概念 ⑵ 统计数据库的理论模型 1、特征刻画模型 统计函数为f，如计数、平均值、最大值、最小值等。 查询以（1，0，1，*）形式提出，其中1表示具有某特征，0表示不具有某特征，*为通配符。 查询提出后，数据库首先查找满足查询特征的所有记录。如果只有一个记录满足要求，为了避免泄露数据个体，系统将拒绝回答。否则，系统对所有满足要求的记录计算统计函数f，并给出统计值。 二、统计数据库的概念 ⑵ 统计数据库的理论模型 2、键刻画模型 把数据库看成N个记录的集合。 每个记录有一个记录号i，称为键。记录可通过键值来查找。 于是可把数据库看成是键值集合{1，2，...，N}到实数R的全函数： DK：{1，2，...，N }→ R 二、统计数据库的概念 ⑵ 统计数据库的理论模型 2、键刻画模型 允许的查询是{i1，i2，...，ik}k≥2，j≠m时ij≠im。因为若k =1，则查询变为{i}，这是对记录i的直接访问，这当然是不允许的。如果i≠j时ij=im，则攻击者可以用查询{i1，i2，...，ik}来迫使数据库泄露记录i。 统计函数为f，如计数、平均值、最大值、最小值等。 系统对查询的回答是f（DK(i1)，DK(i2) ,...,DK(ik))。 二、统计数据库的概念 ⑵ 统计数据库的理论模型 3、关系模型 设有属性A1,A2,…,Ak他们分别在值域D1,D2,…,Dk上取值，则笛卡儿空间D1×D2 ×… × Dk的任一子集称为一个关系，记作D。 关系数据库可看成是D到实数R的部分函数DR ： DR ：D → R 关系数据库中的记录由属性字段A1,A2,…,Ak所确定。对数据库的访问是由属性字段的不同取值及由与、或、非组成的逻辑表达式所决定的。 称属性字段的逻辑表达式为特征公式。 当满足特征公式的记录只有一个时，系统拒绝回答，否则给出统计值。 三、统计数据库的安全性 由于统计数据库允许访问统计信息而不允许访问个体信息这一特性，使得攻击者可能通过精心策划的多次合法访问，推理求出个体数据，从而攻破数据库。 称这种攻击为推理攻击（Inference Attack）。 在推理攻击