統(tǒng)安全等因素,設(shè)置角色集合R=(r₁, r₂, r_3, …, r_n),并分別為每個角色配置權(quán)限和相關(guān)屬性。對于基于角色的標(biāo)記,可操作類型權(quán)限設(shè)置為一維向量q,分別用0和1來標(biāo)記是否擁有對應(yīng)權(quán)限,q=(v_DQ, v_DM, v_TC, v_DD, v_DC, v_UD)。同時可操作數(shù)據(jù)范圍設(shè)置為二元組,分別對應(yīng)可操作數(shù)據(jù)庫和對應(yīng)可操作數(shù)據(jù)表一維向量(db,  ,
其中  ,  為用戶自定義操作

授權(quán),可定義并控制用戶數(shù)據(jù)操作的時間、頻次和操作請求的IP地址等。

可操作數(shù)據(jù)范圍設(shè)置為三維向量,分別對應(yīng)可操作數(shù)據(jù)庫、可操作數(shù)據(jù)表和可操作數(shù)據(jù)字段,共同構(gòu)成三元組(db, table,  ,系統(tǒng)默認(rèn)進行n = rand(1,9)次

初等行變換,獲得初始加密矩陣E_n = P₁P₂…P_nE,由于對可逆矩陣進行了有限次的初等行變換,可確保E_n為可逆矩陣,通過可逆矩陣可計算獲得解密矩陣D_n = E_n^-1。

2）權(quán)限申請合法性驗證。用戶需要在訪問標(biāo)記初始化階段獲得的授權(quán)范圍內(nèi)申請操作權(quán)限憑證,并提交可操作類型矩陣T_{U_OP}與可操作數(shù)據(jù)范圍矩陣T_{U_FIELD},并提供應(yīng)用簽名sign。審計系統(tǒng)通過e₂(u_id,sign),獲得應(yīng)用簽名的授權(quán)矩陣T_OP和T_FIELD。系統(tǒng)為驗證用戶權(quán)限申請的合法性,對權(quán)限向量進行離散運算。首先分別對用戶權(quán)限矩陣T_{U_OP}、T_{U_FIELD}和授權(quán)矩陣T_OP、T_FIELD進行拼接,未對齊的部分用0進行填充,構(gòu)成權(quán)限矩陣T_UM和簽名授權(quán)矩陣T_SM,將矩陣T_SM劃分為列向量T_SM={t₁,t₂,t₃,...,t_n},所有列向量進行f = t⊙0運算,記錄每個一維向量f中為1的行,并對權(quán)限矩陣T_UM按列向量劃分為T_UM={m₁,m₂,m₃,...,m_n},根據(jù)f向量統(tǒng)計的行數(shù),將T_UM矩陣列向量m_i中的非1行置為0,并以此進行r= m_i⊙1運算,最后判斷r是否為0,即可完成權(quán)限申請的合法性驗證。

3）訪問憑證字符串生成。將授權(quán)矩陣T_OP和T_FIELD進行按列向量合并高階矩陣：

A_u = spite(T_OP, T_FIELD)

未對齊的部分補0填充,并對授權(quán)矩陣A_u進行基于Arnold變換的矩陣加密。對高階矩陣建立坐標(biāo),將矩陣中每一個位置的元素(x, y)通過運算  解
密后獲得授權(quán)矩陣T_SM。

將矩陣T_SM劃分為列向量T_SM={t₁,t₂,t₃,...,t_n},所有列向量進行f = t⊙0運算,記錄向量f中為1的行號,并對權(quán)限矩陣T_UM按行向量劃分為T_UM={m₁,m₂,m₃,...,m_n},根據(jù)f向量統(tǒng)計的行數(shù),將T_UM矩陣列向量m_i中的非1行置為0,并進行r= m_i⊙1運算,最后判斷r是否為0,即可完成權(quán)限審計。

 3 安全性及性能分析

本文提出的基于訪問標(biāo)記的安全數(shù)據(jù)庫審計方法,通過兩種訪問標(biāo)記方法來實時審計用戶的操作權(quán)限,確保系統(tǒng)的安全性。

對于普通數(shù)據(jù),利用基于角色權(quán)限的標(biāo)記方法,通過粗粒度的權(quán)限劃分,將角色與一維向量q形成映射關(guān)系,在權(quán)限審計環(huán)節(jié),通過一次離散運算f = t⊙0即可驗證用戶權(quán)限的合法性,確保在可控的系統(tǒng)開銷范圍內(nèi),防止用戶越權(quán)訪問。

對于高安全級別的數(shù)據(jù),利用基于訪問憑證的標(biāo)記方法,通過細(xì)粒度的權(quán)限劃分和雙重訪問標(biāo)記方法,可以確保用戶只能獲取必須的操作權(quán)限。安全性分析如下：通過用戶映射e(role)→T_SM,再根據(jù)矩陣T_SM中的字段,檢測用戶是否擁有高級權(quán)限,進行基于訪問憑證標(biāo)記的審計,進一步加強了高安全級別數(shù)據(jù)的安全保護級別,同時很好地防止外部用戶的非法入侵。同時每個用戶擁有特定的加密矩陣E_n和訪問憑證字符串加密密鑰U_key,保證訪問憑證各個生命周期的安全性。每個用戶擁有不同的矩陣加密密鑰,使用對稱加密的方法確保審計系統(tǒng)的安全性。

在性能方面,對于基于角色的標(biāo)記方法,只需驗證一個一維的可操作類型矩陣q的合法性和對應(yīng)二元組圖3 系統(tǒng)在不同用戶量下執(zhí)行數(shù)據(jù)庫操作時審計模塊的性能實驗結(jié)果Fig. 3 The performance experimental results of the audit module under different user quantities

 5 結(jié)語

本文提出了一種基于訪問憑證的安全數(shù)據(jù)庫審計方法。從實驗分析結(jié)果可以看出,應(yīng)用本文方法的可顯著提高事前防范的安全級別。在本文提出的數(shù)據(jù)庫審計方法中提供了兩種訪問標(biāo)記方法,根據(jù)數(shù)據(jù)的安全級別,將系統(tǒng)權(quán)限進行不同級別的劃分,降低高安全級別數(shù)據(jù)受破壞或泄露的安全風(fēng)險。同時通過設(shè)置憑證申請接口機制,將權(quán)限審計的系統(tǒng)壓力轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)操作請求之前,并進一步降低了細(xì)粒度權(quán)限矩陣的復(fù)雜度,提高了權(quán)限審計的效率。相比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫審計系統(tǒng),在可控的系統(tǒng)開銷范圍內(nèi),本文方案提供了一種安全、高效的細(xì)粒度實時權(quán)限審計,具有較好的安全性和實用性。