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摘要：本文通過運營商、電力、金融三個已經(jīng)公開的專利技術，分析在這三個行業(yè)的數(shù)據(jù)庫安全防護需求點和防護機制，然后通過數(shù)據(jù)庫加密的應用透明和密文索引兩項專利技術，講解數(shù)據(jù)庫加密中應該重點關注的透明性和性能這兩個核心問題。

數(shù)據(jù)庫安全機制-運營商

首先我們來看一下中國移動通信集團四川有限公司的“一種構建數(shù)據(jù)庫防火墻的方法和裝置”這個專利技術。原理是接收發(fā)起賬號的SQL查詢，對發(fā)起賬號 進行判定：如果發(fā)起賬號在賬號白名單中，則將SQL轉入后端數(shù)據(jù)庫處理；如果發(fā)起賬號在賬號黑名單中，則將SQL攔截。這一技術體現(xiàn)了運營商的應用系統(tǒng)特 點，針對需頻繁人工執(zhí)行SQL的大型IT系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，提出了一種構建數(shù)據(jù)庫防火墻的方法，對所有發(fā)至生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的SQL進行規(guī)則匹配和過濾，保障生產(chǎn)數(shù)據(jù) 庫的安全性。具體操作流程如下：

運營商行業(yè)的快速發(fā)展離不開大型IT系統(tǒng)的支持。一方面，市場業(yè)務的發(fā)展對生產(chǎn)型IT系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性提出日漸嚴苛的要求，另一方面由于企業(yè)內部管 理、分析統(tǒng)計、軟件調整的需要，不可避免地要在生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫上運行各種結構化查詢語言，這類SQL我們稱為后臺事務SQL。因此生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫常常同 時承載著前臺業(yè)務SQL和后臺事務SQL。

通常情況下，前臺業(yè)務服務對象為企業(yè)的客戶，每日執(zhí)行量大，操作數(shù)據(jù)量較小。

后臺事務SQL，通常是企業(yè)內部需求，一般是由運維或者DBA等人員直接對數(shù)據(jù)庫發(fā)起請求，每日執(zhí)行量小，但對數(shù)據(jù)操作量大，正是因為操作量大這一原因，往往一個小失誤就會產(chǎn)生難以估量的后果。

近年來，大型企業(yè)多已注意到后臺事務SQL難以把控的問題，從而制定各種操作審核規(guī)范和SQL編寫規(guī)范，試圖對其進行有效管理，伴隨制度流程也產(chǎn)生了一些副作用，就是因流程復雜化導致的效率下降以及人力成本增加。

目前情況下維護終端發(fā)起的SQL命令可以直接在生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中執(zhí)行，由于數(shù)據(jù)庫自身無法對操作可能的后果做判定，存在以下問題：

開發(fā)或運維人員的技術水平良莠不齊，常存在因SQL編寫失誤，導致修改、刪除了業(yè)務表記錄的問題；

在生產(chǎn)高峰期對數(shù)據(jù)庫發(fā)起數(shù)據(jù)批量操作，可能引起業(yè)務表被鎖，導致業(yè)務無法辦理的故障。

目前有效解決這些問題的一種防護手段就是在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)前端加裝數(shù)據(jù)庫防火墻。

每條手工操作命令均發(fā)送至數(shù)據(jù)庫防火墻，由數(shù)據(jù)庫防火墻判定其操作數(shù)據(jù)量大小和操作權限，符合規(guī)則即轉發(fā)至后端數(shù)據(jù)庫，而超過閥值或超過權限則不允 許執(zhí)行并返回提示；訪問關鍵系統(tǒng)表、修改敏感對象等操作也將被隔斷，從而對誤操作導致的數(shù)據(jù)修改問題予以阻斷，起到保護數(shù)據(jù)庫的目的。

數(shù)據(jù)庫安全機制-電力

深圳供電局有限公司的一項專利，此專利提供了一種電網(wǎng)核心業(yè)務數(shù)據(jù)庫智能化監(jiān)控告警的 方法，包括：獲得所屬電網(wǎng)的核心業(yè)務系統(tǒng)的至少一類監(jiān)控數(shù)據(jù)，并與預先設置的所屬業(yè)務系統(tǒng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)所對應的閾值告警區(qū)間進行比較，在比較結果為至少一類 監(jiān)控數(shù)據(jù)達到閾值告警區(qū)間時，通過郵件將告警信息發(fā)送給所屬業(yè)務系統(tǒng)對應的郵件接收方。實施本專利系統(tǒng)可以實現(xiàn)對電網(wǎng)核心業(yè)務系統(tǒng)的實時智能化監(jiān)控和告 警，提高了現(xiàn)有IT 系統(tǒng)的投資回報，降低了企業(yè)的運營和系統(tǒng)維護成本。

電網(wǎng)信息管理的核心業(yè)務隨著IT系統(tǒng)分期建設和不同集成商和軟件供應商參與，其系統(tǒng)管理越來越復雜和困難?，F(xiàn)有的電網(wǎng)業(yè)務系統(tǒng)的管理架構，核心業(yè)務 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括用于生產(chǎn)調度、營銷、資源管理等業(yè)務系統(tǒng)的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫。根據(jù)測算，大型電網(wǎng)企業(yè)的核心系統(tǒng)每年都會由于機房掉電、交換機或者負載均衡堵塞、 數(shù)據(jù)庫宕機等原因造成核心系統(tǒng)故障，給企業(yè)造成的經(jīng)濟損失以百萬計。

現(xiàn)有的電網(wǎng)業(yè)務系統(tǒng)的管理架構存在兩個不足之處：現(xiàn)有技術中不能及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的重大技術、web服務器和性能故障，且不能實現(xiàn)智能化告警，讓相關管 理人員可以迅速投入精力去排查問題，防止故障蔓延和更大的經(jīng)濟損失。由于電網(wǎng)系統(tǒng)技術架構日益復雜，數(shù)據(jù)處理已經(jīng)向T級進軍，因此開發(fā)一種智能告警監(jiān)控系 統(tǒng)越來越具有戰(zhàn)略意義。

所述核心業(yè)務系統(tǒng)在網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)庫訪問腳本數(shù)據(jù)的具體步驟為：通過數(shù)據(jù)庫防火墻監(jiān)控獲得所述核心業(yè)務系統(tǒng)的網(wǎng)絡報文中對于數(shù)據(jù)庫訪問的SQL腳本數(shù) 據(jù)，所述核心業(yè)務系統(tǒng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)包括生成所述SQL腳本的數(shù)據(jù)庫交易時間，數(shù)據(jù)庫交易的SQL腳本等重要信息，包括預先設置業(yè)務系統(tǒng)對應的閥值告警區(qū)間。 腳本數(shù)據(jù)可以是SQL腳本和pl/sql腳本數(shù)據(jù)，或者SQL net協(xié)議下的腳本數(shù)據(jù)。

設置閥值的告警區(qū)間，所采用的是通過其正常的監(jiān)控數(shù)據(jù)樣板的過去表現(xiàn)來預測其未來的流量趨勢來進行預警。根據(jù)電網(wǎng)核心業(yè)務的分析特點，內部用戶在調 度業(yè)務流程，其訪問的并發(fā)數(shù)，產(chǎn)生的系統(tǒng)流量在某個觀察區(qū)間內都相對比較穩(wěn)定，因此任何突然的流量上升或者下降都預示著某種可以預見的危險，需要立即引起 關注和持續(xù)跟蹤分析。例如由于網(wǎng)絡交換機或者負載均衡器的阻塞所造成的流量突然下降或者大規(guī)模的內部網(wǎng)絡攻擊來偷竊客戶數(shù)據(jù)等嚴重安全泄密事件的發(fā)生。

從專利說明上來看，這是一種旁路部署的數(shù)據(jù)庫防火墻系統(tǒng)，電力行業(yè)與運營商行業(yè)略有不同，對業(yè)務系統(tǒng)的持續(xù)運行有更高的要求，同時業(yè)務系統(tǒng)出現(xiàn)的數(shù) 據(jù)庫安全風險也希望有更強的關注。一旦出現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)的異常情況，通過郵件告知系統(tǒng)管理員加快處理響應速度，避免出現(xiàn)更大的損失。

數(shù)據(jù)庫安全機制-金融

工行的一項專利提供一種數(shù)據(jù)庫的安全訪問控制系統(tǒng)，提升了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全控制，降低了由于數(shù)據(jù)系統(tǒng)內部的權限監(jiān)控不完善造成的非授權數(shù)據(jù)訪問造成的數(shù)據(jù)泄露。

數(shù)據(jù)來源服務器，與數(shù)據(jù)安全訪問控制服務器相連接，用于輸出數(shù)據(jù)庫訪問方式以及數(shù)據(jù)庫訪問日志；輸入終端，與數(shù)據(jù)安全訪問控制服務器相連接，用于采 集用戶輸入的數(shù)據(jù)庫訪問方式以及數(shù)據(jù)庫安全訪問請求信息，數(shù)據(jù)庫安全訪問請求信息包括數(shù)據(jù)庫對象數(shù)據(jù)、變更單號、事件單號；SQL請求發(fā)生器，與數(shù)據(jù)安全 訪問控制服務器相連接，用于采集SQL阻斷請求信息。

數(shù)據(jù)庫安全訪問控制服務器具體包括：采集部件，與所述的輸入終端、所述的數(shù)據(jù)來源服務器相連接，用于采集數(shù)據(jù)庫訪問方式以及數(shù)據(jù)庫訪問日志；解析部 件，與所述的采集部件相連接，用于按照數(shù)據(jù)庫訪問安全要素對所述的數(shù)據(jù)庫訪問方式以及數(shù)據(jù)庫訪問日志進行解析；格式化部件，與所述的解析部件相連，用于將 數(shù)據(jù)解析后的所述數(shù)據(jù)庫訪問方式及數(shù)據(jù)庫訪問日志中的結構化查詢語言SQL語句進行格式化操作；識別結果輸出部件，與所述的解析部件相連接，用于根據(jù)格式 化操作后的數(shù)據(jù)庫訪問方式以及數(shù)據(jù)庫訪問日志分別識別所述的數(shù)據(jù)庫安全訪問請求信息以及SQL阻斷請求信息，生成并輸出對應的識別結果。

銀行的數(shù)據(jù)庫中保存大量的客戶信息，例如：客戶的賬號、密碼等敏感信息；客戶信息等敏感數(shù)據(jù)的泄露，且該問題日益成為損害公眾利益、威脅企業(yè)健康發(fā)展以及對企業(yè)聲譽造成重大影響的信息安全問題。造成這種風險的主要原因有兩個：

外部網(wǎng)絡的入侵造成的數(shù)據(jù)泄露；

數(shù)據(jù)系統(tǒng)內部權限監(jiān)控不完善造成非授權數(shù)據(jù)訪問造成的數(shù)據(jù)泄漏。

現(xiàn)有技術中數(shù)據(jù)庫安全訪問控制包括兩個方面：

授權用戶的回收和發(fā)放；

數(shù)據(jù)保密性的審查，根據(jù)大量的數(shù)據(jù)查詢日志進行人工抽查，挑選涉及敏感數(shù)據(jù)且返回結果數(shù)量較大的情況詢問相關人員是否有正式的審批手續(xù)，以滿足保密性要求。

上述工作均耗費大量人力和時間，不但審查的覆蓋面和準確度無法保證，而且部分高危行為審查難以滿足時效性要求，更沒有實現(xiàn)實時訪問控制。

因此，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫安全訪問控制的方法存在的滯后性和粗粒度性都無法滿足數(shù)據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全，存在嚴重的安全隱患。這個發(fā)明專利采用的是數(shù)據(jù)庫防火墻系統(tǒng)，正好解決了金融行業(yè)的數(shù)據(jù)庫安全防護問題。

數(shù)據(jù)庫安全技術-應用透明

數(shù)據(jù)庫加密包含了密碼、信息安全、數(shù)據(jù)庫等核心技術，技術難度號稱是數(shù)據(jù)庫安全領域的王冠。以加密技術為基礎的數(shù)據(jù)庫安全加固產(chǎn)品，往往具備兩大技 術瓶頸，即密文數(shù)據(jù)訪問的性能低下和應用系統(tǒng)的透明性不高。直接導致加密保護后數(shù)據(jù)訪問的速度緩慢，以及應用系統(tǒng)需要大量的改造，之前國內的兩款數(shù)據(jù)庫加 密類產(chǎn)品，一直沒有有效地推廣和應用，也是因為這兩大原因。 
 安華金和的《一種基于多級視圖和觸發(fā)器的數(shù)據(jù)庫透明加解密方法》，這個專利用于對關系型數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行加密保護，防止信息被非法的竊取，在關系型數(shù)據(jù) 庫通用的視圖和觸發(fā)器的基礎上，通過實現(xiàn)多級視圖并結合基于行標識的觸發(fā)器實現(xiàn)對敏感數(shù)據(jù)的自動加密和解密，達到對應用透明的目標，應用系統(tǒng)無需改造；通 過多級視圖，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫查詢行為的精確判定，從而可以針對不同種類的查詢行為，構建專門的基于LRU緩存管理機制的密文和明文數(shù)據(jù)緩存策略，構建對密文 數(shù)據(jù)進行批量預解密處理的策略，實現(xiàn)高效的密文查詢。

數(shù)據(jù)庫安全技術-密文索引

筆者在數(shù)據(jù)庫加密技術交流過程中，遇到最多的問題就是數(shù)據(jù)庫加密后，性能的損失有多大，比如：1千行記錄加密后會慢多少？實際上，由于數(shù)據(jù)庫服務器 的硬件性能提高，加解密技術與數(shù)據(jù)庫功能如緩存等有效結合，數(shù)據(jù)解密的時間并不是影響查詢性能的主要因素。下面我就用實驗數(shù)據(jù)來證明這個觀點：

如上三個圖所示，建立一個1000行的表，查詢時間是1.782秒，然后把姓名和賬號兩個字段加密，查詢時間是1.876秒，1千行記錄加密后查詢相差的時間約是0.1秒，對于有數(shù)據(jù)庫加密安全需求的用戶是完全可以接受的。

加密后不帶密文索引

不加密查詢時間

加密后帶密文索引的查詢時間

數(shù)據(jù)庫加密技術關鍵難點在于，如果從100萬行中以加密后的字段作為條件來查詢相應的記錄，在原先明文索引已經(jīng)失效的情況下，快速地定位到這一行是 非常耗費時間的，需要整列解密然后再按條件查詢，如上圖所示，加密后不帶密文索引花了462.125秒（>7分鐘），而不加密的情況下同樣的查詢需 要時間僅0.094秒。

安華金和在《一種無偏序關系的數(shù)據(jù)庫密文索引方法》中有效的解決了這個問題。我們繼續(xù)上面的實驗，這次在NAME字段采用密文索引提高查詢速度，如 上圖所示是使用了0.36秒。專利技術使得安華金和數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)突破了電信等高端應用的性能瓶頸，確保億級數(shù)據(jù)規(guī)模下，性能幾乎不下降。

這個專利提供了一種基于無偏序關系的輕量級的密文索引結構的索引建立、檢索和維護方法，這種結構能夠表示索引中的節(jié)點關系，便于維護，維護代價低。 索引中存儲的數(shù)據(jù)是密文的，由于不存在數(shù)據(jù)之間的偏序關系，也就無法進行分析了，保證了數(shù)據(jù)的安全。基于這種無偏序關系的密文索引的檢索方法，能夠對密文 數(shù)據(jù)進行快速的檢索和定位；維護時能夠有效維護索引數(shù)據(jù)和節(jié)點關系，并保證索引數(shù)據(jù)在并發(fā)操作環(huán)境下的正確性。

結論

通過三個專利技術讓我們能看到運營商、電力、金融這三個行業(yè)的數(shù)據(jù)庫安全需求非常迫切，而且專利技術也有利于同行業(yè)的用戶借鑒，從而提高數(shù)據(jù)庫的安 全防護水平，具有廣泛推廣的價值。安華金和在數(shù)據(jù)庫安全領域里的應用透明和密文索引的專利技術，的確提升了數(shù)據(jù)庫加密的應用效果和成熟度。

隨著云計算技術的普及，按需調整硬件資源會極大節(jié)省成本，越來越多的政府、企業(yè)將自己重要的業(yè)務系統(tǒng)放到公有云上，那這些業(yè)務系統(tǒng)后臺核心數(shù)據(jù)庫如何確保敏感數(shù)據(jù)的安全問題就成為了重中之重，在云平臺上安華金和都提供了那些數(shù)據(jù)庫安全技術將在下一章中為網(wǎng)友呈現(xiàn)。