數(shù)據(jù)庫(kù)自主安全防護(hù)技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

攔截主要通過HOOK API技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可以攔截的操作包括DOS下的中斷、Windows中的API調(diào)用、中斷服務(wù)、IFS和NDIS過濾等。目前微軟提供了一個(gè)實(shí)現(xiàn)HOOK的函數(shù)庫(kù)Detours。其實(shí)現(xiàn)原理是：將目標(biāo)函數(shù)的前幾個(gè)字節(jié)改為jmp指令跳轉(zhuǎn)到自己的函數(shù)地址，以此接管對(duì)目標(biāo)函數(shù)的調(diào)用，并插入自己的處理代碼。
　HOOK API技術(shù)的實(shí)質(zhì)是改變程序流程。在CPU的指令集中,能夠改變程序流程的指令包括JMP、CALL、INT、RET、RETF、IRET等。理論上只要改變API入口和出口的任何機(jī)器碼，都可以實(shí)現(xiàn)HOOK。但實(shí)際實(shí)現(xiàn)上要復(fù)雜得多,主要需要考慮如何處理好以下問題：(1)CPU指令長(zhǎng)度。在32 bit系統(tǒng)中,一條JMP/CALL指令的長(zhǎng)度是5 B，因此只需要替換API中入口處的前5 B的內(nèi)容，否則會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的后果。(2)參數(shù)。為了訪問原API的參數(shù)，需要通過EBP或ESP來引用參數(shù)，因此需要明確HOOK代碼中此時(shí)的EBP/ESP的值。(3)時(shí)機(jī)問題。有些HOOK必須在API的開頭，如CreateFileA( )。有些必須在API的尾部，如RECV()。(4)程序上下文內(nèi)容的保存。在程序執(zhí)行中會(huì)涉及修改系統(tǒng)棧的內(nèi)容，因此注意保存棧中原有內(nèi)容，以便還原。(5)在HOOK代碼里盡量杜絕全局變量的使用，以降低程序之間的耦合性。通過以上的分析，整理出如圖4所示的實(shí)現(xiàn)的流程。

　DSS與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全防護(hù)功能相比，具有以下特點(diǎn)：
　(1)獨(dú)立于具體的數(shù)據(jù)庫(kù)。這種獨(dú)立性體現(xiàn)在：①DSS只需要數(shù)據(jù)庫(kù)提供其接口信息即可工作。②支持不同標(biāo)準(zhǔn)的SQL語(yǔ)句，通過數(shù)據(jù)庫(kù)命令映射表可將非標(biāo)準(zhǔn)的SQL語(yǔ)句映射為系統(tǒng)設(shè)置的SQL命令。③系統(tǒng)自身數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)是獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫(kù)的。
(2)靈活性和針對(duì)性的統(tǒng)一。用戶可以根據(jù)自己的需要配置針對(duì)特定應(yīng)用的相關(guān)規(guī)則。
(3)完善的自我安全保護(hù)措施。DSS只有數(shù)據(jù)庫(kù)安全管理員和安全審計(jì)員才能訪問。安全管理員和安全審計(jì)員是一類特殊的用戶，他們只負(fù)責(zé)安全方面的操作，而不能訪問數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。這與Oracle等的數(shù)據(jù)庫(kù)不同,在這些數(shù)據(jù)庫(kù)中，DBA可以進(jìn)行所有的操作。DSS系統(tǒng)本身具有故障恢復(fù)能力，能使系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)恢復(fù)到一個(gè)安全的狀態(tài)。
　(4)完備的信息查閱和報(bào)警功能。在DSS中，本文提供了便利的設(shè)計(jì)查閱工具，方便用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。另外，用戶也可以自己定義報(bào)警條件和報(bào)警處理措施，一旦滿足報(bào)警條件，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)地做出響應(yīng)。
3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
　DSS的開發(fā)主要采用VS 2005實(shí)現(xiàn),開發(fā)完成后在一臺(tái)主頻為2.8 GHz、內(nèi)存2 GB、裝有Windows 2000操作系統(tǒng)的普通 PC機(jī)上對(duì)其進(jìn)行了功能和性能的測(cè)試，使用的數(shù)據(jù)庫(kù)是開源的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite 3.6。為了搭建測(cè)試環(huán)境，需要在SQLite中添加初始化系統(tǒng)自身的數(shù)據(jù)字典，并開發(fā)應(yīng)用程序。測(cè)試內(nèi)容包括：登錄、用戶管理、Sensor、訪問控制、日志審計(jì)以及增加DSS前后數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)安全性變化等功能性測(cè)試和增加DSS系統(tǒng)后對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)性能的影響兩方面。其中，性能測(cè)試主要從時(shí)間和資源的增加情況來說明，針對(duì)不同數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象分別在五個(gè)級(jí)別(20 000、40 000、60 000、80 000、100 000)的數(shù)據(jù)上進(jìn)行了插入和查詢操作測(cè)試。為了做好性能對(duì)比，在SQLite中也添加了相同的訪問控制功能,記為Inline Processing。插入操作的測(cè)試結(jié)果如圖5所示,查詢操作的測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

從功能測(cè)試結(jié)果可以看出，DSS可以為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供自主防護(hù)。從性能測(cè)試的結(jié)果中看出，查詢操作和插入操作耗時(shí)相差比較大，這主要是SQLite工作方式引起的，在執(zhí)行用戶的插入操作時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)需將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入磁盤數(shù)據(jù)庫(kù)文件中，占用了一部分時(shí)間。而查詢時(shí)，SQLite會(huì)將數(shù)據(jù)庫(kù)文件部分內(nèi)容緩存起來，加快了查詢的速度。另外,增加DSS會(huì)對(duì)性能有略微的影響，但是它能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)自主保護(hù)。
本文針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)安全防護(hù)功能配置不靈活的問題，提出了一種基于HOOK技術(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)通用安全防護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)在于，它不受數(shù)據(jù)庫(kù)自身的約束，完全獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，為用戶提供一種按需定制的功能，不僅增加了安防配置的靈活性而且提高了通用性，可以用于不同的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中。