青少年编程与数学 02-002 Sql Server 数据库应用 16课题、安全机制
- 课题摘要:
- 一、安全机制
- 1. 身份验证(Authentication)
- 2. 授权(Authorization)
- 3. 角色(Roles)
- 4. 加密(Encryption)
- 5. 审计(Auditing)
- 6. 其他安全特性
- 二、身份验证
- 1. Windows 身份验证模式(Windows Authentication Mode)
- 2. 混合模式(Mixed Mode Authentication)
- SQL Server 2022 中的身份验证配置
- SQL Server 身份验证注意事项
- 三、授权
- 授权层次结构
- 1. 服务器级别权限
- 2. 数据库级别权限
- 3. 对象级别权限
- 4. 列级别权限
- 授权语法
- 动态成员资格
- 自定义角色
- 安全最佳实践
- 四、角色
- 角色分类
- 1. 固定服务器角色(Fixed Server Roles)
- 2. 固定数据库角色(Fixed Database Roles)
- 3. 应用程序角色(Application Roles)
- 4. 用户定义的角色(User-defined Roles)
- 角色的管理
- 角色的权限分配
- 五、加密
- 1. 透明数据加密(Transparent Data Encryption, TDE)
- 2. 列级加密
- 3. Always Encrypted
- 4. 证书管理
- 5. 密钥管理
- 6. 其他加密相关功能
- 实施加密的最佳实践
- 六、审计
- 1. 审计的类型
- 2. 审计目标
- 3. 审计的创建和管理
- (1)创建审计
- (2)定义审计规范
- (3)启动审计
- (4)查看审计记录
- 4. 审计的主要组件
- 5. 审计的最佳实践
本课题详细介绍了SQL Server的安全机制,包括身份验证、授权、角色、加密和审计。身份验证支持Windows和混合模式,确保用户合法性。授权涉及服务器、数据库、对象和列级别权限,通过固定和自定义角色管理。
课题摘要:
本课题详细介绍了SQL Server的安全机制,包括身份验证、授权、角色、加密和审计。身份验证支持Windows和混合模式,确保用户合法性。授权涉及服务器、数据库、对象和列级别权限,通过固定和自定义角色管理。加密技术包括TDE、列级加密和Always Encrypted,保护数据安全。审计功能跟踪关键操作,满足合规性要求。实施时需遵循最佳实践,如最小权限原则和定期审查权限,以确保数据库安全性。
一、安全机制
SQL Server 提供了多层次的安全机制来保护数据库中的数据,这些机制涵盖了身份验证、授权、审计等多个方面。下面将详细解释这些安全特性:
1. 身份验证(Authentication)
SQL Server 支持两种身份验证模式:
- Windows 身份验证模式:在这种模式下,SQL Server 使用 Windows 的登录凭证来验证用户的登录请求。这是最安全的身份验证模式,因为用户的密码不会直接传递给 SQL Server。
- 混合身份验证模式:这种模式允许使用 Windows 登录凭证,同时也允许使用 SQL Server 用户名和密码进行身份验证。对于非 Windows 环境下的应用程序,这可能是必需的,但是相比 Windows 身份验证来说,安全性较低。
2. 授权(Authorization)
授权是指定义用户或应用程序对数据库对象(如表、视图、存储过程等)的操作权限。SQL Server 支持多种授权级别:
- 服务器级别权限:控制用户能否连接到 SQL Server 实例。
- 数据库级别权限:控制用户能否访问特定的数据库。
- 对象级别权限:控制用户能否对数据库中的特定对象执行操作(如 SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE)。
- 列级别权限:从 SQL Server 2016 开始支持,允许对表中的特定列进行读写权限控制。
3. 角色(Roles)
角色是一组预定义的权限集合,可以简化授权管理。SQL Server 中的角色包括:
- 固定服务器角色:具有全局作用域,如
sysadmin
(系统管理员)、securityadmin
(安全管理员)等。 - 固定数据库角色:具有数据库作用域,如
db_owner
(数据库所有者)、db_datawriter
(数据写入者)等。 - 应用程序角色:用户定义的角色,可以简化应用程序中的权限分配。
- 自定义角色:用户可以根据需要创建自己的角色,并授予相应的权限。
4. 加密(Encryption)
SQL Server 支持多种加密技术来保护敏感数据:
- 透明数据加密(Transparent Data Encryption, TDE):加密整个数据库文件,使数据在存储时处于加密状态。
- 列级加密:可以针对特定列进行加密,适用于对敏感信息的保护。
- Always Encrypted:SQL Server 2016 引入的技术,允许客户端在发送到服务器之前加密数据,并且服务器在执行查询时不接触明文数据。
5. 审计(Auditing)
审计功能帮助跟踪和记录数据库中的关键操作,以便后续分析和合规性检查。SQL Server 提供了以下审计机制:
- 数据库审计:可以记录特定数据库级别的事件。
- 服务器审计:记录服务器级别的事件,如登录尝试。
- 透明跟踪:记录详细的事务信息,用于调试和审计。
6. 其他安全特性
除了上述特性外,SQL Server 还提供了其他一些重要的安全功能,如:
- 动态数据掩码(Dynamic Data Masking):隐藏敏感数据,仅向具有适当权限的用户提供未掩码的数据。
- 列权限掩码:允许管理员指定哪些用户可以查看表中的哪些列。
- 资源治理:限制用户消耗的资源量,防止资源耗尽攻击。
通过综合运用这些安全机制,可以有效地保护 SQL Server 中的数据免受未经授权的访问、篡改和泄露。然而,实施这些措施时还需要考虑实际的应用场景和业务需求,以达到最佳的安全效果。
二、身份验证
SQL Server 2022 中的身份验证机制主要涉及两种模式:Windows 身份验证模式和混合模式(Mixed Mode Authentication)。这两种模式都提供了不同的方式来验证试图连接到 SQL Server 的用户的合法性。下面详细介绍这两种模式:
1. Windows 身份验证模式(Windows Authentication Mode)
在 Windows 身份验证模式下,SQL Server 使用 Windows 操作系统的安全机制来验证用户的身份。当用户尝试连接到 SQL Server 时,他们不需要单独提供用户名和密码,而是使用他们的 Windows 凭证(即他们用来登录 Windows 的用户名和密码)来验证身份。这种方式的优点包括:
- 更高的安全性:由于密码不会在 SQL Server 和客户端之间传输,减少了密码被盗的风险。
- 集中管理:Windows Active Directory 可以集中管理用户的账户和密码。
- 统一的身份验证:用户只需要记住一个 Windows 凭证即可访问 SQL Server 和其他基于 Windows 的服务。
2. 混合模式(Mixed Mode Authentication)
混合模式允许使用 Windows 身份验证的同时也支持 SQL Server 身份验证。在混合模式下,用户可以选择以下两种方式进行身份验证:
- Windows 身份验证:如前所述,使用 Windows 凭证进行身份验证。
- SQL Server 身份验证:用户需要提供一个 SQL Server 登录名和密码。这种方式对于那些不使用 Windows 环境(如 Linux 或 macOS)的应用程序尤其有用。
混合模式的灵活性在于它可以同时支持 Windows 环境和非 Windows 环境的用户,但同时也引入了额外的安全风险,因为 SQL Server 需要存储密码,而这些密码可能会成为攻击的目标。
SQL Server 2022 中的身份验证配置
在 SQL Server 2022 中配置身份验证模式,可以通过以下步骤进行:
- 启动 SQL Server Configuration Manager。
- 导航到 SQL Server Network Configuration 页面,选择你想要配置的服务实例。
- 打开 SQL Server Service Properties 对话框,切换到“登录”选项卡。
- 选择身份验证模式:你可以选择“Windows 身份验证模式”或“混合模式”。
- 重启 SQL Server 服务:配置更改后需要重启服务才能生效。
SQL Server 身份验证注意事项
- 密码策略:如果使用 SQL Server 身份验证,建议配置强密码策略,并定期更改密码。
- 登录名管理:确保登录名的生命周期管理,及时禁用或删除不再使用的登录名。
- 最小权限原则:为每个用户分配尽可能小的权限集,避免不必要的权限授予。
通过合理配置 SQL Server 的身份验证模式,并遵循最佳实践,可以显著提高系统的安全性。在实际部署过程中,应根据组织的具体情况选择合适的身份验证模式,并采取适当的措施来保障数据库的安全。
三、授权
SQL Server 2022 中的授权(Authorization)是数据库安全的关键组成部分之一,它决定了用户能够执行哪些操作以及能够访问哪些数据。授权是建立在身份验证之上的,只有经过身份验证的用户才能够被授权执行某些操作。以下是 SQL Server 2022 中授权的一些关键概念和方法:
授权层次结构
SQL Server 的授权体系可以从以下几个层次来看:
1. 服务器级别权限
服务器级别的权限决定了用户是否能够连接到 SQL Server 实例。服务器级别的权限包括但不限于:
- sysadmin:系统管理员,拥有所有权限。
- securityadmin:安全管理员,可以管理登录名、证书等。
- serveradmin:服务器管理员,可以管理服务器范围内的设置。
- setupadmin:安装管理员,可以执行安装和卸载任务。
- diskadmin:磁盘管理员,可以管理文件和文件组。
- processadmin:进程管理员,可以终止其他用户的进程。
- dbcreator:数据库创建者,可以创建新的数据库。
- bulkadmin:批量加载管理员,可以执行 BULK INSERT 操作。
2. 数据库级别权限
数据库级别的权限决定了用户是否能够访问特定的数据库。数据库级别的角色包括但不限于:
- db_owner:数据库所有者,拥有数据库内所有权限。
- db_accessadmin:数据库访问管理员,可以管理数据库级别的用户和角色。
- db_securityadmin:数据库安全管理员,可以管理数据库级别的权限。
- db_ddladmin:数据库 DDL 管理员,可以执行数据定义语言(DDL)语句。
- db_backupoperator:数据库备份操作员,可以执行备份和恢复操作。
- db_datareader:数据库数据读者,可以读取数据。
- db_datawriter:数据库数据写入者,可以修改数据。
- db_denydatareader:拒绝数据库数据读者,禁止读取数据。
- db_denydatawriter:拒绝数据库数据写入者,禁止修改数据。
3. 对象级别权限
对象级别的权限决定了用户是否能够访问特定的对象(如表、视图、存储过程等)。可以授予的权限包括但不限于:
- SELECT:允许用户从对象中读取数据。
- INSERT:允许用户向对象中插入数据。
- UPDATE:允许用户修改对象中的数据。
- DELETE:允许用户从对象中删除数据。
- EXECUTE:允许用户执行存储过程或函数。
- ALTER:允许用户修改对象。
- CONTROL:允许用户将对象权限授予或拒绝其他用户。
- REFERENCES:允许用户定义外键引用对象。
4. 列级别权限
SQL Server 2016 引入了列级别权限,可以在表的特定列上设置读写权限。这使得可以更细粒度地控制数据访问。
授权语法
SQL Server 中的授权是通过 T-SQL 语句来实现的,以下是一些常用的授权语句示例:
-
GRANT:授予权限。
GRANT SELECT ON OBJECT::YourTable TO YourUserName;
-
DENY:拒绝权限。
DENY UPDATE ON OBJECT::YourTable TO YourUserName;
-
REVOKE:撤销权限。
REVOKE DELETE ON OBJECT::YourTable FROM YourUserName;
动态成员资格
SQL Server 支持动态成员资格的角色,这意味着角色成员资格是在运行时决定的,而不是静态定义的。例如,db_datareader
和 db_datawriter
角色就是动态角色,它们的成员资格取决于用户的登录名和数据库中的权限。
自定义角色
除了内置的角色之外,用户还可以创建自定义的角色,并将权限分配给这些角色。这样可以更好地管理和控制不同用户组的权限。
安全最佳实践
在配置 SQL Server 的授权时,应该遵循一些安全最佳实践:
- 最小权限原则:只授予用户完成工作所需的最小权限。
- 定期审查权限:定期检查用户的权限,确保没有过度授权的情况。
- 使用角色进行权限管理:通过角色来管理权限,简化权限分配和回收的工作。
- 文档化权限设置:记录权限设置,以便于审计和管理。
通过合理地配置和管理 SQL Server 的授权体系,可以有效地保护数据库中的数据不被非法访问或篡改。
四、角色
SQL Server 2022 中的角色是用于管理和分配数据库权限的重要工具。角色是一种安全主体,可以包含一个或多个用户、其他角色,甚至可以嵌套包含其他角色。通过角色来管理权限,可以简化权限分配的过程,并且使得权限的变更更加容易。以下是 SQL Server 2022 中关于角色的一些详细信息:
角色分类
SQL Server 中的角色可以分为几个类别:
1. 固定服务器角色(Fixed Server Roles)
这些角色是在 SQL Server 实例级别定义的,拥有全局的作用域。一旦被赋予了这些角色的成员资格,用户在整个 SQL Server 实例范围内都会获得相应的权限。固定服务器角色包括但不限于:
- sysadmin:系统管理员,拥有所有权限。
- securityadmin:安全管理员,负责管理登录名和其他安全相关的对象。
- serveradmin:服务器管理员,可以管理服务器范围内的设置。
- setupadmin:安装管理员,负责管理安装和卸载任务。
- diskadmin:磁盘管理员,可以管理文件和文件组。
- processadmin:进程管理员,可以终止其他用户的进程。
- dbcreator:数据库创建者,可以创建新的数据库。
- bulkadmin:批量加载管理员,可以执行 BULK INSERT 操作。
2. 固定数据库角色(Fixed Database Roles)
这些角色是在数据库级别定义的,拥有数据库范围的作用域。一旦被赋予了这些角色的成员资格,用户在特定数据库内就会获得相应的权限。固定数据库角色包括但不限于:
- db_owner:数据库所有者,拥有数据库内所有权限。
- db_accessadmin:数据库访问管理员,可以管理数据库级别的用户和角色。
- db_securityadmin:数据库安全管理员,可以管理数据库级别的权限。
- db_ddladmin:数据库 DDL 管理员,可以执行数据定义语言(DDL)语句。
- db_backupoperator:数据库备份操作员,可以执行备份和恢复操作。
- db_datareader:数据库数据读者,可以读取数据。
- db_datawriter:数据库数据写入者,可以修改数据。
- db_denydatareader:拒绝数据库数据读者,禁止读取数据。
- db_denydatawriter:拒绝数据库数据写入者,禁止修改数据。
3. 应用程序角色(Application Roles)
应用程序角色是 SQL Server 2005 引入的一种角色类型,允许应用程序在执行操作时使用一个临时的、应用程序定义的身份。应用程序角色可以简化应用程序中的权限分配,并且在应用程序需要执行某些操作时提供了一个临时的身份。
4. 用户定义的角色(User-defined Roles)
用户定义的角色是数据库管理员在数据库级别创建的角色,可以用来组合具有相同权限的一组用户。这些角色可以包含用户、其他用户定义的角色,甚至可以嵌套包含其他用户定义的角色。通过用户定义的角色,可以简化权限管理,并且更容易地进行权限变更。
角色的管理
角色的管理主要包括创建、修改和删除角色,以及向角色添加或移除成员。以下是一些常见的 T-SQL 命令:
-
创建角色:
CREATE ROLE YourRoleName;
-
修改角色:
ALTER ROLE YourRoleName;
-
删除角色:
DROP ROLE YourRoleName;
-
向角色添加成员:
ALTER ROLE YourRoleName ADD MEMBER YourUserName;
-
从角色移除成员:
ALTER ROLE YourRoleName DROP MEMBER YourUserName;
角色的权限分配
角色的权限分配是通过 GRANT、DENY 和 REVOKE 语句来实现的。以下是一些示例:
-
授予权限给角色:
GRANT SELECT, INSERT ON OBJECT::YourTable TO YourRoleName;
-
拒绝权限给角色:
DENY UPDATE ON OBJECT::YourTable TO YourRoleName;
-
撤销权限给角色:
REVOKE DELETE ON OBJECT::YourTable FROM YourRoleName;
通过合理地配置和管理角色及其权限,可以有效地保护数据库中的数据,并且确保只有经过授权的用户能够访问或修改数据。在实际应用中,应该根据具体的业务需求和安全要求来设计和维护角色及其权限。
五、加密
SQL Server 2022 提供了多种加密机制来保护数据的安全,这些机制包括但不限于透明数据加密(TDE)、列级加密、Always Encrypted 技术、证书管理、密钥管理等。下面是这些加密技术的详细说明:
1. 透明数据加密(Transparent Data Encryption, TDE)
TDE 是 SQL Server 中一项重要的加密技术,它用于加密整个数据库文件(包括数据文件和日志文件),从而保护存储在数据库中的数据。TDE 旨在保护静止数据,即存储在磁盘上的数据。TDE 的特点如下:
- 透明性:数据在读取时自动解密,在写入时自动加密,应用程序无需更改即可使用加密的数据。
- 性能影响较小:虽然加密和解密会带来一些性能开销,但总体来说对性能的影响相对较小。
- 密钥管理:TDE 使用数据库加密密钥(Database Encryption Key, DEK)来加密数据,DEK 再由服务主密钥(Service Master Key, SMK)来保护。
2. 列级加密
列级加密允许对数据库表中的特定列进行加密,以保护敏感数据。SQL Server 支持以下几种类型的列级加密:
- CELLULAR ENCRYPTION:每个值都被独立加密,可以使用加密后的数据进行某些操作,如范围查询。
- DETERMINISTIC ENCRYPTION:相同的输入总是产生相同的输出,适合用于索引和外键。
- RANDOMIZED ENCRYPTION:即使相同的输入也会产生不同的输出,适合用于文本或数值字段。
3. Always Encrypted
Always Encrypted 是 SQL Server 2016 引入的一项新技术,旨在保护敏感数据在传输过程中和存储在数据库中的安全性。Always Encrypted 的特点如下:
- 客户端加密:数据在客户端被加密后才发送到数据库服务器。
- 服务器端不解密:数据库服务器始终无法看到明文数据,只能操作加密后的数据。
- 透明性:支持透明的数据加密和解密,应用程序几乎无需修改即可使用加密的数据。
4. 证书管理
SQL Server 支持使用证书来保护加密密钥。证书可以存储在数据库中,并用于加密各种类型的密钥,如 DEK 或其他证书。证书管理包括证书的创建、导入、导出、更新和删除等功能。
5. 密钥管理
SQL Server 中的密钥管理涉及到各种类型的密钥,如 DEK、SMK、证书私钥等。密钥管理包括:
- 密钥的生成:可以使用 SQL Server 内置的功能来生成密钥。
- 密钥的存储:密钥可以存储在数据库中,也可以存储在外部的密钥管理服务(如 Azure Key Vault)中。
- 密钥的备份与恢复:支持密钥的备份和恢复,以防止密钥丢失。
6. 其他加密相关功能
除了上述主要的加密技术外,SQL Server 还提供了其他一些加密相关功能:
- 动态数据掩码(Dynamic Data Masking):允许隐藏敏感数据,只向具有适当权限的用户提供未掩码的数据。
- 列权限掩码:允许管理员指定哪些用户可以查看表中的哪些列。
- 使用 RC4 和 AES 加密算法:SQL Server 支持多种加密算法,包括 RC4 和 AES。
实施加密的最佳实践
在实施 SQL Server 的加密时,应遵循以下最佳实践:
- 最小权限原则:确保只有必要的人员能够访问加密密钥。
- 密钥轮换:定期更换密钥以增强安全性。
- 备份密钥:定期备份密钥,并妥善保管备份。
- 监控和审计:监控加密操作,并记录相关的审计信息。
通过合理使用 SQL Server 提供的各种加密技术,可以有效保护数据库中的敏感数据,减少数据泄露的风险。在实际应用中,应根据具体的安全需求选择合适的加密方案,并结合其他安全措施共同保障数据安全。
六、审计
SQL Server 2022 提供了强大的审计功能,可以帮助数据库管理员跟踪和记录数据库中的关键操作,以满足合规性和安全性的要求。审计功能可以用于监控登录活动、数据访问模式、数据修改操作以及其他重要的数据库活动。以下是 SQL Server 2022 中审计功能的详细说明:
1. 审计的类型
SQL Server 支持两种主要类型的审计:
- 服务器级审计(Server-Level Auditing):记录服务器级别的事件,如登录尝试、服务器启动和关闭等。
- 数据库级审计(Database-Level Auditing):记录数据库级别的事件,如表上的插入、更新、删除操作等。
2. 审计目标
审计记录可以被发送到不同的目标位置,以便于存储和分析:
- 文件系统(File System):将审计记录写入到文件系统中的文件中。
- SQL Server 审计表(Audit Table):将审计记录写入到 SQL Server 中的一个专用表中。
- Windows 事件日志(Windows Event Log):将审计记录写入到 Windows 事件日志中。
- Azure Blob 存储(Azure Blob Storage):将审计记录写入到 Azure Blob 存储中,适用于云环境。
3. 审计的创建和管理
创建和管理审计的过程通常包括以下几个步骤:
(1)创建审计
首先需要创建一个审计对象,定义审计的目标、审计的条件以及要审计的事件。
CREATE SERVER AUDIT SpecificationName
TO FILE (FILEPATH = N'path_to_directory')
WITH (ON_FAILURE = CONTINUE_ON_FAILURE);
(2)定义审计规范
审计规范指定了要审计的具体操作和条件。
CREATE SERVER AUDIT SPECIFICATION SpecificationName
FOR SERVER AUDIT AuditName
ADD (DATABASE_OBJECT_ACCESS_GROUP)
ADD (DATABASE_OBJECT_CHANGE_GROUP)
ADD (DATABASE_OBJECT_OWNERSHIP_CHANGE_GROUP)
ADD (DATABASE_OBJECT_PERMISSION_CHANGE_GROUP)
WITH (STATE = ON);
(3)启动审计
创建审计后,需要将其启动,以便开始记录审计信息。
ALTER SERVER AUDIT AuditName WITH (STATE = ON);
(4)查看审计记录
审计记录可以使用 T-SQL 查询来查看,或者通过其他工具(如 SSMS)进行查看。
SELECT * FROM sys.fn_get_audit_file(N'path_to_audit_file', NULL, NULL);
4. 审计的主要组件
SQL Server 审计功能的核心组件包括:
- 审计对象(Audit Object):定义审计的目标位置。
- 审计规范(Audit Specification):定义要审计的具体操作。
- 审计事件(Audit Events):具体要审计的操作类型,如登录、查询、数据修改等。
- 审计状态(Audit State):审计对象的状态,可以是开启(ON)或关闭(OFF)。
5. 审计的最佳实践
在实施 SQL Server 审计时,应遵循以下最佳实践:
- 定义明确的审计策略:根据业务需求和合规性要求,定义需要审计的具体操作。
- 选择合适的审计目标:根据审计记录的需求选择适当的审计目标,如文件系统、SQL Server 表或 Azure Blob 存储。
- 定期审查审计记录:定期审查审计记录,以发现潜在的安全问题或异常行为。
- 保持审计记录的完整性和可用性:确保审计记录的安全存储,防止未经授权的访问或篡改。
- 性能考虑:审计功能会占用一定的系统资源,因此在配置审计时要考虑对性能的影响,并适当调整审计的范围和频率。
通过合理配置和使用 SQL Server 的审计功能,可以有效地监测数据库中的活动,提高数据安全性,并满足各种合规性和审计的要求。