Bài giảng Cơ sở dữ liệu - Chương 6: An toàn và toàn vẹn dữ liệu - Nguyễn Hồng Phương
10/11/2019
Nội dung
1. Đặt vấn đề
2. An toàn dữ liệu
3. Toàn vẹn dữ liệu
4. Điều khiển tương tranh
An toàn và toàn vẹn dữ liệu
Nguyễn Hồng Phương
Bộ môn Hệ thống thông tin
Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông
Đại học Bách Khoa Hà Nội
1
2
1. Đặt vấn đề
2. An toàn dữ liệu
• Một số yêu cầu đối với thiết kế, cài đặt
và quản trị CSDL:
• Định nghĩa: Tính an toàn dữ liệu là sự bảo
vệ dữ liệu trong CSDL chống lại những truy
nhập, sửa đổi hay phá hủy bất hợp pháp.
• Người sử dụng hợp pháp là những người sử
dụng được cấp phép, ủy quyền.
• Để đảm bảo tính an toàn cho CSDL, cần có
một cơ chế để quản lý người dùng hợp lý.
• Những nhóm người dùng khác nhau trong hệ
CSDL có quyền sử dụng khác nhau đối với
các đối tượng dữ liệu trong CSDL.
–Đảm bảo tính an toàn của dữ liệu
•Tránh truy nhập không hợp lệ từ phía người
dùng: phân quyền, xác minh và kiểm tra quyền
hạn người sử dụng.
–Đảm bảo tính đúng đắn của dữ liệu
•Tránh sai sót khi cập nhật dữ liệu: định nghĩa
và kiểm tra các ràng buộc dữ liệu.
•Tránh sai sót trong quá trình thao tác với dữ
liệu: kiểm tra tính toàn vẹn của các thao tác
với dữ liệu.
3
4
1
10/11/2019
Trục tam giác
2.1. Các quyền truy nhập của người sử dụng
• Đối với người khai thác CSDL:
Người dùng,
nhóm người
dùng
–Quyền đọc dữ liệu: được phép đọc một
phần hay toàn bộ dữ liệu trong CSDL.
Các quyền
–Quyền cập nhật dữ liệu: được phép sửa
đổi một số giá trị nhưng không được xóa
dữ liệu trong CSDL.
–Quyền xóa dữ liệu: được phép xóa dữ liệu
trong CSDL.
–Quyền bổ sung dữ liệu: được phép thêm
dữ liệu mới vào trong CSDL nhưng không
Các đối
tượng dữ
liệu trong
CSDL
được phép thay đổi dữ liệu
5
6
2.2. Người dùng
2.1. Các quyền truy nhập của người sử dụng
• Một người dùng cụ thể (user)
– ví dụ: phuongnh, postgres,…
•Đối với người quản trị CSDL:
–Quyền tạo chỉ dẫn trên các quan hệ
trong CSDL
• Một nhóm người dùng (group)
– nhóm có các thành viên (member)
–Quyền thay đổi sơ đồ cơ sở dữ liệu:
thêm hay xóa các thuộc tính của các
quan hệ trong CSDL
–Quyền loại bỏ quan hệ trong CSDL
–Quyền quản lý tài nguyên: được phép
– ví dụ: group_h3t có phuongnh, lamdb, trinhvt,….
• Một số hệ quản trị không phân biệt 2 khái
niệm trên, mà gọi chung là vai trò (role)
– ví dụ: trong PostGreSQL, role có thể là user hoặc
group (nếu có member)
thêm các quan hệ mới vào CSDL
7
8
2
10/11/2019
2.3. Các đối tượng dữ liệu
Trách nhiệm của người quản trị hệ thống
• Để có thể phân biệt được người sử dụng
trong hệ CSDL, người quản trị hệ thống phải
có trách nhiệm:
• Tables
• Views
– Xác định các quyền cụ thể mà mỗi người sử dụng
hay một nhóm người sử dụng được phép thực
hiện, xác định vai trò và trách nhiệm của mỗi
người sử dụng. Điều này được gọi chung là Phân
quyền người sử dụng.
– Cung cấp một phương tiện cho người sử dụng để
hệ thống có thể nhận biết được người sử dụng đó
hay còn gọi là Xác minh người sử dụng.
9
10
Xác minh người sử dụng
Kiểm tra quyền truy nhập của người sử dụng
• Để xác minh được người sử dụng, người ta có thể
dùng các kỹ thuật sau:
• Mỗi người sử dụng sẽ có một bộ hồ sơ do
người quản trị thiết lập và được hệ thống
quản lý, trong hồ sơ đó sẽ có chi tiết về các
thao tác người sử dụng được phép thực hiện:
– Kỹ thuật dùng tài khoản có tên và mật khẩu, mật
khẩu cũng được bảo vệ bởi hệ thống.
– Kỹ thuật sử dụng các hàm kiểm tra người sử dụng: Hệ
thống đưa cho người sử dụng một số ngẫu nhiên x,
người sử dụng dùng một hàm F tính nhẩm kết quả và
đưa kết quả y = F(x) vào hệ thống. Trong lúc đó, hệ
thống cũng tính toán và so sánh kết quả với y. Người
sử dụng hợp pháp là người biết hàm biến đổi F và đưa
vào giá trị y đúng.
– Phân quyền người sử dụng: Người quản trị hệ
thống phải có trách nhiệm xác định khung nhìn để
kiểm soát xem mỗi người sử dụng chỉ được truy
nhập phần dữ liệu nào trong CSDL và có được các
quyền nào trong số các quyền đọc, thêm, xóa,
sửa đổi.
– Xác định và kiểm soát sự lưu chuyển dữ liệu: Hệ
thống phải bảo trì danh sách các quyền một cách
chặt chẽ vì người sử dụng có thể được quyền lan
– Kỹ thuật dùng thẻ điện tử, thẻ thông minh.
– Kỹ thuật sử dụng nhận dạng tiếng nói, vân tay v..v.
truyền các quyền cho người sử dụng khác.
11
12
3
10/11/2019
Câu lệnh tạo khung nhìn
Các câu lệnh an toàn dữ liệu trong SQL
• Câu lệnh tạo khung nhìn
• Câu lệnh phân quyền cho người sử
dụng
• CREATE VIEW <Tên khung nhìn> [(d/s
cột)] AS <Câu truy vấn>
• Danh sách các cột trong khung nhìn là
phần không bắt buộc. Trong trường
hợp người sử dụng muốn đặt tên khác
cho các cột xuất hiện trong khung nhìn
thì người sử dụng có thể chỉ ra tên các
cột, dữ liệu trên cột thì tương ứng với
các cột trong mệnh đề Select của câu
truy vấn.
• Câu lệnh thu hồi quyền của người sử
dụng
13
14
Ví dụ câu lệnh tạo khung nhìn
Câu lệnh phân quyền cho NSD
•
Cho cơ sở dữ liệu gồm 2 quan hệ:
• GRANT <D/s thao tác> ON <Đối tượng>
TO <D/s người dùng> [WITH GRANT OPTION]
• <D/s thao tác>: có thể bao gồm 1 hay nhiều thao
tác được liệt kê dưới đây:
Nhânviên(Id,Họtên,ĐC,Lương,NămBD,Đánhgiá,PhòngCT)
Phòng(PId, Tên, ĐC, Điệnthoại, Trưởngphòng)
•
Câu lệnh tạo khung nhìn cho một nhân viên của phòng
Khoa Học có thể được định nghĩa như sau:
– Insert: chèn dữ liệu vào trong CSDL có sẵn nhưng không
được thay đổi bất kỳ mục dữ liệu nào trong CSDL
– Update: sửa đổi dữ liệu nhưng không được xóa dữ liệu
– Delete: xóa dữ liệu trong CSDL
– Select : tìm kiếm
– Create: tạo lập các quan hệ mới
– Alter: Thay đổi cấu trúc của quan hệ
– Drop: Loại bỏ quan hệ
CREATE VIEW NVKH(HọtênNhânviên, Địachỉliênlạc) AS
SELECT Họtên, Địachỉ
FROM Nhânviên
WHERE PhòngCT IN
(SELECT PId FROM Phòng WHERE Tên ='Khoa Học')
– Read/Write: Đọc và Ghi
15
16
4
10/11/2019
Câu lệnh phân quyền cho NSD (tiếp)
• <Đối tượng>: bảng hoặc khung nhìn
• <D/s người dùng>: Một người hay một
nhóm hay một danh sách người sử dụng.
Từ khóa public được dùng thay thế cho mọi
người sử dụng
• [With Grant Option] Nếu dùng từ khóa này
trong câu lệnh phân quyền thì người dùng
xuất hiện trong <D/s người dùng> có
quyền được lan truyền các quyền vừa được
tuyên bố cho những người dùng khác
Ví dụ câu lệnh phân quyền cho NSD
• Trao quyền đọc, ghi, tìm kiếm, sửa đổi dữ
liệu cho nhân viên tên Hoa của phòng Khoa
học trên khung nhìn vừa tạo lập trong phần
trước
GRANT read, write, select, update ON
NVKH TO Hoa;
• Trao quyền cho trưởng phòng Khoa học –
ông HungNC
GRANT read, write, select, update, delete
ON NVKH TO HungNC WITH GRANT
OPTION;
17
18
Câu lệnh thu hồi quyền của NSD
Câu lệnh thu hồi quyền của NSD (tiếp)
• REVOKE <D/s thao tác> ON <Đối tượng>
FROM <D/s người dùng>
• Nếu Restrict thì có nghĩa là chỉ hủy bỏ
quyền của những người có trong danh
sách, quyền đã được lan truyền cho người
khác không bị thu hồi.
• Nếu dùng Cascade thì hủy bỏ quyền của
người trong <D/s người dùng>, đồng thời
kéo theo hủy bỏ quyền mà người dùng đó
đã luân chuyển cho những người khác.
[RESTRICT/CASCADE]
• <D/s thao tác>, <Đối tượng>, <D/s người
dùng> giống như đối với câu lệnh GRANT.
• Phần [RESTRICT/CASCADE] là chỉ ra cơ chế
thu hồi với các quyền đã được người dùng
trong <D/s người dùng> lan truyền
• Ví dụ:
REVOKE update, delete ON NVKH FROM
HungNC CASCADE
19
20
5
10/11/2019
3. Toàn vẹn dữ liệu
• Để đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu, cần phải chỉ ra và
duy trì những ràng buộc toàn vẹn liên kết với mỗi
quan hệ. Các ràng buộc toàn vẹn cung cấp
phương tiện để đảm bảo rằng các thao tác được
thực hiện bởi những người sử dụng hợp pháp không
làm mất đi tính đúng đắn của CSDL.
• Trong hệ thống đa người dùng, để đảm bảo được
toàn vẹn dữ liệu, hệ thống còn phải có được một
trình điều khiển tương tranh để tránh đụng độ giữa
các thao tác được đưa ra bởi những người sử dụng
khác nhau tại cùng một thời điểm
• Định nghĩa: Tính toàn vẹn dữ liệu là sự bảo vệ
dữ liệu trong CSDL chống lại những sự sửa đổi,
phá hủy vô căn cứ để đảm bảo tính đúng đắn
và chính xác của dữ liệu.
• Các thao tác có thể ảnh hưởng đến tính đúng
đắn của CSDL là thêm, xóa, sửa đổi.
1
21
22
Các khẳng định
Các ràng buộc toàn vẹn trong SQL
• Các ràng buộc về khóa chính, khóa
ngoài, kiểm tra miền giá trị sử dụng
Check đã được đề cập đến khi nói về
câu lệnh tạo bảng trong CSDL.
• Là một vị từ biểu thị một điều kiện mà
CSDL phải luôn luôn thỏa mãn.
• Các khẳng định được tạo ra bằng câu
lệnh:
• Các khẳng định (assertion)
• Các kích hoạt (trigger)
CREATE ASSERTION <Tên khẳng định>
CHECK <Vị từ>
23
24
6
10/11/2019
Ví dụ về khẳng định
Ví dụ về khẳng định (tiếp)
• Lương của nhân viên không được cao hơn
lương người quản lý phòng ban của nhân
viên đó.
CREATE ASSERTION Salary_Constraint
CHECK (NOT EXISTS
• Số lượng mặt hàng được cung cấp bởi
các hãng có số nhân viên < 50 phải
nhỏ hơn 100:
CREATE ASSERTION KĐSốlượng CHECK
NOT EXISTS
(SELECT * FROM Employee E,
Employee M, Department D
(SELECT * FROM S WHERE
numofemps < 50 AND sid IN
WHERE E.Salary>M.Salary AND
E.Dno=D.Number AND D.MgrSSN=M.SSN))
(SELECT sid FROM SP WHERE quantity
>= 100))
25
26
Các kích hoạt (trigger)
Các kích hoạt (trigger)
•Constraint thuộc loại toàn vẹn dữ liệu khai báo:
kiểm tra dữ liệu trước khi cho phép nhận vào
bảng
•Trigger thuộc loại toàn vẹn dữ liệu thủ tục nên
việc Insert, Update, Delete xảy ra rồi mới kích
hoạt trigger.
• Là một thủ tục lưu trữ hệ thống (stored
procedure) đặc biệt, được thực thi một cách
tự động khi có sự kiện gây biến đổi dữ liệu
như Update, Insert hay Delete
• Được dùng để đảm bảo toàn vẹn dữ liệu
hay thực hiện các quy tắc nghiệp vụ nào
đó.
–Đôi khi, do nhu cầu thay đổi dây chuyền,
có thể sử dụng trigger
• Khi nào sử dụng trigger?
• Đặc điểm của trigger
– khi các biện pháp đảm bảo toàn vẹn dữ liệu
khác như Constraint không thể thỏa mãn yêu
cầu của ứng dụng
–một trigger có thể làm nhiều công việc, có
thể được kích hoạt bởi nhiều sự kiện
27
28
7
10/11/2019
Các kích hoạt (trigger)
Ví dụ về trigger
–trigger không thể được tạo ra trên bảng
tạm hoặc bảng hệ thống
–trigger chỉ có thể được kích hoạt tự động
bởi các sự kiện mà không thể chạy thủ
công được.
• Nhânviên(ID,Họtên,Lương,Địachỉ,Ngư
ờiquảnlý)
• Một nhân viên bao giờ cũng có lương
ít hơn lương người trưởng phòng, điều
kiện này phải được kiểm tra khi thêm
bộ dữ liệu.
–có thể áp dụng trigger cho view
–khi trigger được kích hoạt
CREATE TRIGGER ThemNV ON INSERT Nhânviên
•dữ liệu mới được insert sẽ được chứa trong
bảng "inserted"
•dữ liệu mới được delete sẽ được chứa trong
bảng "deleted"
•đây là hai bảng tạm nằm trên bộ nhớ, và chỉ có
giá trị bên trong trigger
IF Nhânviên.Lương > (SELECT E.Lương FROM
Nhânviên AS E WHERE E.ID =
Nhânviên.Ngườiquảnlý)
THEN ABORT;
29
30
4. Điều khiển tương tranh
4.1. Giao dịch
• Một giao dịch hình thành nên 1 đơn vị công
việc trong 1 DBMS đ/v 1 CSDL, được coi là
cố kết và tin cậy độc lập với các giao dịch
khác.
• Giao dịch có nhiều bước, và phải được thực
hiện một cách trọn vẹn.
• Trạng thái trung gian giữa các bước là ẩn đ/v
các giao dịch khác.
• Nếu có sự cố mà giao dịch không thể hoàn
thành, thì tất cả các bước không ảnh hưởng
• Trong hệ CSDL đa người dùng, hệ
thống cần đưa ra giải pháp chống
đụng độ giữa các giao dịch (một dãy
các thao tác) được đưa ra bởi những
người dùng khác nhau để tránh việc
một đối tượng dữ liệu nào đó bị làm
mất tính đúng đắn trong quá trình
cập nhật.
lên CSDL.
31
32
8
10/11/2019
Ví dụ về giao dịch
4.2. Các tính chất của một giao dịch
• Một CSDL ngân hàng chứa thông tin tài khoản của
các khách hàng và tài khoản quỹ của các chi nhánh.
• Giả sử, thực hiện giao dịch chuyển 100 đô-la từ tài
khoản của Alice sang tài khoản của Bob:
• Tính nguyên tố (Atomicy)
– Hoặc là tất cả các thao tác được thực hiện hoặc là
không thao tác nào được thực hiện
– Đảm bảo tính không thể chia cắt, không thể rút
gọn
UPDATE accounts SET balance = balance - 100.00
WHERE name = ’Alice’;
UPDATE branches SET balance = balance - 100.00
WHERE name = (SELECT branch_name FROM accounts
WHERE name = ’Alice’);
• Tính nhất quán (Consistency)
– Dữ liệu nhất quán sau khi giao dịch thực hiện.
UPDATE accounts SET balance = balance + 100.00
• Tính cách ly (Isolation)
WHERE name = ’Bob’;
– xác định cách mà những thay đổi bởi một thao tác
là ẩn với các thao tác đồng thời khác.
UPDATE branches SET balance = balance + 100.00
WHERE name = (SELECT branch_name FROM accounts
WHERE name = ’Bob’);
33
34
4.2.Các tính chất của một giao dịch
• Tính bền vững (Durability)
• Các thao tác hình thành nên một giao
dịch có thể được nhúng trong một
chương trình ứng dụng hoặc được xác
định bởi ngôn ngữ cấp cao như SQL.
• Để biết một giao dịch diễn ra, cần xác
định tường minh câu lệnh bắt đầu
(begin transaction) và kết thúc (end
transaction) của giao dịch trong
chương trình ứng dụng.
–Đảm bảo giao dịch đã được xác nhận sẽ
tồn tại vĩnh cửu.
–ví dụ, một vị trí chỗ ngồi trên máy bay đã
được đặt chỗ thì vị trí đó sẽ vẫn trong
trạng thái đã đặt chỗ cho dù hệ thống có
vấn đề.
• Tất cả 4 tính chất trên, gọi tắt là ACID
35
36
9
10/11/2019
• Giao dịch chỉ đọc (read-only)
• Đơn vị cơ bản của việc chuyển dữ liệu
từ đĩa vào bộ nhớ chính là khối (block).
• Thực hiện lệnh read_item(X) bao gồm
các bước sau:
–không cập nhật dữ liệu, mà chỉ lấy ra dữ
liệu.
• Để đơn giản, giả sử các thao tác truy
cập CSDL trong một giao dịch gồm có:
–Tìm địa chỉ của khối trên đĩa mà chứa
khoản mục X.
–Sao chép khối đó vào bộ đệm trên bộ nhớ
chính (nếu trên bộ đệm chưa có).
–read_item(X): đọc 1 khoản mục CSDL tên
là X vào một biến trong chương trình cũng
tên là X.
–write_item(X): ghi giá trị của biến X trong
chương trình vào khoản mục CSDL cũng
–Sao chép khoản mục X từ bộ đệm vào biến
chương trình X.
tên là X.
37
38
4.3. Tại sao lại phải điều khiển tương tranh?
• Thực hiện lệnh write_item(X) bao gồm các
bước sau:
• Các vấn đề
–The Lost Update
– Tìm địa chỉ khối trên đĩa mà nó chứa khoản mục
X.
– Sao chép khối đó vào bộ đệm trong bộ nhớ chính
(nếu bộ đệm chưa có).
– Sao chép khoản mục X từ biến chương trình tên là
X vào vị trí chính xác trên bộ đệm.
–The Temporary Update (Dirty Read)
–The Incorrect Summary
–The Unrepeatable Read
– Lưu trữ khối đã cập nhật này từ bộ đệm lên đĩa
(có thể ngay tức thì hoặc lưu trữ sau).
39
40
10
10/11/2019
The lost update
The Temporary Update
• Xuất hiện khi 1 giao dịch cập nhật 1 khoản mục dữ
liệu, nhưng sau đó không hoàn thành các bước tiếp
theo => giao dịch không trọn vẹn nên phải roll-back
giá trị đã cập nhật về giá trị cũ.
• Khoản mục dữ liệu đã được cập nhật kia lại được sử
dụng bởi 1 giao dịch khác trước khi nó được roll-
back về giá trị cũ
• Hiện tượng này xuất hiện khi hai giao dịch truy cập
vào cùng các khoản mục dữ liệu nhưng thao tác của
hai giao dịch lại xen kẽ, làm cho giá trị của các
khoản mục dữ liệu không còn đúng nữa.
T1
T2
read_item (X);
X:=X-N;
T1
T2
read_item (X);
Giao dịch T1 fails và
phải thay đổi giá trị
của X về giá trị cũ
của nó; trong khi đó
T2 lại đọc giá trị
không đúng tạm
thời của X.
X:=X+M;
read_item (X);
X:=X-N;
write_item (X);
Time
write_item (X);
read_item (Y);
write_item (X);
Y:=Y+N;
write_item (Y);
Time
read_item (X);
X:=X+M;
write_item (X);
read_item (Y);
41
42
The Incorrect Summary
The Unrepeatable Read
T1
T3
• Một giao dịch T đọc một khoản mục dữ liệu 2
lần. Khoản mục dữ liệu này bị một giao dịch
khác thay đổi giữa 2 lần đọc đó.
• Do đó, T nhận các giá trị khác nhau cho 2
lần đọc cùng một khoản mục.
• Một giao dịch tính
hàm tích lũy trên
các bản ghi đang
bị cập nhật bởi 1
giao dịch khác
sum:=0;
read_item(A);
sum:=sum+A;
read_item(X);
X:=X-N;
write_item(X);
read_item(X);
sum:=sum+X;
read_item(Y);
sum:=sum+Y;
=>hàm tích lũy
Time
này có thể tính
toán dựa trên một
số giá trị đã cập
nhật và một số giá
trị chưa cập nhật.
read_item(Y);
Y:=Y+N;
write_item(Y);
T3 đọc X sau khi X đã trừ N và
đọc Y trước khi Y cộng N
43
44
11
10/11/2019
4.4. Các kỹ thuật điều khiển tương tranh
• Kỹ thuật dùng khóa: Khi một giao dịch cần dữ liệu
nào thì xin hệ điều hành một khóa trên phần dữ liệu
đó, các giao dịch khác phải đợi đến khi giải phóng
khóa mới được sử dụng phần dữ liệu đó. Có thể
người ta sử dụng các loại khóa khác nhau ví dụ như
khóa đọc – cho phép nhiều giao dịch đọc cùng 1 lúc,
khóa ghi – chỉ 1 giao dịch có được tại một thời điểm.
• Kỹ thuật gán nhãn thời gian: Mỗi giao dịch được
gán một nhãn T theo thời gian, giao dịch nào cần
được ưu tiên thì được gán nhãn thời gian nhỏ hơn và
được thực hiện trước. Kỹ thuật này giúp đưa yêu cầu
đồng thời về thực hiện tuần tự.
45
46
Lời hay ý đẹp
"Khi nói sự thật bạn sẽ không phải nhớ
mình vừa nói gì, mà bạn cũng không
bao giờ quên những gì mình vừa nói"
S.Raybum
47
12
12 trang
13041
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Cơ sở dữ liệu - Chương 6: An toàn và toàn vẹn dữ liệu - Nguyễn Hồng Phương", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_co_so_du_lieu_chuong_6_an_toan_va_toan_ven_du_lieu.pdf
