（计算机应用技术专业论文）基于rbac的域间角色映射及其本体评估框架研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 在目前高度动态、异构化、分布式的现代信息系统中，跨越单个的r b a c 管理域 的限制，在多个域之间进行访问是一个研究热点问题。本文对域间角色映射的研究 分为三部分：基础理论和实现、本体评估框架、电力信息系统集成的应用研究。在 理论和实现部分，通过对单域r b a c 本体及规则的研究，给出了用于角色映射的本体 和相关规则。提出了用x m l 文件格式解析映射双方的角色权限信息，并针对角色拆 分策略提出了具体算法。在评估框架部分，提出了1 0 个评价指标，用于评价两域角 色映射的结果。最后，将域间角色映射理论简单应用到电力信息系统中，提高系统 集成的效率。 关键词：域间角色映射，本体，角色拆分，x m l ，评估框架 a b s t r a c t i nt h ec u r r e n th i g h l yd y n a m i c ，h e t e r o g e n e o u sa n dd i s t r i b u t e dm o d e mi n f o r m a t i o n s y s t e m s ，i t sn e c e s s a r yt 0a c r o s sas i n g l er b a cm a n a g e m e n td o m a i nr e s t r i c t i o n sa n d i n t e r o p e r a t es e c u r e l yi nv a r i o u sd o m a i n s t h e r e f o r e ，s e c u r ei n t e r o p e r a b i l i t yb e t w e e n m u l t i d o m a i n sb e c o m e sah o tr e s e a c hi s s u e t h ef e s e a r c ho fr o l em a p p j n g0 fi n t e r - d o m a i ni s d i v i d e di n t ot h r e ep a n si nt h i sp a p e r ：t h e o r e t i c a lb a s i sa n di m p l e m e n t a t i o n ，o n t o l o g y b a s e d e v a l u s t i o nf r a m e w o r ka n da p p l i c a t i o no fp o w e ri n f o 啪a t i o ns y s t e mi n t e g r a t i o n i nt h e t h e o r e t i c a lb a s i s 柚di m p l e m e n t a t i o np e r i o d ，b ys t u d y i n go n0 n t o l o g i e sa n dn l l e si nr b a c s i n g l ed o m a i n ，o n t o l o g ya n dr e l a t e df l l l e sa r eg i v e nf o rr o l em a p p i n go fi n t e 卜d o m a i n i ti sp u t t h a tr o l e sa n dp e 姗i s s i o n so ft w os i d e sc a nb ea n a l y z e db yt h ex m lf i l e a n das p e c i f i c a l g o r i t h mi s 舀v e nt oa i ma tr o l e - s p l i t i n g i ne v a l u a t i o n 仃a m e w o r k ，i tp u t sf 0 刑a r dt h e10 i n d i c a t i o n st oe v a l u a t et h er e s u l t s0 fr o l em a p p i n gf o rt w 0d o m a i n s a t l a s t ，w eu s et h er o l e m a p p i n go ft h ei n t e r - d o m a i ni nt h ep o w e ri n f o 咖a t i o ns y s t e ms i m p l yt oi n c r e a s et h e e f f i c i e n c yo fl h es y s t e mi n t e 伊a t i o n k b n gx i a n g j u n ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o n1 e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gs h a o m i n l 【e yw o r d s ：r o l em a p p i n go fi n t e i - d o m a i n ，o n t o i o g y ；r o l e - s p k t i n g ，x m l ，e v a l u a t i o n f | a m e w o r k 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 在目前高度动态、异构化、分布式的现代信息系统中，跨越单个的r b a c 管理域 的限制，在多个域之间进行访问是一个研究热点问题。本文对域间角色映射的研究 分为三部分：基础理论和实现、本体评估框架、电力信息系统集成的应用研究。在 理论和实现部分，通过对单域r b a c 本体及规则的研究，给出了用于角色映射的本体 和相关规则。提出了用x m l 文件格式解析映射双方的角色权限信息，并针对角色拆 分策略提出了具体算法。在评估框架部分，提出了1 0 个评价指标，用于评价两域角 色映射的结果。最后，将域间角色映射理论简单应用到电力信息系统中，提高系统 集成的效率。 关键词：域间角色映射，本体，角色拆分，x m l ，评估框架 a b s t r a c t i nt h ec u r r e n th i g h l yd y n a m i c ，h e t e r o g e n e o u sa n dd i s t r i b u t e dm o d e mi n f o r m a t i o n s y s t e m s ，i t sn e c e s s a r yt 0a c r o s sas i n g l er b a cm a n a g e m e n td o m a i nr e s t r i c t i o n sa n d i n t e r o p e r a t es e c u r e l yi nv a r i o u sd o m a i n s t h e r e f o r e ，s e c u r ei n t e r o p e r a b i l i t yb e t w e e n m u l t i d o m a i n sb e c o m e sah o tr e s e a c hi s s u e t h ef e s e a r c ho fr o l em a p p j n g0 fi n t e r - d o m a i ni s d i v i d e di n t ot h r e ep a n si nt h i sp a p e r ：t h e o r e t i c a lb a s i sa n di m p l e m e n t a t i o n ，o n t o l o g y b a s e d e v a l u s t i o nf r a m e w o r ka n da p p l i c a t i o no fp o w e ri n f o 啪a t i o ns y s t e mi n t e g r a t i o n i nt h e t h e o r e t i c a lb a s i s 柚di m p l e m e n t a t i o np e r i o d ，b ys t u d y i n go n0 n t o l o g i e sa n dn l l e si nr b a c s i n g l ed o m a i n ，o n t o l o g ya n d r e l a t e df l l l e sa r eg i v e nf o rr o l em a p p i n go fi n t e 卜d o m a i n i ti sp u t t h a tr o l e sa n dp e 姗i s s i o n so ft w os i d e sc a nb ea n a l y z e db yt h ex m lf i l e a n das p e c i f i c a l g o r i t h mi s 舀v e nt oa i ma tr o l e - s p l i t i n g i ne v a l u a t i o n 仃a m e w o r k ，i tp u t sf 0 刑a r dt h e10 i n d i c a t i o n st oe v a l u a t et h er e s u l t s0 fr o l em a p p i n gf o rt w 0d o m a i n s a t l a s t ，w eu s et h er o l e m a p p i n go ft h ei n t e r - d o m a i ni nt h ep o w e ri n f o 咖a t i o ns y s t e ms i m p l yt oi n c r e a s et h e e f f i c i e n c yo fl h es y s t e mi n t e 伊a t i o n k b n gx i a n g j u n ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o n1 e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gs h a o m i n l 【e yw o r d s ：r o l em a p p i n go fi n t e i - d o m a i n ，o n t o i o g y ；r o l e - s p k t i n g ，x m l ，e v a l u a t i o n f | a m e w o r k 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于r b a c 的域间角色映射及其本 体评估框架研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的 研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 趸l l 崖陋 日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题背景及其意义 第一章绪论 基于角色的访问控制模型r b a c 是目前主流的访问控制模型，它比传统的自主访 问控制和强制访问控制更优越，同时也提供了更高的灵活性和扩展性。在r b a c 模型 中，角色是实现访问控制策略的基本语义实体。系统管理员可以根据职能或机构的 需求策略来创建角色、给角色分配权限和给用户分配角色等。基于角色访问控制的 核心思想是将权限同角色关联起来，而用户的授权则通过赋予相应的角色来完成， 用户所能访问的权限就由该用户所拥有的所有角色的权限集合的并集决定。角色之 间可以有继承、限制等逻辑关系，并通过这些关系影响用户和权限的实际对应。在 实际应用中，根据事业机构中不同工作的职能可以创建不同的角色，每个角色代表 一个独立的访问权限实体。然后在建立了这些角色的基础上根据用户的职能分配相 应的角色，这样用户的访问权限就通过被授予角色的权限来体现。在用户机构或权 限发生变动时，可以很灵活的将该用户从一个角色移到另一个角色来实现权限的协 调转换，降低了管理的复杂度，而且这些操作对用户完全透明。另外在组织机构发生 职能性改变时，应用系统只需要对角色进行重新授权或取消某些权限，就可以使系 统重新适应需要。这些都使得基于角色访问控制策略的管理和访问方式具有无可比 拟的灵活性和易操作性 现今许多组织机构根据自己的业务需求都建立了局域网并开发7 各种应用系 统，并且都采用了单个管理域内基于角色的访问控制策略r b a c 进行管理，想要跨域 在各种应用系统间进行集成，大都采用直接新建角色并重新分配权限的方法。但是 在目前高度动态、异构化、分布式的现代信息系统中，跨越单个管理域的限制，在多 个域之间进行访问是一个研究热点问题。在单域内基于角色访问控制的前提下，将 外域角色映射到本地角色，使在多域环境下实现访问安全互操作是一个非常必要的 系统需求。因此，对等的多域间安全互操作成为控制成为可能。 随着安全系统研究的不断深入和发展，基于策略的体系结构已经逐步成为了访 问控制系统中的一种主流方法。然而这些策略的定义均建立在特定的语言基础上。 如何在多个域间进行集成尚缺乏有效的机制。进而，在外域和本地角色的管理上也 缺乏系统化的统一。因此需要本体这种工具为其策略的制定提供更精确更强大的描 述能力。起源于哲学的本体论( o n t o l o g y ) 在信息科学领域受到广泛关注，其重要性 已在许多方面表现出来，如知识工程，数据库设计和集成，信息检索与获取，软件工 程，自然语言处理等。尤其是本体论在w e b 上的应用导致了语义w e b 的诞生，有望解 决w e b 信息共享时的语义问题，实现世界范围的知识级信息集成。 1 华北电力大学硕士学位论文 借助本体论，不仅可以方便地表达r b a c 中各种实体之间的关系，而且可以使多 域的角色映射问题从语义的层面上得到解决，并能够对其框架进行评估。现今，本体 论已经大量应用在单域的r b a c 的策略描述上，但对于域间针对角色映射的描述较 少。应用了本体评估框架进行评估的也大都是在信息检索领域。随着多域间角色映 射研究的日渐成熟，以及本体论在计算机界的发展趋势，都使得对域间角色映射的 本体评估框架的研究日趋成为一个研究热点 1 2 国内外文献综述 i r b a c 2 0 0 0 n 1 是k a p a d i a 等人于2 0 0 0 年提出的多域间的安全互操作模型。它利用 动态角色转换的方法，在外域角色和本地角色之间建立了一些关联，从而使得外域 角色能够访问本地资源，在基于角色访问控制( r b a c ) 的安全域之间进行安全互操 作。 对于跨越多个安全域的系统而言，动态分布基于角色访问控制模型( d r b a c ) 1 2 3 j 提供了一个可伸缩的、分散的信任管理和访问控制机制，并提出了第三方委托的概 念，可以将角色转换或委托给其他域角色。 管理互操作基于角色访问控制模型( a i r b a c 2 0 0 0 ) 【4 】引入了进行域间角色 转换的安全管理员角色，实施外域到本地的角色转换。但是，该模型定义的先决条件 存在安全漏洞，例如：外域角色经过映射到达本地以后，该模型没有对外域角色进行 严格的区分和限制。然而，在实际系统中可能需要根据系统整体的安全警戒级别和 系统负载情形对外域角色进行严格的限制，比如限制外域角色访问系统的时间和i p 地址。其在外域和本地的用户角色指派之间不统一，也带来了管理的复杂性。 在此基础上提出的可管理的使用控制( a u c o n ) 模型。它使用形式化的定义，更 加严密地规范了安全管理员实施用户角色指派的过程，并且对外域用户和本地用户 的角色指派进行了系统化的统一管理，弥补了a i r b a c 2 0 0 0 模型中先决条件的安全 漏洞；在实施访问控制的过程中，引入了条件( c o n d i t i o n s ) 组件，提供了足够的灵 活性，可以对外域用户实施更为严格的安全控制。 在国内，华中科技大学计算机学院的李瑞轩等人提出了一种基于本体的访问控 制策略定义机制o n t o r b a c 晦1 它完全支持了r b a c 9 6 模型，利用本体这个工具， 为访问控制策略的制定提供更精确、更强大的描述能力，实现了从语义层次上对不 同策略的集成。并且借助于s w r l ( s e m a n t i cw e br u l el a n g u a g e ) ，定义了多条适用 于o n t o r b a c 的规则来进行对访问控制决策的推理。 廖俊国等人对动态角色转换违背静态互斥角色约束的各种情形进行了详细分 析，并抽象出各种情形的本质特征；对动态角色转换是否会违背静态互斥角色约束 提供了一种判定方法并给出了相应的算法；提出了使用先决条件来加强i r b a c 2 0 0 0 2 华北电力大学硕士学位论文 模型安全性的保护机制。 范莉娅，王爱民，肖田元提出了本体集成方法评价指标体系哺1 。通过本体关联方 法和层次的分析，提出了本体映射、本体结盟和本体合并3 种本体集成分类方法。 建立了本体集成方法的评价指标体系，包括方法的语义强度、信息的丰富性、集成 层次的深人性和方法的适应性4 个方面，并在评价指标的基础上，对文法层等5 种典 型的本体集成方法进行了评价，对比分析了它们的优缺点，并以此为基础指出了本 体集成方法的发展趋势。 1 3 域间角色映射及其本体研究中的几个常见难题 前面我们介绍了前人研究的域间角色映射及其基于本体的策略的集成，通过分 析这些模型和策略方法，我们发现有一些问题是公共的难题。 ( 1 ) 本体论大都用于单域r b a c 的策略描述和集成，例如可以用本体详细的描述 单域r b a c 的各种实体和实体间能反应角色层次的关系。对与基于r b a c 跨域实体的 定义与域间角色映射的相关理论进行描述是一个难点。 ( 2 ) 现今已有的域间角色映射的规则只是建立在单域r b a c 约束限制基础上的， 并没有全面考虑现实中和组织结构对应的角色映射的特定规则。 ( 3 ) 已有的本体评估框架基本上都是针对信息检索领域的，无论是对信息需求 分类还是搜索策略和搜索结果的评估都非常详细。但设定的状态及评估的方法对域 间角色映射评估并不适用，需要重新建立。 ( 4 ) 单个域内的角色继承，用户指派，权限指派，权限状态总是不断变化的，是动 态的。域间角色映射的进行也会使单域内角色层次结构，权限分配状态发生变化。 如何解决角色映射所带来的安全问题是一个难点。 1 4 论文的主要研究内容 本课题一方面是对基于本体r b a c 的策略描述和集成，另一方面是在多域环境下 利用本体工具优化角色映射。我们将此工作分几步来完成： ( 1 ) 在现有的用本体描述的r b a c 理论上，对各个实体的内容形式进行定义。进而 使单域r b a c 模型的角色层次关系，角色约束限制在本体理论中更加系统化。 ( 2 ) 对于跨域访问控制的不同情况进行分析，使得域间的角色映射满足各个约 束条件，并用算法分别实现。 ( 3 ) 建立本体评估标准，使得不同情况下每种映射方式被定量评估。 3 华北电力大学硕士学位论文 1 5 论文的组织安排 论文共分为七章。 第一章绪论。本章介绍论文的选题背景、理论意义、实用意义，国内外相关领 域研究现状综述，论文研究的主要工作内容和论文的组织安排。 第二章域间角色映射理论研究和实现。本章简单介绍了单域r b a c 的基本概念， 揭示了域间角色映射的本质。借助本体理论分析了单域r b a c 的本体和规则，并提出 了用于角色映射的本体和映射规则，详细给出了规则判定算法。利用) 【m l 语言的特 点解决了数据库异构情况下角色权限信息的格式统一问题。使用v b 和v c + + 两种语 言工具演示了角色映射的系统实现。最后，针对角色拆分策略提出了具体算法。 第三章基于本体的域间角色映射评估框架。针对运用了角色拆分策略的域间 角色映射，本章设计了一个基于映射中诸多本体的评估框架。通过l o 个评估指标， 定量评价了映射双方在应用角色拆分策略后对各自域系统的影响，并对整个映射过 程进行有效性的评估。 第四章域间角色映射在电力信息系统集成中的应用研究。本章分析了电力信 息系统集成的动机和面临的挑战，简述了将域间角色映射理论简单的应用到电力信 息系统集成中的可行性。 第五章结论。总结全文并展望以后的研究方向。 1 6 本章小结 本章说明了课题的研究背景、研究意义。概述了域间角色映射及本体评估框架 的国内外研究现状，分析了描述域间角色映射目前普遍存在的问题。简要介绍了研 究内容及论文的组织结构。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章域间角色映射的理论研究和实现 2 1 域间角色映射概述 2 1 。1r b a c 概述 访问控制作为一种重要的安全技术，已经渗透到操作系统、数据库、网络的各 个方面。访问控制关注的重点是用户或用户组对系统资源的访问权限，通过访问控 制服务，可以严格限制用户对关键资源的访问，防止非法用户的侵入所造成的毁坏。 传统的访问控制是用户和权限直接对应，这在一定程度上限制了访问控制的灵活性 和可控性。9 0 年代以来出现的基于角色的访问控制( r b a c ) 有效地克服了传统访问 控制的不足，减少了权限管理的复杂性，降低了权限管理开销。r b a c 引入了角色的概 念，角色作为用户与权限的中介，将用户与权限关联起来，其基本思想是：用户访问 权限的分配由用户在一个组织中所担任的角色来确定，根据用户的角色为用户分配 相应的权限。 2 1 1 1r b a c 的术语定义 在基于角色的访问控制模型r b a c 出现之前，自主访问控制d a c 和强制访问控 制m a c 已经提出了二十年并且在诸多应用领域取得了巨大的成功。访问控制已经成 为计算机安全产品中必不可少的组成部分之一。但是在二十世纪八十年代末九十年 代初，随着计算机网络的快速发展和应用系统规模的不断扩大，这两种传统的访问 控制模型已经无法适应新的应用环境。m a c 模型太强，d a c 模型太弱。它们都无法 提供一种策略中立的、具有强扩展性的访问控制框架。r b a c 模型就是在这种背景 下被提出来的。它实际上是一种强制的访问控制模型，即用户自己不能进行自主授 权和权限转移，但是它没有如m a c 中那样限制信息的流向，而是引入了一种抽象的 中介元素角色来传递授权信息，从而提供了足够的灵活性和扩展性。 r a v is a n d h u 和他领导的位于g e o r g em a s o n 大学的信息安全技术实验室( l i s t ) 于1 9 9 6 年提出了著名的r b a c 9 6 模型心钉，将传统的r b a c 模型根据不同需要拆分成四 种嵌套的模型并给出形式化定义，极大的提高了系统灵活性和可用性。1 9 9 7 年他们 更进一步，提出了一种分布式r b a c 管理模型a r b a c 9 7 ，实现了在r b a c 模型基础上的 分布式管理心们。这两个模型清晰的表征了r b a c 概念并且蕴涵了他人的工作，成为 r b a c 的经典模型。绝大多数基于角色的访问控制研究都以这两个模型作为出发点。 2 0 0 1 年，r b a c 领域的领军人物d a v i df e r r a i o l o ，r a v is a n d h u 等人联合拟定 了一个r b a c 模型的美国国家标准草案，力图统一不同模型中的术语，并对所有r b a c 的基本操作给出伪码定义引。该模型类似于r b a c 9 6 模型，只是对权限部分做了一定 5 华北电力大学硕士学位论文 的细化，分成操作( o p e r a t i o n ) 和对象( o b j e c t ) 。 r b a c 模型中的常用术语如下： 用户( u s e r ) ：是一个访问计算机系统中的数据或者用数据表示的其它资源的 主体。我们用表示全体用户的集合。用户一般情况下指人，也可为a g e n t 等智 能程序。 权限( p e r m i s s i o n ) ：是对计算机系统中的数据或者用数据表示的其它资源进 行访问的许可。我们用尸表示全体权限的集合。权限一般是一种抽象概念，表示对 于某种客体资源的某种操作许可。因此有的模型中将权限细化为二元组( 操作，对 象) n 引，其中对象是访问控制系统中的真正客体，操作是作用在该对象上的一种访问 方式。由于该二元组中操作一般是与具体的对象相关的，我们在今后的模型中认为 权限是一个语义统一体。 角色( r o l e ) ：是指一个组织或任务中的工作或位置，代表了一种资格、权利 和责任。我们用刀表示全体角色的集合。角色是一种语义综合体，可以是一种抽象 概念，也可以对应于具体应用领域内的职位和权利。 管理员角色( a d m i n i s t r a t o rr 0 1 e ) ：是一种特定的角色，用来对角色的访问 权限进行设置和管理。在集中式管理控制模型中，管理员角色由一个系统安全管理 员来完成：而在分布式管理控制模型中，可以采用制定区域管理员来对系统进行分 布式管理，每个管理员可以管理该区域内的角色权限的配置情况。当然区域管理员 的创建和权限授予则统一由顶级的系统安全管理员完成。 用户指派( u s e ra s s i g n m e n t ) ：是用户集，到角色集眉的一种多对多的关系， 即有绷x 厅，也称为角色授权( r o l ea u t h o r i z a t i o n ) 。( 以一删表示用户“ 拥有角色，从语义上来说就表示，拥有，所具有的权限。 权限指派( p e r m i s s i o na s s i g n m e n t ) ：是权限集尸到角色集厅的一种多对多 的关系，即有俐尸x 厅。( a ，) 例表示权限p 被赋予角色，从语义上来说就表 示拥有，的用户拥有j 口。 角色激活( r o l ea c t i v a t i o n ) ：是指用户从被授权的角色中选择一组角色的 过程。用户访问的时候实际具有的角色只包含激活后的角色，未激活的角色在访问 中不起作用。相对于静态的角色授权来说，角色激活是一种动态的过程，提供了相当 的灵活性。 会话( s e s s i o n ) ：对应于一个用户和一组激活的角色，表征用户进行角色激活 的过程。一个用户可以进行几次会话，在每次会话中激活不同的角色，这样用户也将 具有不同的访问权限。用户必须通过会话才能激活角色。 角色继承关系( r o l ei n h e r it a n c e ) ：是角色集厅中元素问的一种偏序关系， 6 华北电力大学硕士学位论文 满足 1 ) 自反性：v ，冠，n 2 ) 反对称性：v ，1 ，挖尼，l 砣n 挖，1 号，l = 挖： 3 ) 传递性：v ，1 ，2 ，3 尼n 挖n 挖，3 净n ，3 。 从语义上来说，两个角色，l 砣是指前者比后者级别更高，具有更大的权利。 形式化的说，n 挖蕴涵砣对应的权限指派，1也拥有，同时，1 对应的用户指派 砣也拥有，即有 ，1 挖今乃瑚j s s j d 刀( 挖) 丹瑚j s s j 彻( r 1 ) n 如盯( ，1 ) 冬始盯( 死) 。其中 乃删j s s ，伽纠表示，对应的权限集，如盯例表示，对应的角色集。角色继承关系 允许存在各种形式，包括多重继承。在这个偏序的意义下，角色集中并不一定存在最 大角色和最小角色。 角色层次图( r 0 1 eh i e r a r c h i e s ) ：是给定了角色继承关系之后整个角色集形 成的一个层次图：如果，l 砣，那么在图上就存在，1 到门的一条有向边。根据 不同的角色偏序定义，角色层次图可以是树，倒装树，格，甚至极为复杂的图。一般为 了简化角色层次图，有向边的箭头被省略，继承关系默认为自上而下。 限制( c o n s t r a i n t s ) ：是在整个模型上的一系列约束条件，用来控制指派操作， 指定职责分离( s d ，s e p a r a t i o no fd u t y ) 以及避免冲突等。这是一个非常抽象的 概念，r b a c 模型中并没有给出限制的类型和表述方式。任何独立于前面诸多术语的 约束条件都是限制的一种形式。典型的限制包括指定角色互斥关系，角色基数限制 等。根据职责分离的不同阶段，限制一般可分为静态职责分离和动态职责分离。 2 1 1 2 单域内r b a c 的限韦0 规贝0 r b a c 模型中的常用的限制规则如下： 角色互斥关系( m u t u a l l ye x c l u s i v er o l e s ) ：限制的一种，用于指定两个角 色具有不同的职责，不能让一个用户同时拥有。银行的出纳和会计便是角色互斥的 简单例子。角色互斥关系的目的是为了在r b a c 模型中引入业务逻辑的规则，避免冲 突的发生。根据互斥的程度和影响的范围不同，角色互斥有很多种形式。 角色基数限制( r o l ec a r d i n a l i t yc o n s t r a i n t s ) ：限制的一种，用于指定一 个角色可被同时授权或激活的数目。比如总经理只能由一个用户担任，那么总经理 角色的角色基数就为1 。根据下面定义的静态和动态的职责分离，角色基数限制有静 态角色基数限制和动态角色基数限制两种。 静态职责分离( s t a t i cs d ) ：是指限制定义在用户指派( 角色授权) 阶段，与 会话及角色激活无关。以角色互斥为例，如果定义两个角色为静态的角色互斥，那么 任何一个用户都不能同时被指派到这两个角色。静态职责分离实现简单，语义清晰， 7 华北电力大学硕士学位论文 便于管理，但是不够灵活，有些实际情况无法处理。 动态职责分离( d y n a m i cs d ) ：是指限制定义在角色激活阶段，作用域在会话 内部。仍以角色互斥为例，如果定义两个角色为动态的角色互斥，那么一个用户可以 同时被指派这两个角色，但是在任何一个会话中都不能同时激活它们。由此可见动 态职责分离更灵活，基本上能处理各种实际情况，但实现略复杂。 2 2 1 3 基本模型r b a c 9 6 r b a c 9 6 模型为r a v is a n d h u 等人于1 9 9 6 年提出来的。模型分四个层次，并具 有如图2 一l 所示的包含关系。 r b a c t 7 妯a c ii m a c 2 r b a c 0 图2 1r b a c 9 6 模型间的关系 r b a c 0 包含r b a c 模型的核心部分( c o r er b a c ) ，是最基本的模型。r b a c l 模 型包含r b a c 0 ，体现了r b a c 模型中角色继承关系的语义。一个会话拥有的角色包含 删关系里面指定的角色以及它们的父角色，会话拥有的权限包含其拥有的所有角 色在例关系里面的权限以及它们的子角色对应的权限。r b a c 2 模型同样包含了 r b a c 0 ，但是只定义了限制，并没有指定限制条件的表现形式，只是从语义上给出了 一个简短说明。这给了r b a c 模型诸多扩展形式。s a n d h u 的文章乜5 中介绍了两种主 要的限制：角色互斥和角色基数限制，这也是实际系统中最通常考虑的两种限制形 式。r b a c 3 包含r b a c l 和r b a c 2 ，自然也包含r b a c o 。这是一个完整的r b a c 模型， 包含一切模型元素，也是最复杂的一种模型。角色层次和限制同时存在，限制也可以 作用在角色层次之上。图2 2 给出了r b a c 9 6 模型的基本元素关系以及不同层次 r b a c 模型。 r b a c 3 r b a c l 图2 2r b a c 9 6 模型 华北电力大学硕士学位论文 2 1 2 角色层次在域间角色映射中的作用 2 1 2 1 域间角色映射的本质 在基于角色的访问控制r b a c 产生之前，一个域内的权限被多次分配给不同的用 户，管理员需要给每个新增的用户分配所需要的权限，用户对不同权限的需求会随 着的时间的推移而变化，管理员会一直在用户的申请中剥夺一些权限或是重新分配 一些权限。在现实中这种用户权限更新的情况会变得更加复杂。若是非本域的用户 也需要访问本域的资源时，只能跨域提出申请，申请成为本地的一个临时的用户，由 管理员在一定时间内按照申请来分配权限，当申请发生变化时剥夺权限和重新分配 权限也在不断的进行，访问结束后或是在约定的访问时间以后用户会被注销。外域 用户在被分配期间会像本地用户一样获得所需要的权限进行访问，有时访问时间会 很短，反而是管理员分配或是更新权限的时间比较长。换句话说，从外域用户最初提 出跨域访问申请到被注销，管理员不断更新其权限的时间可能占了很大一部分。 r b a c 产生之后，角色的概念简化了一个域内权限分配情况。r b a c 的一个显著特 征是：由于角色权限之间的变化比角色用户关系之间的变化要相对慢得多，减少 了授权管理的复杂性，降低管理开销。对于用户所需权限的变化只需要撤销或是增 加一些角色的指派，授权管理的重心就在于对用户的指派角色上。借助于角色，外域 的用户不用再申请成为本地的用户，它只需要让其所拥有的角色跨域和本地角色一 样拥有所要的权限，这使域间角色映射成为可能。外域角色映射为本地的角色，使外 域角色拥有本地角色的权限，从而满足外域拥有外域角色的用户对本地权限的需 求。域间角色映射使发生映射的两个域的用户和角色的数量都没有发生变化。 2 1 2 2 角色层次与角色继承关系对域问角色映射的意义 为了提高效率，避免相同的权限重复设置，r b a c l 提出了“角色层次 的概念。 在角色层次关系图中，通过继承关系，父角色自动拥有子角色的所有权限，所以对子 角色授权后，就不用把相同的权限再授权给父角色了。 角色层次为角色集合到角色集合之间的二元关系它具体表示在一个组织内部 角色之间的等级关系。角色是有层次的，角色具有i s ak i n d o f 关系的( 一般 特殊) 结构，它是一个以角色为结点，以继承关系为边的连通有向图。只有当角色i 完全拥有角色j 的所有权限时才定义为角色继承关系。可用图2 3 形象的描述如下： 土 图2 3 角色继承关系的简单描述 9 华北电力大学硕士学位论文 角色是可以继承的，角色层次中既包含树形结构，又包含反树结构，即一个角色 既可以继承多个角色，又可以被多个角色继承。角色的层次体现为多继承关系，是一 个网格结构。 两域角色的映射可以被粗略的表示为两个域的两个角色层次间角色的映射关 系。换句话说，由角色继承关系而形成的角色层次是域间角色映射的基本框架结构。 角色层次图为域间角色映射的结构表示提供了便利。 2 1 2 3 域间角色映射的理论发展现状 k a p 等人提出了基于角色访问控制模型i r b a c 2 0 0 0 ，通过动态角色转换灵活地实 现了基于角色访问控制( r b a c ) 的两个安全域间的互操作。它是一个在域间进行安 全互操作的策略框架。该框架在外域和本地之间定义了两类关联：传递关联和非传 递关联。这些关联形成了一个组合的偏序角色层次，使得外域角色能够映射到本地 角色，从而获得对本地资源的访问权限。在i r b a c 2 0 0 0 模型中每个管理域均采用r b a c 模型，职责分离是r b a c 模型支持的最基本的3 个安全原则之一，并可用一组静态互 斥角色约束来表示。而i r b a c 2 0 0 0 模型没有考虑职责分离。文献 1 对动态角色转 换违背静态互斥角色约束的各种情形进行了详细分析，并抽象出各种情形的本质特 征：对动态角色转换是否会违背静态互斥角色约束提供了一种判定方法并给出了相 应的算法：提出了使用先决条件来加强i r b a c 2 0 0 0 模型安全性的保护机制。 i r b a c 2 0 0 0 模型注重于互操作的整体策略框架。文献 7 提出了一种用于多域安全互 操作以请求驱动的角色映射。给出了域间角色映射的多种结果并针对角色映射中一 个普遍存在的问题一权限过剩给出了解决方法，既对权限过剩的角色进行拆分，这 提高了域间角色映射的成功率。 2 2 域问角色映射与本体论 2 2 1 本体论概述 本体论渖一7 是西方哲学特有的一种形态，人们把它当作从柏拉图到黑格尔的西方 传统哲学的主干或“第一哲学，这意味着它是各个哲学分支的理论基础，是理论 中的理论，哲学中的哲学；其它哲学问题都是围绕着建设、应用或怀疑、反对本体 论而展开的。从本体论的发展形态看，它是把系词“是 以及分有“是 的种种 “所是 ( 即存在) 作为范畴，通过逻辑的方法构造出来的先验原理体系。“是”是 西方哲学中最抽象，最普遍的范畴，存在和本质是“是 的两个基本规定性。哲学范 畴的“是 与日常语言的“是 是有区别的，本体论中的“是 的意义就是它的逻 辑规定性，这是本体论语言与同常语言的一个根本区别。同常语言中的词或概念归 i o 华北电力大学硕士学位论文 根结蒂是经验的：它或是指示一个经验中的对象或者是上观心态的描述，而本体论 的语言则是通过其范畴的逻辑规定性而使“语言 变成了某种独立的特殊王国，这 就是本体论哲学的语言秘密，本体论“通过词的形式具有自身的内容 ，本体论语 言的这一特性，同本体论的特殊思想方式是一致的，它是一种纯粹的思辨哲学。 2 2 1 1 计算机科学中本体论的含义 在哲学中，本体论是一种存在的系统化解释n 们，将本体论的这种含义用到计算 机领域中，人们赋予本体论更具体的意义。 在计算机领域中，本体论是对概念化对象( c o n c e p t u a l i z a t i o n ) 的明确表示和 描述。n i c 0 1 ag u a r i n o z 把概念化定义为：c = ( d ，w ，r ) 其中d 是一个领域，w 是该 领域中相关的事务状态( s t a t eo fa f f a i r s ) 的集合，r 是领域空间( d ，w ) 上概念关系 ( c o n c e p t u a lr e l a t i o n ) 的集合，本体论是采用某种语言对概念化的描述。因此，本 体论依赖于所采用的语言，按照表示和描述的形式化程度不同，可以分为完全非形 式化的、半形式化的和严格形式化。本体论形式化程度越高，越有利于计算机进行 自动处理。 从概念化对象的定义来看，一个领域中的术语、术语的定义以及术语之间的语 义网络应是一个领域本体应包含的基本信息。 2 2 1 。2 本体论在计算机科学技术中的应用 本体论在智能检索信息系统中提供了形成查询和资源描述所必需的元语，以 o n t 0 1 0 9 y 技术为核心建立领域语义模型，为信息源提供语义标注信息，使系统内的 所有a g e n t 对领域内的概念、概念之间的联系及领域内的基本公理知识有一个统一 的认识，从而能够显著地提高系统的联想能力和精确性，有望快速、高效、精确地检 索出用户所需的有价值的信息，同时也提供给系统内的所有用户对领域的一个全面 的共同视图。0 n t o l o g y 已逐渐成为一种智能信息检索系统的知识表示，是系统集成 的核心部件。 在现实世界中，项目和软件可能极其庞大和复杂，要确切掌握不同对象和对象 类之间的各种关系比理解单个对象模块更为困难，软件工程师往往需要付出更多的 精力和时间来分析对象类之间的关系，而不仅仅只分析对象本身。软件开发者的注 意力不应被个体对象的具体内容所吸引，而应集中考虑如何利用所获得的大量可重 用软件构件去构造新的软件。本体是领域概念的显示表示。根据本体论的思想，某 个领域的本体就是关于该领域的一个公认的概念集，其中的概念含有公认的语义， 这些语义通过概念之间的各种关联来体现。本体通过它的概念集及其所处的上下文 来刻画概念的内涵。由此可见，本体强调相关领域的本质概念，同时也强调这些本质 概念之间的关联。在面向对象分析中，使用本体的思想和本体描述现实世界的方法， 华北电力大学硕士学位论文 可以将对象之间的各种关系用形式语言充分刻画出来。 基于构件的软件开发技术，旨在通过重用技术，提高软件的开发效率，避免一些 不必要的重复劳动。可重用的软件构件和相关信息通常被存储在各种各样的数据库 中，由此可见，存储构件的数据库是分布式的，并且是异构的。如果软件开发者对领 域中的重用构件一无所知，自然检索空间则是整个i n t e r n e t 网络。为了快速有效地 找到所需构件，必须设计基于i n t e r n e t 的搜索引擎，该搜索引擎能够根据用户输入 的关键字，快速准确地返回相关的信息资源表。由于可重用的构件库是分布式和异 构的，所以，为了便于检索，必须在用户和软件构件库之间建立中介层。在中介层，人 们将领域本体的概念用在软件构件的组织与管理中，通过本体集成统一的构件数据 库，从而提高了软件的开发效率。 一般在开发基于知识的系统( k n o w l e d g e b a s e ds y s t e m ，k b s ) 时，知识工程师很 难定义系统在应用领域中具体、完整的工作方式，因此一般的k b s 系统都采用进化 的原型系统方法进行开发。知识工程师将本体论概念引入知识工程，详细说明模型 中涵盖的概念、实例、关系和公理等实体，并以此建立领域本体。通过使用元属性 对属性进行分析，并对属性提出了一种针