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摘要 基于角色访问控制策略的动力能源信息系统的设计与开发 摘要 随着信息技术的飞速发展，许多企业开始重视信息化管理，多数企业 建立了自己的信息系统。信息系统不但提高了企业的办公效率，而且为企 业创造了价值，同时，由于信息共享的特性，信息安全问题也逐渐显现出 来，因此，有必要对系统中的用户进行资源访问控制。 基于角色访问控制是最近几年访问控制领域的研究热点，通过对基于 角色访问控制模型以及相关理论的研究，提出了一种基于此模型的访问控 制方案，并将此方案应用到某烟厂动力能源信息系统的权限管理子系统 中，该方案不但实现了对信息资源的访问控制，而且简化了授权管理的操 作。 动力能源信息系统采用快速原型模型的开发方式，设计模式上采用 模型一视图一控制器( m o d e l v i e w c o n t r o l l e r ) 设计模式，该系统采用浏览器 服务器( b r o w s e s e r v e r ) 三层体系结构，分为：表示层、逻辑业务层、数 据服务层。根据企业的业务需求，动力能源信息系统采用了模块化的设计 思想，分为五大模块：工艺管理模块、能源管理模块、设备管理模块、权 限管理模块、基础信息管理模块。 目前，动力能源信息系统已经投入使用，实践结果表明了此方案的安 全有效性。 关键词：信息系统，访问控制，基于角色访问控制，m v c ，b s 北京化工大学硕士学位论文 d e s i g na n dd e v e l o p m e n to fp o w e re n e r g y i n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e do nr o l eb a s e d a c c e s sc o n t r o ls t r a t e g y a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o m a t i o nt e c t m o l o g y ，m a n ye n t e 印r i s e s f o c u so ni n f o 册a t i o nm a n a g e m e n t ，l o t so ft h e ms e tu pt l l e i ro w ni n f o m a t i o n s y s t e m i n f o m a t i o ns y s t e mn o to n l ye i l l l a n c e s t h ee m c i e n c yo fo 伍c i a l b u s i n e s s ，b u ta l s oc r e a t e sv a l u ef o rt h ee n t e 印r i s e s ，a r l ds i n c et h ec h a r 2 u c t e r i s t i c o fi n f o m a t i o ns h a r i n g ，i n f o m a t i o ns e c u r i t yi sv e 巧s e r i o u s ，s oi ti sn e c e s s a 巧 f o ra d m i n i s t r a t o r st oc o n t r 0 lt h er e s o u r c e sw h i c ht h eu s e r sd e m a n df o r r o l eb a s e da c c e s sc o n t r o l ( r b a c ) i sam a i nf o c u si nt h er e s e a r c hf i e l do f a c c e s sc o n t r o lr e c e n t l y ，t h r o u g hs t u d 姐n gr b a cm o d e la n dr e l a t e dt 1 1 e 0 巧o f i m a c t e c l u l o l o g y ，i tp u tf o 刑a r das c h e m eo fa c c e s sc o n 们l ，a n dt h es c h e m ei s a p p l i e di nt h ep r i v i l e g em a n a g e m e n ts y s t e mw h i c hi st h es u bs y s t e mo f p o 、e re n e r g yi n f o r m t i o ns y s t e m ( p e i s ) ，t h es c h e l ：i l en o to n l y r e a l i z e sa c c e s sc o n t l o lo fi n f o m l a t i o nr e s o u r c e ，b u ta l s o s i m p l i f i e s t h e o p e r a t i o no fa u t h o z e dm a n a g e m e n t p e i sa d o p t sp a p i dp i o t o t y p e m o d e l ，a n dm v cd e s i g np a t t 锄，t h e s t m c t u r eo fi ti sb r o w s e s e r v e r ，m a i n l yi n c l u d e s ：c l i e n tl a ) ，e r b u s i n e s s1 妁，e ra n d d a t al a y e r w i t h 也er e q u i r e m e n to fo 伍c i a lb u s i n e s s ，p e i sa d o p t sm o d u l a r 摘要 d e s i g n ，a n di ti n c l u d e sf i v em o d u l e s ：t e c l u l o l o g ym a n a g e m e n tm o d u l e ，p o w e r m a n a g e m e n tm o d u l e ，d e v i c em a n a g e m e n tm o d u l e ，p r i v i l e g em a n a g e m e n t m o d u l e ，b a s ei n f o m a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e p e i si su s e di nt h ea c t u a l p r o j e c tn o w ，t h er e s u l td e m o n s t r a t e st h e u s a b i l i t yo fi t k e yw o r d s ：i n f o m a t i o n s y s t e m ，a c c e s sc o n t r o l ，r o l eb a s e da c c e s sc o n t r o l ， 瑚【v c ，b s l 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 作者签名：弛 日期：猃星! 兰! 多二 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的 规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京 化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部 或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学 位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在土年解密后适用本授 权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名： 导师签名： 垫受日期：丝：呈三 日期：圣兰竺查二全：蔓竺! 第一章绪论 1 1 课题的研究背景 第一章绪论 随着互连网的飞速发展与w e b 技术的日趋成熟，越来越多的大型企业开始建立 适合于本企业的信息系统( h l f o m a t i o ns y s t 锄) 信息系统凭借其强大的信息与网络 方面的优势，加速了企业的现代化建设。一方面基于w 曲的信息管理摆脱了地域上 的限制，使信息系统的管理更加方便，只要能上网的地方，就是基于w e b 的管理系统 可以运行的地方，它使得远程办公、无纸办公、远程管理成为可能。另一方面它的快 捷性极大地提高了企业的工作效率【l 】。信息系统已经成为企业实现信息化的重要手段 和方法。 信息系统是一把双刃剑，它在给企业决策者们提供大量详实信息的同时，也暴露 出了自身存在的问题。由于信息共享的特性，信息系统中信息与数据的安全性问题就 变的越来越突出、越来越重要。例如，企业中有些涉及企业机密的数据是不允许一般 人随意查询、修改、删除的，只有有特定权限的人才可以对其进行操作，但在某些企 业中，由于权限分配上的问题造成一些重要的数据信息被泄漏，有的甚至被修改和删 除，这给企业造成了许多不必要的损失，因此信息系统安全已经成为企业信息化过程 中所要解决的首要问题之一。企业的信息安全是指在存取、处理、传输企业信息时， 要保证信息数据的安全性、完整性和机密性。从系统应用角度来看，企业内外用户是 通过访问企业信息系统来完成对企业信息数据的存取和处理的，对于不同类型的系统 用户和角色，对应于信息系统中的信息需求不同，其访问权限也不同。访问控制是准 许或限制用户访问能力及范围的一种方法，可以允许或限制用户对系统关键资源的访 问，防止非法用户的侵入或者因合法用户的不慎操作所造成的破坏。因此，访问控制 对系统的安全性极为重要，是解决企业信息安全的关键方法之一【2 3 1 。 作者在课题研究阶段参与了某卷烟厂的动力能源信息系统的设计与开发，该系统 采用b s 三层体系结构，同时加强了信息系统安全性的考虑，将访问控制策略之一的 基于角色访问控制策略应用在权限管理之中。 1 2 信息系统概述 1 2 1 信息系统 所谓系统，是指由相互联系、相互作用又相互依存的若干单元组成的，具有一个 共同且标的有机整体。狭义的信息系统指基于计算机的系统，是人、规程、数据库、 北京化工大学硕士学位论文 硬件和软件等各种设备、工具的有机集合，它突出的是计算机、网络通信、信息处理 等技术的应用【4 5 】。从广义上信息系统通常包含：管理信息系统( m a l l a g e m e n t i n f o n n a t i o ns y s t e m ) 、地理信息系统( g e o g r a p l l i ci n f o 锄a t i o ns y s t e m ) 、医疗信息系 统( h o s p i t a li n f o n l l a t i o ns y s t 锄) 、银行信息系统( b 锄ki n f o n n a t i o ns y s t e m ) 、情报 信息系统( i n f o n n 撕锄a 1i n f 0 订n a t i o ns y s t e m ) 等等。概括说来，信息系统通常包含以 下四个特点： 1 信息系统通常能够为使用者提供大量的数据，在用户查询数据时，数据通常 不一次性的装入内存，它通常存放在辅助存储器中，例如磁盘阵列柜中。内存中存放 的是当前正在使用的数据。 2 大部分数据是永久数据，它需要长期存放在信息系统的存储设备中，并且这 些数据为多个应用程序共享。 3 信息系统除了可以为用户提供数据查询等简单操作外，还可以为用户提供数 据分析、数据计算、趋势预测、报警信息等若干功能。 4 由于信息系统是人机交互系统，所以大多数信息系统具有良好的人机交互界 面，系统操作简单易学。此外，为保证数据的安全可靠性，多数信息系统还具有数据 恢复和备份的功能，并可以对重要数据提供安全保护。 从概念上，可以将一个完整的信息系统划分为以下四个主要部件： 信息源：指信息的产生地。 信息处理器：完成数据的采集、数据变换和数据存储等，并将数据转变为信息提 供给信息用户。 信息用户：指企业各不同部门和不同层次的系统使用人员。 信息管理者：指负责管理信息系统开发和运行的人员，并在系统实施过程中负责 信息系统各部分的组织和协调【6 】。信息系统的结构如图1 1 所示。 图1 1 信息系统的结构图 f i g 1 一li l l f 0 衄a t i o ns y s 佬ms 钠l c t l l 托e h a r t 第一章绪论 1 2 2 信息系统的发展历史 1 9 4 6 年，世界上第一台计算机诞生于美国宾夕法尼亚大学，这一时期，计算机 主要是用来进行科学计算。此后随着计算机技术的发展，它的应用领域逐渐由科技领 域转向民用和商业领域。一般认为，信息系统软件的诞生标志是1 9 5 4 年美国通用电 器公司首次利用计算机计算职工的薪金，至此计算机被应用于企业信息管理之中。自 此以后，许多西方国家开始着手信息系统的研发，到上世纪6 0 年代末信息系统在企 业中已经得到了广泛的普及，如今信息系统已经发展成为一门学科，并在各个领域发 挥着重要的作用。 国内的计算机信息系统起步较晚，1 9 7 9 年财政部为长春一汽拨款用于信息系统研 发开创了国内计算机应用于企业信息管理的里程碑，经过三十几年的发展，国内的信 息系统经历了从无到有的过程，信息系统的发展可以划分为五个时期。8 0 年代末期， 国内出现了第一代信息系统，它是基于d o s 平台的财务管理核算软件，主要功能是 进行工资核算。9 0 年代初出现了局域网，信息系统的应用范围得到了发展，它由单独 计算工资发展到了整个财务核算，这时期出现的信息系统称之为第二代信息系统。9 0 年代中期，在核算型财务软件的基础上陆续出现了财务统计、分析、查询软件，称之 为第三代信息系统。9 0 年代末期，伴随着全球经济一体化，财务管理信息化已经不能 满足现代企业的管理，有必要对企业的所有资源整合进行统一管理，因而，全面管理 企业资源的企业资源计划软件( e n 娜r i r e s o u r c ep l a l l i l i n g ) 在国外应运而生，称之 为第四代信息系统。此后随着互联网的迅猛发展，企业之间的竞争加剧，降低每个企 业的供需链成本成为企业间新的竞争焦点，于是，继e r p 之后基于供需链管理的供需 链管理软件( s u p p l yc h a i l lm a l l a g e m 吼t ) 产生了。上述因素导致企业的信息管理模式 发生了改变，企业的信息管理已经从单独依靠e i 冲软件发展成为在企业内部通过e r p 进行全面资源规划，在企业外部通过建立供需链管理系统( s c m ) 以及完善的电子商 务环境来提高企业的竞争力。于是，信息系统的第五代到来了【7 】。 1 2 3 信息系统的发展趋势 由于互联网络和信息技术的高速发展加之全球经济环境不断发展和变化，上述诸 多因素导致企业的管理思想、管理方法不断创新，现代企业的管理正朝着信息化的方 向发展。许多大型企业都在开发适合本企业的信息系统，概括来说信息系统的发展趋 势是应用网络化、平台标准化、系统集成化。 应用网络化 随着计算机网络和通信技术的迅猛发展，企业的经营管理理念以及人们的工作方 3 北京化工大学硕上学位论文 式正在悄然的产生变化。信息系统网络化对一个企业的发展起着至关重要的作用，它 使得企业中信息的共享成为可能。离开互联网络的应用就谈不上企业办公远程化、无 纸化、自动化。只有采用基于互联网络的信息系统才能方便地实现异地管理、移动办 公等。目前企业环境中的主流网络为采用光纤作为传输主干线的千兆以太网以及a t m 网，网速到达客户端可以达到1 0 0 1 0 0 0 兆，使用中可避免网络传输瓶颈现象，因此特 别适合传送大容量的数据例如工业流程中现场的实时数据。服务器大多采用高性能的 c p u 、大容量内存和硬盘的专用p c 类服务器或非p c 类专用服务器。系统容错多采 取硬件容错。例如硬件热插拔技术，保证系统的高效可靠性。硬盘多采用r a d 方式 的磁盘阵列柜，其中r a i d 5 能确保在某块磁盘损坏时，系统仍然可以正常工作。 平台标准化 计算机技术发展到今天，那种封闭的信息系统已经走向消亡。基于浏览器服务 器体系结构的信息系统逐渐占据了主导地位，目前服务器端比较流行的应用软件为 u n 和微软公司的w i n d o w ss e n ，c r 2 0 0 3 ，前者性能稳定，但对网络管理员的技术水平 要求很高。后者具有友好的窗口界面、安全性高、网络管理方便。它所支持的高性能 n t f s 文件系统被认为是最安全的网络系统，并提供了对目录、文件的安全和审计管 理、用户权限管理、网络性能监视等。这些都为系统提供了一个完备的操作系统级别 保障，随着微软下一代服务器端应用软件的推出，系统的安全可靠性将近一步提高。 客户端操作系统也大多采用微软公司的视窗操作系统系列w i n d o w s2 0 0 0 ，i 咖。开 发平台主要分为两类：一类是利用微软公司的v i s 砌s 伽i o 系列平台；另一类是利用 s u n 公司的软件开发技术，这两者各有优点，具体选取哪种平台要视实际情况而定。 后台数据库可选用o r a c l e 、s y s b a s e 、s q ls e r v e r 等大型网络数据库，它们具有 管理简便、安全性好、系统稳定、支持分布式数据库、支持数据仓库等特点。能够满 足企业中信息管理对数据库数据存储量、数据实时性的要求，以上这些已成为信息系 统必须遵守的标准，反之，不遵循上述标准的信息系统是没有前途的。 系统集成化 信息系统通常不是一个孤立的单元，它通常涵盖了很多内容，从技术层面讲信息 系统包括：计算机辅助设计( c 0 m p u t e ra i d e dd e s i 盟) 、计算机辅助制造( c 0 玎叩u t 盯 a i d e dm a n u f i 捌：嘶n 彭、产品数据管理( p r o d u c td a t am 姐a g e m e n t ) ；从管理层面讲信息 系统包括：企业资源规划( e n t e r p r i s er c s o u r c ep l a n n i i l g ) 、决策支持系统( d e c i s i o n m a l 【i n gs u p p o r t i i l gs y s t e m ) 、供应链管理( s u p p l yc h a i l lm a n a 黟n e n t ) ；从生产制造 过程自动化层面讲信息系统包括：制造执行系统( m 籼f a c t 嘣n ge x e c u t i o ns ) ，s t 锄) 、 柔性制造系统( f l e x i b l em a n u f - a 蛐gs y s t e m ) 、自动化立体仓库a s 瓜s ( a u t o m a t i c s t o m g e 瓜e t r i e v a ls y s t e m ) 。信息系统作为以上若干子系统的综合载体为企业经营战 略服务，同时各子系统间通常进行信息共享和信息交换。企业的信息化要求每个子系 统不但要成功运行，而且要求实现系统集成，达到企业效益最大化的目的【8 - 9 】。 j 第一章绪论 综合以上三方面的讨论，可以预见在不远的将来信息系统必然朝着网络化、标准 化、集成化的方向发展。 1 2 4 信息系统中的访问控制策略 访问控制策略可以说是保证信息系统安全策略最重要的核心策略之一。访问控制 是在身份认证的基础上，采取某种控制策略，依据授权对用户提出的资源访问请求加 以控制，并且针对越权使用资源提供的防御措施。在信息安全学中，访问控制一共可 以分为两种：逻辑访问控制、实体访问控制。前者是指使用主体通过计算机终端或网 络来使用信息系统并对访问数据资源的行为进行控制；后者又称为物理访问控制，它 是指在存放有信息处理系统的重要区域，对人员的进出进行限制。随着互联网的快速 发展，后者已经不能跟上时代的潮流，逻辑访问控制正在成为访问控制策略的主要手 段。目前在访问控制领域共有三种比较经典的访问控制策略：自主访问控制策略、强 制访问控制策略、基于角色的访问控制策略。在自主访问控制策略中，用户对不同的 数据信息有不同的存取权限，不同的用户对同一数据信息也有不同的权限，而且用户 还可以将其拥有的存取权限转授给其他用户【l o 】。在强制访问控制策略中，每一个数据 信息与用户都被授予一定级别的认证，针对任意一个数据信息，只有具有合法认证的 用户才可以存取数据信息。目前，在信息系统中应用较多的是基于角色访问控制策略。 基于角色的访问控制模型实际上是一种非自主的强制访问控制模型，即用户不能进行 权限转移，通过引入中间元素“角色一来控制授权信息。关于访问控制将在本文的第 二章进行详细的介绍，这里只是做一个简要的介绍。 1 3 本课题的主要研究内容 课题的研究内容是基于作者参与设计和开发的项目一动力能源信息系统，该系统 采用b s 三层结构，整个系统采用微软的n 戗开发技术，整个系统一共分为五个模块： 工艺管理模块、能源管理模块、设备管理模块、权限管理模块、基础信息管理模块。 课题的主要研究目标是将访问控制策略应用于信息系统中，以保证信息系统中信息与 数据的安全，重点在于通过对三种经典访问控制策略之一的基于角色访问控制策略以 及相关理论知识的研究，将基于角色访问控制策略的思想应用在权限管理子系统中， 该模块作为动力能源信息系统的一个子系统，负责对访问该系统的用户分派权限。采 用基于角色访问控制策略的权限管理系统，既实现了对信息资源的有效访问控制，又 简化了授权管理的操作，在实际应用中取得了很好的效果。 北京化工大学硕士学位论文 1 4 论文的组织安排 全文共分五章，具体安排如下： 第一章绪论 首先介绍了课题的研究背景，接着给出了信息系统的概念，介绍了信息系统的发 展历史以及它的发展趋势，然后分析了信息系统中的访问控制策略。最后简单的介绍 了本课题的研究内容。 第二章访问控制理论与策略 首先简要介绍了访问控制，分析了实现访问控制的机制，并指出在访问控制领域 存在三种经典的访问控制策略，接着分别介绍了自主访问控制策略、强制访问控制策 略、基于角色访问控制策略，然后详细的介绍了角色访问控制模型的相关理论知识， 并分析了它的优点，对企业环境下的控制策略进行了研究。最后在本章的结尾预见了 访问控制技术的未来发展趋势。 第三章动力能源信息系统功能模块设计 首先给出了本次系统开发所采用的开发模式，并进行了项目的需求分析，接着介 绍了项目的总体设计思想、总体结构。最后分别介绍了系统中的每个模块的名称、功 能。 第四章r b a c 在权限管理子系统的设计与实现 首先介绍了权限管理系统的界面设计，然后介绍了权限管理系统的三个功能：角 色管理、用户管理、岗位管理的设计，最后介绍了权限管理子系统数据库的设计实现 方法。 第五章结论 6 第二章访问控制理论与策略 第二章访问控制理论与策略 访问控制的起源可以追述到上世纪7 0 年代，1 9 7 1 年，l 锄p s o n 提出了访问控制 矩阵模型( a c c 懿sm 删xm o d e l ) ，定义了主体、客体等基本概念，文献【l1 】中有关于 这方面的介绍。2 0 世纪7 0 年代，b e l l 和l a p a d u l a 建立了模拟军事安全策略的b e u l a p a d u l a 模型，并在这个模型上实现了多级安全策略。1 9 8 3 年，美国国防部提出 了 r b a c 0 r b a c 0 模型是整个r b a c 9 6 模型的最基本的模型，它是整个模型的核心，因此， r b a c 0 模型又称为c o r er b a c 。在c o r cr b a c 中定义了一个i 淝a c 模型所需要的元 素的最小集合，即用户、角色、权限、会话、用户与角色、角色与权限间的对应关系， 用户与角色的对应关系为多对多，同样角色与权限间的对应关系也为多对多。 r b a c l r b a c l 又称h i e r 鲫c b j c a li m a c 。它是在c o r ei m a c 模型的基础上引入了角色之间 的继承关系。下面以角色层次图2 4 来说明它们间的这种关系。在图2 - 4 中，假设p r o j e c t s e c u r i t yo 佑c e r l 拥有的权限为a l 、a 2 ，p r o j e c ts e c 耐t y0 伍c e r 2 拥有的权限为a 3 、a 4 ， 而d e p a r h n e n ts e c 耐t ) ro 伍c e r 在角色层次图上位于p r o j e c ts e c 嘶t ) ro 施c e r l 和p r o j e c t s e c 戚t yo 伍c e r 2 之上，表明它所拥有的权限要大于这两者，即a 1 、a 2 、a 3 、a 4 是 d e p a f 眈e n ts e c 味坶o f 甄c e f 权限集合的一个子集。同理，s e n i o rs e c 丽母o 伍c e r ：继承了 d e p 列吼e n ts e c u r i t yo 瓶c e r 的全部权限。 虽然h i e r a r d l i c a lr b a c 仅仅在c o r ei m a c 的基础上增加了角色权限继承关系， 但是系统实现难度大为增加。举例如下：在验证用户对某项资源访问的合法性时，系 统不仅需要对用户本身的角色进行验证，还需要验证该用户角色所继承的那个父角 色，这必然给系统效率带来影响【2 4 1 。 r b a c 2 r b a c 2 又称为c o n s 鼢l tr b a c ，r b a c 2 模型是在r b a c 0 模型的基础上增加了 约束。对于责任的划分又分为两类：静态责任划分( s t a t i cs e p a r a t i o no fd u t y r e l a t i o n s ) 、动态责任划分( d y 柏血cs 印a f a t i o no f d u 够r e l 撕o i l s ) 。目前用的较多的 约束为静态责任划分。责任划分的主要用意在于避免利益冲突( c o n n i c to f i n t e r 懿t s ) 的情形。具有利益上冲突的角色，应该将这两个角色设定为强互斥( m l l t l 】a l l y e x c l u s i v e ) ，也就是说不能由一人同时担任这两个角色，这在前面介绍r b a c 的基本定 义时已经介绍过了。例如，分别定义会计和出纳两个角色，显然不宜将这两类角色赋 1 6 第二章访问控制理论与策略 予同一用户。静态责任划分的限制同时应该用于角色层次的定义与用户分配角色的情 形上【2 5 1 。 r b a c 3 r b a c 3 在功能上包含r b a c l 和r b a c 2 ，自然也包含r b a c 0 ，r b a c 3 可以说 是四个参考模型中最完整的一个，它包含前面所述的一切模型元素，即包含r b a c l 中的角色层次，又包含了r b a c 2 中的约束关系，同时，它也是四个参考模型中最复 杂的一个，在实现上有很大难度。图2 6 所展示的是一个完整的r b a c 模型图。 2 3 4r 队c 模型的优点 图2 6 i 国a c m o d e l 图 f i g 2 _ 6r b a cm o d e lc h a n 基于角色的访问控制模型一方面吸取了自主访问控制策略和强制访问控制策略 的优点，它与d a c 模型相比，它以非自主性取代自主性，提高了系统安全性。与m a c 模型相比，它以基于角色的控制取代基于用户的控制，提高了系统的灵活性【2 6 1 ，因此 相对比较而言，此模型是实施面向企业的安全策略的一种有效的访问控制方式，它主 要具有以下几方面的优点【2 7 2 9 】： 1 易于理解。用户的特权绑定于角色，而对于安全管理员来说，对一个角色的 权限分配和管理明显易于对多个具体用户的权限分配管理。 2 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。 1 7 北京化工大学硕：t ：学位论文 3 易于管理。假设在某企业中，某职位a 对应x 个权限，职位a 下对应y 个 用户，如果采用d a c 、m a c ，则根据乘法定理完成每个用户授权共需要x 幸y 次。采 用r b a c 模型则只需要x _ 卜y 次。且当x 2 ，y 2 时。满足： x + y 2 ，且y 2 x 一1 1 ，1 y - l j ( x 一1 ) ( 1 + l 0 jx + y x 宰y o jx + y x 宰y 证毕。 4 易于扩展。在绝大多数应用中，用户的数量远远大于角色的数量，安全管理 员只需管理少量的角色就可实现对大量用户的管理，而对于传统的d a c 来说，用户 的增加将造成管理工作的急剧增多。 5 r b a c 能适应范围广泛的安全策略。r b a c 与具体的安全策略无关，所以能 适应范围广泛的安全策略，包括前面讨论过的d a c 和m a c ，因而系统管理员能够按 照不同的安全策略需要定义角色，适应不同应用领域的安全需要。 6 能实现最小权限分配( l e 嬲t - p r i “l e g e 部s i 鄹m e n t ) 。所谓最小权限分配原则 是指用户所拥有的权限不能超过其工作时所需的权限。由于可以有针对性地按照具体 要求定义相应的角色并给用户分配合适的角色，可防止因给用户赋予过高的访问权限 而造成系统安全性降低。 7 具备灵活地定义角色间关系的能力。当角色之间存在着互斥关系时，例如“ 会计 这个角色与“出纳员 角色之间就存在这种关系，在角色间定义这类互斥关系 可以实现用户间的制约作用。 2 4 企业环境下的访问控制策略 目前，在访问控制领域主要存在三种访问控制策略：自主访问控制策略、强制访 问控制策略、基于角色访问控制策略。在以前的章节已经介绍过了前两种策略最初提 出来是用于军事系统中的，而这与企业环境不同，企业中所规定的安全策略没有军队 中那样严格。企业环境下的访问控制策略要满足以下三点： 1 权限管理简单化 在企业中，采用基于角色访问控制策略来为工作人员分配权限的次数要明显小于 采用d a c 和m a c 时的情形，这在前面已经证明了。关于这点还可以从数据中看出， 例如，1 0 0 0 个用户要访问1 0 0 0 0 个客体，需要进行1 0 0 0 万次配置。如每次配置需1 秒，每天工作8 小时，就需1 0 ，0 0 0 ，o o o ( 3 6 0 0 事8 ) = 3 4 7 2 天。而采用基于角色访问控 制仅需1 1 0 0 0 次配置1 1 0 0 0 ( 3 6 0 0 8 ) = 0 3 8 天。 2 适应策略灵活化 1 8 第二章访问控制理论与策略 在企业中，管理制度通常不断变化，因此每个人的权限可能会发生变化，在角色 访问控制中由于引入了“角色 这个概念，管理员可以根据变化新定义一个角色来满 足要求，而这些在d a c 和m a c 中是做不到的，关于这点在前面的i m a c 模型的优 点小节里也有提到。 3 角色关系复杂化 在企业中，虽然存在角色层次关系，但由于角色的权限可能会变化较快，它们之 间的关系不能完全用角色层次图来清楚的表述。 综合以上三点考虑，确定在企业环境下采用角色访问控制策略较为合理，在r a v i s 觚d h u 于1 9 9 6 年提出的砒；a c 参考模型中，他一共分了四个层次，分别是：r b a c o 、 r b a c l 、r b a c 2 、r b a c 3 。在实际应用中，开发人员可以根据需要来选择不同的层 次模型。在实现方式上，r a v is 锄d l l u 在他的文章中并没有提及，只是用集合论的方 式提出了理论模型，应用此策略的开发者可以根据自己的设计来满足具体的要求。 r b a c l 是在r b a c o 的基础上增加了角色继承的概念，这种关系是一种有层次等 级的自下而上的全继承的关系，即在角色层次图中，上面的角色全部继承下面角色的 权限，这是由模型本身来决定的，而不需要任何人为的操作。在企业环境下，这种做 法缺少灵活性，限定了角色的权限范围。动力能源信息系统的权限管理在设计上参照 了r b a c l 模型，保存了模型中用户、角色、权限、会话、用户角色分配、角色权限 分配基本元素。但又有所不同：每个角色的权限都是由管理员来亲自分配；它不存在 角色继承关系。它的功能以及实现方式会在后面的章节中陆续介绍。它的原理如图2 7 所示。 图2 7 模型图 f i g 2 7m o d e ic h a r t 2 。5 访问控制技术的未来发展趋势 迄今为止，基于角色访问控制策略已经得到了广泛的应用，例如在电子商务、大 1 9 北京化工大学硕士学位论文 型信息系统中。它是目前应用最广、效果良好的访问控制策略与模型。现阶段，对基 于角色访问控制的研究主要包含两个方面： 1 理论研究 许多学者都将自己的研究重点放在i m a c 模型的改进上，例如在r b a c 的基本 模型上进行扩展，使之成为r b a c 的扩展模型以满足不同环境下的安全策略要求。 2 实际应用 r a v is 锄d l n j 等人提出的r b a c 模型是一个理论上的概念模型，在他的研究论文 中并没有给出此模型所实现的具体方案以及技术手段，加之r b a c 模型的访问控制策 略适中，即不像自主访问控制策略那样较弱，又不像强制访问控制策略那样较强，因 此它的应用范围很广，所以，如何在实际项目中设计基于此理论的方案来解决实际问 题也成为了学者们研究的焦点。 当前国内外学者对访问控制领域进行了深入的研究。u s a g ec o n 仃0 1 ( u c o n ) m o d e l 已经被提出，目前国外学者已经对此展开了研究，然而国内尚未开始，这有待于引起 国内从事信息安全领域的学者的关注【i 刀。 随着网络技术的飞速发展以及信息系统安全多样化要求的提高，访问控制技术将 呈现以下几方面的发展趋势： 1 从目前看，d a c 、m a c 、r b a c 基本上解决了信息系统中的安全问题，但是， 随着信息系统的发展，将会有新的访问控制策略被提出，它会给信息系统提供更好的 安全保护。 2 分布式技术的发展将使得分布式环境下的访问控制技术成为未来的研究热 点。在分布式环境下，如何将几种不同的访问控制策略集中在一起，使其相互支撑、 互相合作，进而成为一个有机的整体将成为重要的研究课题。 3 目前，黑客的攻击手段多种多样，信息安全正面临着巨大的挑战，任何一种 单一的技术已经不能很好的将之解决，如何将访问控制技术与其它信息安全技术有效 的整合也将成为访问控制技术的未来发展趋势。 第三章动力能源信息系统功能模块设计 第三章动力能源信息系统功能模块设计 3 1 开发模式 建模是软件工程最常使用的技术之一。所谓软件开发模式，就是为整个软件生存 期建立的模型。在过去3 0 年来，已经先后出现了多种软件开发模型，包括传统模型、 演化模型和面向对象模型等。它们各有特色，分别适合于不同特征的软件项目，但是 一般地都包含“定义( 或计划) 、“开发和“维护 3 类活动。定义活动要弄清 软件“做什么；开发活动集中解决让软件“如何做修；维护活动聚焦于对软件的“修 改 。“、a t h o w c h a n g e ，概括了3 类活动的主要特征。在不同的软件开发模型中， 这些活动或顺序展开，或反复循环，所用的方法与工具也可能随所用的模型而异，传 统的软件开发模型主要有瀑布模型和快速原型模型【3 0 】，在此次项目的开发中选用了后 者一快速原型模型。 事实证明，许多用户在开始使用为他们开发的系统时，会对系统的功能、界面或 操作方式等提出许多新的建议，其中有一些建议是非常合理的，软件开发人员确实需 要进行修改，而这样做势必增加开发成本。为了尽量减少这种状况的发生，人们提出 了快速原型模型，又称原型模型。它特别适合人机界面的设计，用户通过交互界面的 内容，能够提出有关操作、功能上的建议。 快速原型模型的基本思想是：软件开发人员在与用户进行需求分析时，以比较小 的代价快速建立一个能够反映用户主要需求的原型系统，让用户在计算机上进行操 作，在实践过程中提出改进意见，开发人员根据用户的意见，对原型进行补充和完善， 然后再由用户试用、评价、提出建议，重复这一过程，直到用户对开发的原型系统满 意为止。快速原型模型如图3 1 所示。 2 l 北京化工大学硕士学位论文 需求分析 卜- 卜_ 原型开发 卜_ o 一一 原型评价 卜_ 县放互练语斗 一 取跫糸玩双丌 7 最终系统实现 图3 一l 快速原型模型 f i g 3 - lr a p i dp f o t o t y p em o d d 开发人员根据该原型书写说明文档，作为今后开发工作的依据。采用此模型有以 下优点： 1 快速原型模型让用户有机会实践系统的基本功能，因而可以对不尽合理的内 容提出修改意见和建议。 2 快速原型模型可以使开发者和用户充分交流，对一些模糊需求也可以进行处 理。 3 开发人员通过建立快速原型模型对系统有了更深层次的理解，在设计和编码 时可以尽量减少出错，有助于软件的开发工作顺利进行。 4 当快速模型的某个部分是利用软件工具自动生成时，可以把这部分内容用到 最终的软件系统中，比如一些界面或生成的报表等。 5 快速原型模型使总的开发费用降低、时间缩短。 6 快速原型模型可以使用户对系统更为满意，也有利于维护。 7 用户在使用原型系统时已经对系统有了初步的了解，因此，建立模型的过程 也相当于是用户的一个学习软件的过程【3 l 】。 本项目开始于2 0 0 6 9 ，在开发过程中一共进行了三次大的迭代，第一次迭代发生 在项目开始后的一个月，根据前期的用户调研，以及用户的需求分析，第一个原型系 统被开发出来，经过与用户的交流，他们提出了修改意见。第二次迭代发生在2 0 0 6 1 1 月底，这次迭代的结果是动力能源信息系统的两个子系统试运行，试运行期为一个月， 一个月以后，由用户提出修改意见。第三次迭代发生在2 0 0 7 2 月初，这次迭代的结果 是整个系统全部上线使用，当然在这三次迭代的过程中还有许多次小的迭代。 第三章动力能源信息系统功能模块设计 3 2 动力能源信息系统需求分析 需求分析是软件开发时期的第一阶段，也是关系到软件开发成败的关键步骤。准 确、完整和规范化的需求分析是软件开发成功的关键，需求分析阶段所要解决的问题， 是让用户和开发者共同明确将要开发的是一个什么样的系统【删。 动力能源信息系统的主要使用者是烟厂的设备动力处，它是一套关系企业动力能 源的综合应用系统。经过与用户的需求调研，明确了用户对所要开发的系统的具体要 求，以及系统的组成。 设备动力处的主要职责包含三个方面：负责对涉及香烟质量的重要工艺参数包括 温度和湿度进行检查；负责对全厂的各种能源消耗情况进行监控；负责对全厂的大型 设备进行管理，据此抽象出动力能源信息系统的三个主要模块，温湿度管理模块、能 源管理模块、设备管理模块，它们的具体功能将在后续章节进行详细的介绍。同时， 对设备动力处下辖的工作人员、班组等基本信息也要进行管理，基本信息管理模块负 责此项功能，同时，根据设备动力处人员众多、分工不同的实际情况，必须对工作人 员进行权限管理，权限管理模块是每个信息系统中不可缺少的组成部分，关于这两部 分内容也会在后续章节进行介绍。 动力能源信息系统在设计上要遵循易用性、扩展性、安全性、适用性和方便性的 原则。在易用性方面，要求系统具有良好的人机交互界面，并且要尽量简化操作的步 骤，方便用户的操作。在扩展性方面，系统平台要有良好的兼容性和升级前景。在设 计中，要保证系统结构模块化，功能模块可以平滑扩充。在安全性方面，系统平台要 能够对系统中的重要数据提供保护，保证其不会丢失或被他人非法篡改。在适用性方 面，由于系统是针对特定的企业所开发的，所以要求所开发出的系统必需要切合企业 的实际情况，要强调系统的实用性。在方便性方面，烟厂部门的办公地点相对分散， 这会在一定程度上造成系统使用的不方便性，但是，在烟厂中，存在自己的内部局域 网，所以在选择软件体系结构时，要充分考虑到如何有效的利用企业中的优势资源。 3 3 动力能源信息系统设计思想以及总体结构 人们在开发一套大型的软件系统之前，首先要对整个项目进行分析与设计，主要 从以下两个方面来考虑：与项目相关的所有软件、与项目相关的所有硬件。软件包括： 所开发的系统采用何种设计模式、系统的开发平台、系统所选服务器的操作系统、系 统数据的存储方式、系统的体系结构以及系统的组成( 分几个模块) 。硬件包括：系 统所选用的服务器以及系统数据所存储的物理介质。 在面向对象系统的设计中可以认为，类及其生成的对象是构成面向对象系统的最 基木元素，采用设计方法组合这些元素，得到构成面向对象系统的构件。同时，这些 北京化工大学硕：卜学位论文 构件的设计方法在经过不断的改进和完善后逐渐成型，成为构成面向对象系统的基木 设计参考，也称为设计模式。开发者采用设计模式来抽象和总结系统构件的设计方法， 同时将它用于新的系统构件的设计中。使用类和对象，使开发者在元素的层次上实现 了重用性。而使用设计模式，则在系统构件的层次上实现了重用性。设计模式提供了 在特定应用场景下解决问题的类、对象及相互关系的设计方法。这些方法并不针对于 具体的系统，只是提供了一种设计系统的