李 雙，袁 丁

（1.北京工商大學(xué) 理學(xué)院，北京100048；2.中國航天科工集團(tuán)第二研究院，北京100854）

0 引 言

強(qiáng)制訪問控制通常采用Bell－LaPadula模型，盡管自20世紀(jì)70年代提出以來，發(fā)揮了很大的作用是一個(gè)極好的模型，但它也有局限性，其一，它以犧牲其它方面為代價(jià)，而專注于保密性，而且保密建立在軍隊(duì)的安全分類模型的基礎(chǔ)上；其二，它忽略了管理分類的方式。該模型假設(shè)某人，近乎神奇的對(duì)每項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，而且這種分類永遠(yuǎn)不變；其三，有時(shí)用戶需要使用他們未被授權(quán)看到的數(shù)據(jù)，由于基于Bell－LaPadula模型的強(qiáng)制訪問控制，用戶不可能看到。如，低密級(jí)主體向高密級(jí)主體書寫報(bào)告，根據(jù)讀低，寫高的原則，此低密級(jí)的主體創(chuàng)建的報(bào)告的等級(jí)安全標(biāo)記值大于等于報(bào)告的創(chuàng)建者的等級(jí)安全標(biāo)記，那么在Bell＆LaPadula模型下，此報(bào)告對(duì)安全標(biāo)記大的主體（領(lǐng)導(dǎo)）是可見的，領(lǐng)導(dǎo)可以進(jìn)行批示，由于讀低寫高，在領(lǐng)導(dǎo)作批示（寫）后，此報(bào)告的安全標(biāo)記又升高了，那么報(bào)告的提出者（一般職員）對(duì)此報(bào)告不再擁有可見權(quán)（讀），使得領(lǐng)導(dǎo)的批示變得毫無意義。

文獻(xiàn) ［1－2］提出了一種動(dòng)態(tài)的多級(jí)安全政策，采取主體的安全標(biāo)記是動(dòng)態(tài)變化的，而客體的安全標(biāo)記是固定的，且隨著信息的流入（讀）流出（寫）記錄主體的標(biāo)記的歷史值。這種動(dòng)態(tài)多級(jí)安全政策雖然解決了Bell－LaPadula模型中存在的一些問題，但由于仍采用非等級(jí)分類級(jí)別K，很大程度上限制了等級(jí)分類級(jí)別不同的信息間的單向或雙向流動(dòng)，此性質(zhì)限制了文獻(xiàn) ［1－2］中提出的動(dòng)態(tài)安全政策在非軍事系統(tǒng)中的應(yīng)用。另外一點(diǎn)，無論在側(cè)重信息機(jī)密性的系統(tǒng)中還是側(cè)重完整性的系統(tǒng)中，只要允許 “寫”操作（即信息的流出）就會(huì)對(duì)完整性造成威脅。本文提出一種基于角色的多級(jí)安全政策（RBMLS），將Bell－LaPadula模型中的非等級(jí)分類級(jí)別K替換為局部角色LR，并引入來源分類O，既可以實(shí)現(xiàn)等級(jí)分類級(jí)別不同的主客體信息之間的互動(dòng)，又可實(shí)現(xiàn)原有數(shù)據(jù)和外來數(shù)據(jù)的有效分離，極大程度保證了數(shù)據(jù)的完整性。

1 多級(jí)安全政策與基于角色的訪問控制

1.1 多級(jí)安全政策（Bell ＆Lapadula）

多級(jí)安全政策自從在學(xué)術(shù)界提出以來一直指多級(jí)保密性，隨著信息安全研究的發(fā)展，現(xiàn)已擴(kuò)展到多級(jí)安全保密性、完整性和應(yīng)用性。在多級(jí)安全政策的實(shí)施上，典型情形是按照美國可信計(jì)算機(jī)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（TCSEC）的某一標(biāo)準(zhǔn)的要求（Bell ＆Lapadula）［3］去實(shí)現(xiàn)固定的安全需求。

約定2 S是主體集合，O是客體集合，A是訪問方式集合，C是等級(jí)分類集合，K是非等級(jí)分類集合。

定義1 當(dāng)前訪問集合B：＝P（S×O×A），敏感標(biāo)記集合設(shè)L1＝（C1，K1）∈L，L2＝（C2，K2）∈L則（L1≥L2）：＝（C1≥C2∧K1K2）。 敏 感 標(biāo) 記 函 數(shù) 集 合為主體敏感標(biāo)記函數(shù)，fO為客體敏感標(biāo)記函數(shù)，fC為主體當(dāng)前敏感標(biāo)記函數(shù)。

約定3 b（S，x，y，…，z）表示客體集合

約定4 r為只讀方式，a為只寫方式，w為讀寫方式，e為可執(zhí)行方式。

公理1（ss－特性）

公理2（＊－特性）

Bell－LaPadula模型在側(cè)重機(jī)密性的系統(tǒng)中可以簡(jiǎn)述為：讀低寫高?！白x低”是指用戶只能讀比他信任級(jí)別更低的消息；“寫高”是指用戶的信息只能寫入比他信任級(jí)別更高的區(qū)域。在側(cè)重完整性的系統(tǒng)中可以簡(jiǎn)述為：讀高寫低?！白x高”是指用戶只能讀比他信任級(jí)別更高的信息；“寫低”是指用戶的信息只能寫入比他信任級(jí)別更低的區(qū)域。采用Bell－LaPadula模型，在側(cè)重機(jī)密性的系統(tǒng)中，信息只能從低信任級(jí)別流向高信任級(jí)別，保證了數(shù)據(jù)的機(jī)密性；在側(cè)重完整性的系統(tǒng)中，信息只能從高信任級(jí)別流向低信任級(jí)別，保證了數(shù)據(jù)的完整性。

1.2 基于角色的訪問控制（RBAC）

基于角色的訪問控制是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究局（NIST）的Ferraiolo等人在20世紀(jì)90年代提出來的［4－5］。2001年8月，RBAC的技術(shù)提出者和NIST提出了一個(gè)建議標(biāo)準(zhǔn)，建立了NIST RBAC2001技術(shù)的參考模型，定義了各種模型構(gòu)件，并給出了一套系統(tǒng)與管理功能規(guī)范。

NIST RBAC 2001模型依據(jù)4個(gè)組成部分來定義：核心RBAC，層次RBAC，靜態(tài)職責(zé)分離SSD，動(dòng)態(tài)職責(zé)分離DSD這4部分。核心RBAC定義了完成RBAC所需元素和關(guān)系的最小集合。這包括用戶－角色授權(quán)，角色－權(quán)限授權(quán)。核心RBAC是RBAC系統(tǒng)中的必要組成部分，其他各部分是彼此獨(dú)立的，可分離使用［6］。

2 基于角色的多級(jí)安全政策

鑒于基于角色的訪問控制中引入角色，我們?cè)诙嗉?jí)安全政策中也引入角色［7］，將Bell－LaPadula模型與RBAC結(jié)合起來。把Bell－LaPadula模型中的非等級(jí)分類級(jí)別K替換為局部角色LR，同時(shí)引入來源分類O，建立新的安全政策——基于角色的多級(jí)安全政策（RBMLS）。

新政策的優(yōu)勢(shì)在于在一個(gè)組織當(dāng)中，通常局部角色大致相同，這樣既可以減少分組的麻煩又可以實(shí)現(xiàn)等級(jí)分類級(jí)別不同的主客體信息之間的互動(dòng)，注意此處的角色僅為局部角色。所謂局部角色是指，局部范圍內(nèi)根據(jù)用戶的職能權(quán)限授予用戶的角色。可以簡(jiǎn)單地理解為用戶在局部范圍內(nèi)的職位。局部角色為RBAC模型中角色的組成部分。如，銷售部和財(cái)務(wù)部的局部角色均可設(shè)置為經(jīng)理、主管和一般職員。但這些局部角色對(duì)應(yīng)到RBAC模型中的角色分別為銷售部經(jīng)理、銷售部主管、銷售部一般職員；財(cái)務(wù)部經(jīng)理、財(cái)務(wù)部主管、財(cái)務(wù)部一般職員。同時(shí)由于引入來源分類，實(shí)現(xiàn)了原有數(shù)據(jù)和外來數(shù)據(jù)的有效分離，極大程度保證了數(shù)據(jù)的完整性。

RBMLS同樣包括主體（角色）、客體、訪問集合等概念。這里不作敘述。

2.1 在側(cè)重機(jī)密性的系統(tǒng)中

在側(cè)重機(jī)密性系統(tǒng)中，引入兩個(gè)標(biāo)記函數(shù)（fl，fh），分別表示一個(gè)進(jìn)程在一次會(huì)話中的最小標(biāo)記值和最大標(biāo)記值。初始標(biāo)記設(shè)置為fl＝LOW（系統(tǒng)的最小標(biāo)記值），fh＝HIGH（系統(tǒng)的最大標(biāo)記值），fS，3＝fC，3＝i（將主體標(biāo)記的第三個(gè)分量fS，3設(shè)置為i）這樣設(shè)置的目的是使得主體對(duì)原有信息及低密級(jí)流入信息的全部可見性。T（o，s）＝true表示允許信息從o流入s，T（o，s）＝false表示禁止信息從o流入s。

（1）信息從客體o流入主體時(shí)s（s“讀”o），判定條件及主體標(biāo)記變化規(guī)則（2.1）：

（2）在信息從主體s流向客體o時(shí)（s“寫”o），判定條件及主體標(biāo)記變化規(guī)則（2.2）：

if（fO，3＝i）/＊確保寫入信息的標(biāo)記的第三分量固定，與原本信息分離。＊/

（3）當(dāng)信息在主客體s和o之間雙向流動(dòng)時(shí)（“讀寫”o），判定條件及變化規(guī)則（2.3）：

if（fO，3＝i）/＊確保寫入信息的標(biāo)記的第三分量固定，與原本信息分離。＊/

對(duì)等級(jí)分類級(jí)別不同的主客體來說，如果主體對(duì)客體有 “寫”的需求時(shí)，此時(shí)將主體的fC設(shè)置為fC＝（C，LR，i），也就是說主體只能在標(biāo)記第三分量為i的區(qū)域中寫。例如：銷售部的機(jī)密性級(jí)別設(shè)為1，局部角色分類設(shè)為L(zhǎng)Rmax≥LR1≥LR2≥LR3≥LRmin，財(cái)務(wù)部的機(jī)密性級(jí)別設(shè)為2，局部角色分類也設(shè)為L(zhǎng)Rmax≥LR1≥LR2≥LR3≥LRmin。我們假設(shè)局部角色分類LR1，LR2，LR3，分別代表局部角色經(jīng)理、主管、一般職員。在銷售部向財(cái)務(wù)部遞交報(bào)告的情況下（對(duì)應(yīng)信息從低向高流的情況），此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)將fC，fl設(shè)置為fC：＝（C，K，i），fl：＝（C，K，i）即將標(biāo)記的第三分量設(shè)為i。也就是下級(jí)部門的人員可以向上級(jí)部門任何職位高于或等于自己的領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行匯報(bào)。（信息從低向高流），但寫入的東西放在特定的位置，也就是只能對(duì)特定的位置輸入信息流。一個(gè)更明顯的例子就是在一目錄下建立一個(gè)incoming文件夾，所有外來文件只能放在incoming中，這樣可以保證此目錄下其他文件或文件夾的完整性。由于財(cái)務(wù)部門數(shù)據(jù)完整性的重要性，這樣實(shí)現(xiàn)了流入信息和原有信息的分離。由此例可以看出RBMLS中由局部角色代特非等級(jí)分類的好處在于：銷售部和財(cái)務(wù)部的非等級(jí)分類一般來講沒有包含關(guān)系（財(cái)務(wù)部的組與銷售部的組通常沒有包含關(guān)系），但由局部角色來看具有層次關(guān)系，因此可以實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)部門之間信息的單向或雙向流動(dòng)性。至于來源分類的作用在此例中也是很明顯的。

在讀低的原則下，低密級(jí)信息中同樣存在需要對(duì)高密級(jí)主體保密的信息。如，銷售部肯定存在不應(yīng)被財(cái)務(wù)部所見的信息。我們將此類信息的標(biāo)記設(shè)為（C，LRmax，o）。此做法可使即使等級(jí)分類級(jí)別高于C主體對(duì)此部分信息仍然不可見。

在側(cè)重機(jī)密性的系統(tǒng)中，存在一類稱為公共信息的部分，此部分對(duì)所有主體應(yīng)該是可見的。但所有主體均沒有修改的權(quán)利。那么這一類消息處理為（ C，LRmin，o）類。

對(duì)等級(jí)分類級(jí)別相同的主客體的訪問權(quán)限，此時(shí)將局部角色分類集合均設(shè)為一個(gè)默認(rèn)的值，然后根據(jù)角色的組織職能進(jìn)行授權(quán)。對(duì)角色新創(chuàng)建的客體，其標(biāo)記等于該角色的標(biāo)記。但注意標(biāo)記的第三分量為o，與其他非同級(jí)等級(jí)分類級(jí)別流入的信息相區(qū)別。

我們看一下在客戶關(guān)系管理系統(tǒng)中，上述安全政策的實(shí)施情況。由銷售部?jī)?nèi)部成員（角色）創(chuàng)建的客體的等級(jí)分類級(jí)別均相同，只是非等級(jí)分類級(jí)別反映角色的職位，來源級(jí)別均為o。此時(shí)當(dāng)銷售部經(jīng)理打一份報(bào)給財(cái)務(wù)部審批的資金申請(qǐng)file，則Lfile＝（1，LR1，o）。這分報(bào)告只對(duì)財(cái)務(wù)部經(jīng)理可見，當(dāng)財(cái)務(wù)部經(jīng)理的標(biāo)記滿足規(guī)則（2.3）時(shí)，則有對(duì)此報(bào)告的讀寫權(quán)，且寫完后不改變客體file的標(biāo)記值，這樣，銷售部經(jīng)理對(duì)此報(bào)告始終享有可見權(quán)，可以閱讀財(cái)務(wù)經(jīng)理的批示意見。再一點(diǎn)，雖然銷售部人員享有對(duì)財(cái)務(wù)部數(shù)據(jù)的可寫權(quán)，由于在標(biāo)記中引進(jìn)來源分類這一分量，下級(jí)對(duì)上級(jí)寫入的信息放在 “特定的位置”（特殊標(biāo)記值i），使得原有信息（特殊標(biāo)記值o）和低密級(jí)流入信息（特殊標(biāo)記值i）的分離，不會(huì)造成對(duì)財(cái)務(wù)部數(shù)據(jù)的惡意篡改。

2.2 在側(cè)重完整性的系統(tǒng)中（讀高寫低）

在側(cè)重完整性系統(tǒng)中，有類似側(cè)重機(jī)密性系統(tǒng)中的定義。fS，3＝fc，3＝o（將主體標(biāo)記的第三個(gè)分量fS，3設(shè)置為o）這樣設(shè)置的目的是使得主體對(duì)原有信息及高密級(jí)流入信息的全部可見性。T（o，s）＝true表示允許信息從o流入s，T（o，s）＝false表示禁止信息從o流入s。

（4）信息從客體o流入主體s時(shí)（s“讀”o），判定條件及主體標(biāo)記變化規(guī)則（2.4）：

（5）在信息從主體s流向客體o時(shí)（s“寫”o），判定條件及主體標(biāo)記變化規(guī)則（2.5）：

if（fO，3＝o）/＊確保寫入信息的標(biāo)記的第三分量固定，與原本信息分離。＊/

（6）當(dāng)信息在主客體s和o之間雙向流動(dòng)時(shí)（“讀寫”o），判定條件 及變化規(guī)則（2.6）：

if（fO，3＝o）/＊確保寫入信息的標(biāo)記的第三分量固定，與原本信息分離。＊/

在側(cè)重完整性的系統(tǒng)中，進(jìn)行 “寫”操作時(shí)，設(shè)置主體的標(biāo)記為（C，LR，o），此時(shí)由相同等級(jí)分類級(jí)別創(chuàng)建的客體的標(biāo)記值為（C，LR，i）。將需要保密的信息的標(biāo)記設(shè)為（C，LRmin，i），對(duì)全局可見信息標(biāo)記設(shè)為（C，LRmax，i）。

3 RBMLS在RBAC中的應(yīng)用

為使RBAC適用于更廣的范圍，不能允許在進(jìn)行角色－權(quán)限配置時(shí)完全地采取一種自主的原則，需要有強(qiáng)制的安全政策來保證訪問控制的全局統(tǒng)一性。在RBAC實(shí)現(xiàn)中如果僅采取RBMLS安全政策會(huì)出現(xiàn)等級(jí)分類級(jí)別相同的不同部門的數(shù)據(jù)的全部可見性，產(chǎn)生此問題的原因在于通常情況下局部角色的一致性。如銷售部和人事部的機(jī)密性級(jí)別和完整性級(jí)別均相同，又由于局部角色均為經(jīng)理、主管和一般職員。那么根據(jù)RBMLS的原則，這兩個(gè)部門的數(shù)據(jù)就沒有可分性，這顯然是不合理的。因此需要將RBAC與RBMLS和身份（ID）結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)既有強(qiáng)制訪問政策約束又有自主訪問政策靈活性的安全政策，這種處理方式特別適用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境［8］。

3.1 RBAC模型中的安全政策實(shí)施準(zhǔn)則

準(zhǔn)則1：在RBAC中由于將權(quán)限劃分為公共權(quán)限和私有權(quán)限，用戶通過角色獲取的僅是該角色的公共權(quán)限，用戶只有通過角色和身份信息才可以獲取客戶的公共權(quán)限及用戶的私有權(quán)限［9］。

準(zhǔn)則2：在RBMLS中用戶要獲取某一權(quán)限需要提供用戶的局部角色和用戶的標(biāo)記值。由于在RBMLS中引入了角色的概念，用戶的標(biāo)記值完全可以通過用戶的角色屬性來獲取。

因此用戶先通過擁有角色和身份獲取相關(guān)權(quán)限，再根據(jù)安全標(biāo)記通過RBMLS獲取相關(guān)權(quán)限（注：對(duì)等級(jí)分類級(jí)別相同的主客體，此時(shí)將局部角色分類集合均設(shè)為一個(gè)默認(rèn)的值，這樣處理的實(shí)質(zhì)作用是屏蔽RBMLS，然后根據(jù)角色的組織職能進(jìn)行授權(quán)，這就使得訪問控制政策具有較強(qiáng)的靈活性），這兩個(gè)相關(guān)權(quán)限的交集為用戶的最終權(quán)限，參見圖1。

圖1 RBMLS政策中用戶權(quán)限

3.2 安全政策實(shí)施方案

在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中主要的兩種獲取用戶屬性的方式，它們分別是用戶—拉（user＿pull）方式和服務(wù)器－拉（server＿pull）方式［10］。由于服務(wù)器－拉（server＿pull）方式適合于用戶終端可移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)訪問，這里我們采取這種方式。在服務(wù)器－拉（server＿pull）方式下，每一 Web Server從Role Server處獲取相關(guān)屬性信息（角色信息等）。當(dāng) Web Server對(duì)Role Server提供的屬性信息的完整性進(jìn)行驗(yàn)證后，如果無誤則Web Server依此屬性信息，根據(jù)多級(jí)安全政策獲取權(quán)限，實(shí)施訪問控制策略［11－12］。

組成元素：客戶機(jī)（client），網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（Web Server），角色服務(wù)器（Role Server），身份認(rèn)證服務(wù)器（Authentication Server）。

基本原理：Web Server根據(jù)Role Server提供的用戶所對(duì)應(yīng)的角色，角色權(quán)限配置以及多級(jí)安全政策授予用戶相應(yīng)的訪問許可。需要保證用戶的角色等屬性信息的機(jī)密性、完整性、不可偽造性。

算法：

（1）用戶與Authentication Server交互，獲取身份證書；

（2）用戶與Web Server建立會(huì)話，提供Authentication Server頒發(fā)的證書；

（3）Web Server從Role Server處下載相關(guān)信息并保存；

（4）Web Server依據(jù)RBAC和RBMLS給與用戶權(quán)限，當(dāng)主體S客體O有訪問權(quán)限p的請(qǐng)求時(shí)：

具體流程參見圖2。

圖2 RBMLS在RBAC實(shí)現(xiàn)

3.3 安全性分析

3.3.1 機(jī)密性、完整性

通過加密算法保證機(jī)密性，通過可信第三方證書和數(shù)字簽名保證通訊過程的完整性。

3.3.2 不可偽造性

設(shè)置身份認(rèn)證服務(wù)器（Authentication Server）頒發(fā)身份證書，既實(shí)現(xiàn)身份的不可偽造性，又可以減少身份識(shí)別的次數(shù)。用戶與 Web Server，Web Server與 Web Server會(huì)話的第一步是認(rèn)證，保證通信雙方的不可偽造性。

3.3.3 同步性

Web Server從Role Server處下載相關(guān)信息并保存。盡管在Web Server處保存屬性信息可達(dá)到屬性信息的可重用性，但為做到 Web Server處的屬性信息與Role Server處的同步性，在Role Server處需要保存Web Server處的屬性信息版本和自己本地的屬性信息的最新版本。那么在每次用戶登錄 Web Server時(shí)，Web Server通知 Role Server，Role Server只將屬性的更改信息傳給 Web Server，這樣可以減少與 Web Server的通信量。而且可以使得 Web Server處的屬性信息實(shí)時(shí)變化，提供一個(gè)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)的多級(jí)安全政策，從而進(jìn)行動(dòng)態(tài)訪問控制。

3.3.4 高效性

在Web Server保存的角色屬性信息使用 Web Server的自簽名。這樣處理的好處是支持與Role Server每次交互只傳輸消息的更改部分，實(shí)現(xiàn)較少通信量。否則，用Role Server的簽名信息來保證消息的完整性，那么每次Role Server均需要重新對(duì)全部消息進(jìn)行簽名并且需要將這個(gè)簽名與消息的更改部分進(jìn)行綁定，再進(jìn)行整體簽名，這樣增加了Role Server和 Web Server的通信量，降低了效率。

4 結(jié)束語

RBMLS雖然用局部角色替代非等級(jí)分類，實(shí)現(xiàn)了等級(jí)分類級(jí)別不同，局部角色具有層次關(guān)系的主客體的數(shù)據(jù)互動(dòng)性。且在側(cè)重機(jī)密性的系統(tǒng)中保證了數(shù)據(jù)一定程度的完整性；在側(cè)重完整性的系統(tǒng)中保證了數(shù)據(jù)一定程度的機(jī)密性。但RBMLS中對(duì)在既注重機(jī)密性又注重完整性的系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)沒有作討論。因此RBMLS還是一個(gè)開放的課題，值得繼續(xù)深入研究。

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