CN101706808A - 基于索引树的海量数据库访问控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于索引树的海量数据库访问控制方法，属于数据处理技术领域。本发明旨在将传统的访问控制方法中对数据对象实施访问控制进行的两次检索合并为一次检索，以提高访问控制实施效率。本发明方法包括a)为数据库建立索引树，b)在索引树的每个节点上建立一授权信息集合，该集合包括用户对所述节点及其子节点中的全部数据对象的操作权限，c)用户提出访问请求后，自索引树的根节点逐层向下至数据对象所在的节点，依次检索各个节点的授权信息集合，直至根据某一节点的授权信息集合可获得确定的访问控制结果，所述确定的访问控制结果包括接受或拒绝所述访问请求。本发明可用于各种海量数据库，尤其适用于空间数据库。

Description

基于索引树的海量数据库访问控制方法

技术领域

本发明涉及海量数据库，尤其涉及一种基于索引树的海量数据库访问控制方法，属于数据处理技术领域。

背景技术

随着空间技术的日益普及，用户通过Google Earth，MS TerraServer可以任意访问地球上任意范围的物体，甚至观测到其运动变化；全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)等高技术系统相结合的智能型实时地理信息系统使得地理空间数据成为一种实用的工具，即使用户处于陌生的城市，可以通过GPS等设备快速定位自己的位置，查询道路信息等。由此可见，空间技术的需求在不断的增长。方便、快捷的空间地理数据的操作方式，一方面满足了用户对空间信息的快速访问，但另一方面也泄露了用户的隐私信息，给国家、企业和个人造成极大的威胁。

访问控制是对数据库资源进行保护的重要措施，它主要规定了主体对客体的访问权限，并在身份识别的基础上，根据主体身份对资源的访问加以控制。传统的访问控制在数据库内部的实现方法主要包括访问控制列表、访问控制矩阵、查询改写等方式。但是，由于空间数据量大，空间目标不规则，目标的结构及其关系复杂(相交、相邻、包含、覆盖关系等)，空间操作与计算比传统的关系运算代价高的特点，并不能直接将传统数据库的访问控制方法直接应用，需要依据不同空间数据特征构建空间数据访问控制机制。

目前空间数据库访问控制方法主要通过查询改写的方式进行。当空间关系表达过于复杂时，会造成访问控制效率较低的问题。为了提高访问控制效率，现有工作主要针对空间栅格数据特征进行区域划分，选择特定的索引树结构，并在相应区域上添加授权信息，使得在对空间数据查找过程中能快速判断其操作的有效性，此类方法在一定程度上提高了访问控制判定效率。但是，这些授权模型都不能同时支持对矢量和栅格数据的应用，不能很好解决肯定授权和否定授权的冲突问题。因此，如何针对矢量数据和栅格数据提出通用的授权机制，并有效提高访问控制判定效率成为空间数据库访问控制的热点。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种通用的海量数据库(比如空间数据库)访问控制方法，将传统的访问控制方法中对数据对象实施访问控制进行的两次检索(一次检索产生于对数据对象授权策略的查找与判定，另一次检索产生于数据对象的获取过程)合并为一次检索。通过将授权信息和数据库索引结构相结合，使数据对象和授权信息的获取在一次检索中完成，提高了访问控制实施效率。此外，在索引树中对授权信息通过授权信息集合进行记录，当进行请求判定时，直接对授权信息进行比较即可，进一步提高访问控制判定效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于索引树的海量数据库访问控制方法，包括

a)为数据库建立索引树，

b)在所述索引树的每个节点上建立一授权信息集合，所述授权信息集合包括用户对所述节点及其子节点中的全部数据对象的操作权限，

c)用户提出针对数据对象的访问请求后，自所述索引树的根节点逐层向下至所述数据对象所在的节点，依次检索各个节点的授权信息集合，直至根据某一节点的授权信息集合可获得确定的访问控制结果，所述确定的访问控制结果包括接受或拒绝所述访问请求。

举例来说，如图1所示，数据库索引树的每个节点上均包括一授权信息集合，当用户请求访问节点4中的数据时，自根节点1逐层向下检索，在从节点1经节点2，节点3直至节点4的路径中，当根据路径中的某一节点(比如节点3)可以确定用户能否访问所述数据时，即就此实现访问控制，如能访问，则直接提取数据，如不能访问，则拒绝请求。当根据路径中的节点无法得到确定的访问控制结果，则检索到所述路径的末尾，即节点4，无论如何，根据路径的末尾节点均可以得到确定的访问控制结果，只是在此情况下无法省略判断次数。

进一步，在上述方法中，通过下列方法为所述索引树中的每个节点建立一个授权信息集合：

a)根据设定的授权信息为所述授权信息涉及的节点建立初步的授权信息集合；

b)从所述索引树的叶节点开始至根节点，对授权信息集合进行递归操作，所述递归操作之后，所述索引树中的父节点的授权信息集合包含其所有子节点的授权信息。

其中，可通过下列方法根据设定的授权信息为所述授权信息涉及的节点建立初步的授权信息集合：将所述授权信息分解为多个不相交的子集，每个所述子集均映射到所述索引树的某个节点上并建立所述初步的授权信息集合，同时所述多个节点之间不存在父子关系。

优选地，在上述方法中，在所述索引树的全部或部分节点上，按照用户的不同操作之间的偏序关系，根据用户的一个操作权限将另一操作权限补入授权信息集合中。也可以在所述索引树的全部或部分节点上，按照多个用户的角色之间的偏序关系，根据一个用户的操作权限将另一用户的操作权限补入其授权信息集合中。

从另一个方面来说，本发明基于索引树的海量数据库授权方法主要分为两个过程：首先，通过授权信息构建索引树中每个节点的授权信息集合；其次，实现对用户的访问请求的判定，主要是在索引树中查找请求的数据对象的同时，进行权限判定，实现将两次索引合并为一次索引的过程，提高访问请求判定效率。

具体来说，前一过程包括下列内容，如图2所示：

1)通过授权信息构建索引树相应节点上的授权信息集合。索引树中每个节点均具有一个授权信息集合，用来记录数据库用户(可以是单个用户，多个用户或用户组等等)所有的授权信息。授权信息映射到树中节点时，不一定能直接映射到一个节点上，因此需要分解授权信息，使其能通过多个节点完全表示。

授权信息集合可以采用表格的形式(授权信息表)储存各项信息，既可以采用多个表格，每个表格对应一个用户或一类用户；也可以采用一个表格，在该表格中包括多个用户或多类用户，没有特定的限制.关于授权信息表内的表项，比如，每个授权信息表可包括四个部分：授权信息对应的范围，即索引树中相应的节点的范围；数据对象类型，可以包括多种分类方式，例如按照点、线、面的方式，或图层的方式；数据对象统计信息，即各种类型的数据对象的总个数；操作权限信息，即相应操作类型下肯定(有操作权限)或否定(没有操作权限)的对象的个数，当该操作下允许的对象个数与对象总个数一致且否定授权个数为零时，表面该区域中所有对象均有访问权限.

授权信息进行分解的过程需要满足以下条件：将授权信息划分为一系列不相交的子集，这些子集均与索引树中的某节点范围一致，即映射到某个节点上；子节点之和即为数据对象的范围总和；并且这些节点之间不存在父子关系，然后将分解后的授权信息添加到相应的各个节点上，避免对授权信息进行多次存储，造成空间的浪费和效率的降低。

2)依据用户的不同操作之间的偏序关系将相应信息添加至授权信息表。当用户具有操作1的权限则必然也具有操作2的权限时(例如允许用户对空间对象进行放大操作，则允许用户进行查看操作，否则放大操作没有意义)，在每个节点的授权信息集合中添加相应的操作关系，即将操作1的权限信息添加到操作2的权限信息中。

此外，在否定授权时，操作之间的偏序关系具有逆向性，即不允许操作2时也不允许进行操作1。因此，可根据肯定和否定授权均按照其偏序关系，将相应的授权信息及其推导结果填入授权信息集合中。

与操作之间类似，授权用户的角色之间也存在一定的偏序关系，比如管理员具有普通用户的所有权限。因此，依据用户角色之间的偏序关系，对各个节点上的授权信息集合进行信息填充，使得各个节点上操作、角色之间的关系得到体现。

3)构建好每个节点上相应的初步的授权信息之后，需要对整个树从叶节点开始进行向上递归操作构建完整的授权信息集合。所述递归操作从叶子开始向上进行，因此父节点的授权信息集合应该包含其所有子节点的信息，以此类推构建完整的包含授权信息的索引树结构。因此从树的根部进行查找的过程中，在某些情况下可以直接判断其子节点的权限信息，尽早确定用户权限，无需对每个节点上的授权信息进行判断，提高访问请求判定的效率。

当索引树中授权信息集合构建完成后，如图3所示，对访问请求判定过程具体如下：

1)用户发起访问请求，则通过索引树自根节点逐层向下检索相应区域。由于索引树中各个节点包含了相应的权限信息。当通过检索过程中的某一节点的授权信息集合可获得确定的访问控制结果时，即停止检索，并作出相应的访问控制。例如，当过程中的某一节点已经包含了完全授权的信息且否定授权为空，即此空间范围内的所有对象均允许进行访问，则无需再进行相应的权限判定，直接返回所查找对象信息即可；如果区域中否定授权的对象与空间对象统计信息相等，则区域中全部空间对象均被拒绝。由于采用否定优先的策略，不论肯定授权个数，则访问请求均被拒绝。如果没有全部肯定或否定时，则一直到访问对象对应的节点处再进行权限判定。

2)如果查找的对象不能完全映射至某个节点，则需要对查找范围进行划分，同授权信息集合构建过程中的划分规则一致。依据上述1)所述的方法，将查找区域分成几个子区域进行分别的权限判定和对象的查找，并将结果分别返回。

总上所述，本发明方法可以支持多种数据类型，包括矢量数据和栅格数据，而且使用授权信息集合可以加速判定效率.采用本发明的数据库访问控制方法，可针对数据特征进行分析，支持多种数据类型，同时保证权限判定正确的情况下，减少权限比较次数，提高访问控制效率，比传统的访问控制方法具有更高的效率.

本发明方法适用于各种海量数据库，尤其适用于空间数据库。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.更高的通用性

本发明提出的数据库访问控制方法同时适用于矢量数据和栅格数据；支持基于图层或拓扑方式的授权；同时支持肯定和否定授权；并且适用于多种数据库索引结构。更高的通用性方便了用户对访问控制权限的灵活定义。

2.更高的访问效率

本发明将传统的访问请求判定和数据查找的两次索引合并为一次判定，在一次查找中确定访问请求的结果并返回相应的信息；在判断过程使用授权信息集合进行权限记录，使得权限比较过程更简单；支持数据查找路径上尽早判定权限，减少权限比较次数，提高权限判定效率，同时方便用户进行策略定义和查找。

附图说明

图1为本发明方法涉及的索引树示意图；

图2为本发明方法一授权信息集合构建过程实例流程图；

图3为本发明方法一访问请求判定过程实例流程图；

图4为实施例基于索引树的空间数据库访问控制系统示意图；

图5为实施例的普通用户授权信息集合示意图；

图6为实施例空间数据库的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步描述。

本实施例通过如图4所示的空间数据库访问控制系统实施本发明方法，该系统包括前端和后端两部分。其中，前端主要负责对用户的请求进行处理并接受后端返回的结果。后端主要是空间数据库中访问控制处理部分，分为索引查找模块，权限判定模块，结果返回模块三大部分。在收到前端发起的请求后，首先利用索引查找模块进行相应权限信息和访问对象信息的查找；接着在权限判断模块中进行相应的权限判定，最后将结果返回给前端。

下面以R树为例，描述方法的整个过程，图5给出了本实施例的普通用户授权信息集合示意图。

1)树中各节点的授权信息集合是其所有子节点授权信息的集合。每个节点上的授权信息集合包括空间范围，数据类型，数据对象统计信息，以及用户对各种操作的权限。其中，数据类型按点、线、面的方式划分。为了便于说明，在本实施例中，只涉及查看操作和修改操作。在实际应用中，可以扩展到多个操作类型。

定义好授权信息集合的数据结构后，将授权信息填入相应的授权信息集合中.当授权信息的范围与树中某节点的范围正好匹配时，直接填入表中；否则需要对授权信息的范围进行划分，分散到索引树中多个节点上，这些节点之间不存在完全包含关系.假设本实施例采用的授权信息(或者说授权策略)为“不允许普通用户查看区域D中点对象，允许普通用户查看区域D中的面对象”，则节点D的各项信息如表1所示.

表1.节点D的授权信息表

其中，mD表示节点D的空间范围，第二列中的0，1，2分别表示点、线、面。第三列中分别表示区域D中有0个点，0个线和2个面。第四列第五列分别表示查看操作的肯定授权(用“+”表示)和否定授权(用“-”表示)的个数，其中数字“0”表示有零个肯定授权，字母“*”则表示全部数据对象均为否定授权，另外表格中的“N/A”表示该项信息未作定义。

2)依据权限信息对空间节点权限进行合并优化；同时利用授权信息中的偏序关系对权限描述，对偏序关系能够包含的所有子权限进行归类描述，保证权限信息的完整性和有效性。例如用户允许进行修改操作，则允许进行查看操作，否则修改操作是没有意义的。例如：添加策略“允许普通用户对区域D中的所有对象进行修改操作”，采用否定优先的策略，则上表更新为表2。

表2.节点D的授权信息表

mD	0	0	0	*	*	0	…
								mD	1	0	*	0	*	0	…
mD	2	2	*	0	*	0	…

可以看出，由于修改操作与查看操作具有一定的偏序关系，因此允许用户对区域D中的所有进行修改操作，即允许用户进行相应的查看操作，但是由于表1中用户关于区域D中的点对象的查看操作是被拒绝的，根据否定优先的策略，最终点对象的查看操作仍被拒绝。

同样，偏序关系可以扩展到用户角色之间，如管理员具有普通用户的权限，则将普通用户的权限归类表与管理员的权限归类表进行合并，并采用否定优先的策略。例如，管理员对区域D的权限：“允许管理员修改区域D中的所有对象”。通过修改操作和查看操作的偏序关系，管理员权限归类表如表3所示。

表3.节点D的管理员授权信息表

mD	0	0	*	0	*	0	…
								mD	1	0	*	0	*	0	…
mD	2	2	*	0	*	0	…

通过将普通用户在区域D上的权限归类表与管理员的权限归类表进行合并，管理员在区域D上最终的授权信息如表4所示：

表4.节点D最终的管理员授权信息表

mD	0	0	0	*	*	0	…
								mD	1	0	*	0	*	0	…
mD	2	2	*	0	*	0	…

因此在授权信息表合并中，依据操作和角色之间的偏序关系，首先对树中每个节点上授权信息集中涉及的偏序关系进行一定的推导，将可以推得的信息添入；最后将授权信息进行合并，形成该节点最终的权限授权信息表示。

3)通过上述方法可以将授权信息映射到授权信息集合中，但是为了实现授权信息尽量上移，可以减少权限比较次数的目的，下面定义授权信息合并方法。

授权信息合并方法，从树的叶子节点，向上递归；对同一个节点的所有子节点信息进行合并，递归结束后，当前的索引树T，以及其对应的授权信息集I是对授权信息合并的结果。因此如果允许用户访问某个中间节点的全部信息，则允许其访问所有子节点。

图5中root节点就是将其子节点信息进行合并而成。

表5.根节点的授权信息表

mR	0	1	0	*	0	*	…
								mR	1	3	1	2	0	*	…
mR	2	5	*	0	*	0	…

由此可见，在根节点中，对于普通用户，所有的点对象均不能被查看和修改；线对象中部分允许被查看，但是全部拒绝被修改；面对象全部可以被查看和修改。因此，在空间对象查找过程中，可以尽早的判断用户的操作权限。

4)在访问请求判定过程中，通过索引树的查找过程，将两次索引树查找过程合并为一次，当查找路径中已经具有相应权限，则无需再进行权限判定.例如，如果用户希望查看区域中的某一点对象，由于根节点上可知所有点对象均被拒绝访问，则根节点之后的所有节点均无需再进行权限比较，直接返回否定结果即可，这样大大提高了访问请求权限判定和结果返回的效率.因此，权限比较和空间对象查找是在索引树遍历一次的过程中完成的，并不需要对经过的每个节点都进行权限比较，减少了比较的次数，提高了效率.同时对权限判断的过程也进行了优化，无须对每个授权信息进行比较，而是通过对授权信息进行归类.

如果访问对象的空间区域能直接映射到某空间节点上时，则直接在索引树遍历过程中进行判定；否则需要将空间区域利用空间对象分解函数进行划分，对每个子区域进行判定。分解过程要求所有分解后子节点的空间范围之和与查询区域一致，而且子节点之间不存在完全的包含关系，子节点之间区域不存在重叠。分解之后对每个分解后的节点分别进行权限判定，具体过程如下：

在访问请求判定函数中从根节点开始查找，如果在路径上已经确定其权限，则此后无需再进行权限比较，直接返回结果即可，提高权限判定的效率。例如，如图5，6所示，用户请求访问的区域包括点D、F和Poly1，通过权限授权信息表快速查出用户对D中所有空间对象均有访问权限(因为D中没有点和线对象，而面对象均被授权)；F中线对象部分具有访问权限，部分被拒绝，因此需要继续查找叶子节点，这里line2被允许，line3被拒绝；Poly1对象为肯定授权，因此可以快速返回相应的查询结果，即poly1，poly2，poly3和line2。

综上所述，本发明提出一种基于空间索引的授权方法和系统。该系统主要将索引树进行扩展，与授权信息结合的方法，在访问数据过程中直接进行权限判定，将两次查找匹配过程进行结合，提高查询效率。此外，容易扩展到现有空间数据库中，可以对多种索引结构，如R树，四叉树，及其变形等进行相应的扩展。

Claims (8)

1.基于索引树的海量数据库访问控制方法，包括

a)为数据库建立索引树，

b)在所述索引树的每个节点上建立一授权信息集合，所述授权信息集合包括用户对所述节点及其子节点中的全部数据对象的操作权限，

c)用户提出针对数据对象的访问请求后，自所述索引树的根节点逐层向下至所述数据对象所在的节点，依次检索各个节点的授权信息集合，直至根据某一节点的授权信息集合可获得确定的访问控制结果，所述确定的访问控制结果包括接受或拒绝所述访问请求。

2.如权利要求1所述的基于索引树的海量数据库访问控制方法，其特征在于，通过下列方法为所述索引树中的每个节点建立一个授权信息集合：

a)根据设定的授权信息为所述授权信息涉及的节点建立初步的授权信息集合；

b)从所述索引树的叶节点开始至根节点，对授权信息集合进行递归操作，所述递归操作之后，所述索引树中的父节点的授权信息集合包含其所有子节点的授权信息。

3.如权利要求2所述的基于索引树的海量数据库访问控制方法，其特征在于，通过下列方法根据设定的授权信息为所述授权信息涉及的节点建立初步的授权信息集合：

将所述授权信息分解为多个不相交的子集，每个所述子集均映射到所述索引树的某个节点上并建立所述初步的授权信息集合，同时所述多个节点之间不存在父子关系。

4.如权利要求1所述的基于索引树的海量数据库访问控制方法，其特征在于，在所述索引树的全部或部分节点上，按照用户的不同操作之间的偏序关系，根据用户的一个操作权限将另一操作权限补入授权信息集合中。

5.如权利要求1所述的基于索引树的海量数据库访问控制方法，其特征在于，在所述索引树的全部或部分节点上，按照多个用户的角色之间的偏序关系，根据一个用户的操作权限将另一用户的操作权限补入其权限授权信息表中。

6.如权利要求1所述的基于索引树的海量数据库访问控制方法，其特征在于，所述索引树是R数索引树、或四叉树。

7.如权利要求1所述的基于索引树的海量数据库访问控制方法，其特征在于，在所述授权信息集合中，数据对象按设定的分类方式分类，所述分类方式包括点、线、面的方式，或图层的方式。

8.如权利要求1所述的基于索引树的海量数据库访问控制方法，其特征在于，所述海量数据库是空间数据库。

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