淺談一種安全高效的數(shù)據(jù)交換模型研究論文
在數(shù)字校園的建設(shè)過程中，“信息孤島”是必須要解決的問題。解決信息孤島的主要思路有2種模式：數(shù)據(jù)大集中模式和數(shù)據(jù)交換模式。數(shù)據(jù)大集中模式需要推倒所有原有系統(tǒng)重新建設(shè)，實現(xiàn)難度非常大，現(xiàn)實應(yīng)用較難，不符合實際情況。數(shù)據(jù)交換模式通過數(shù)據(jù)交換平臺(DataExchange Platform，DEP)在不同“孤島”之間架設(shè)數(shù)據(jù)流通的橋梁，既能夠保留原有應(yīng)用系統(tǒng)不變，同時又能夠?qū)崿F(xiàn)資源組合，進(jìn)而建立數(shù)據(jù)共享中心庫，實現(xiàn)便捷的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)交換模式既考慮了高校的實際情況，又達(dá)到了數(shù)據(jù)共享的目的，因而，成為目前解決“信息孤島”的主流方法。本文在研究數(shù)據(jù)交換平臺的數(shù)據(jù)交換模型和各種數(shù)據(jù)交換方式的基礎(chǔ)上，深入分析院校數(shù)字校園建設(shè)的特點和實際需求，提出一種安全高效的數(shù)據(jù)交換模型。該模型結(jié)合數(shù)據(jù)庫的安全訪問原理，是一種新的基于安全訪問和數(shù)據(jù)共享中心庫的被動式數(shù)據(jù)交換模型。一方面能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的信息交互，另一方面能夠避免業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫必須透漏一些敏感屬性的數(shù)據(jù)。此外，在數(shù)據(jù)交換中使用提出的新模型能夠提高數(shù)據(jù)訪問速度、降低數(shù)據(jù)交換平臺開放難度，減少開發(fā)工作量。
1 數(shù)據(jù)交換模型
數(shù)據(jù)交換模型主要涉及2類交換主體，分別是：數(shù)據(jù)共享中心庫和業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫。假設(shè)數(shù)據(jù)共享中心庫加上業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫共N個交換主體，根據(jù)組合原理，會產(chǎn)生C2n種組合。這C2n種組合在交換方式上，既包括業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫與業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫之間的基于數(shù)據(jù)共享中心庫的數(shù)據(jù)交換，也包括業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫與業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫之間的點對點直接數(shù)據(jù)交換。在系統(tǒng)能動性上，既有主動式數(shù)據(jù)交換，也包括被動式數(shù)據(jù)交換等。為了能夠更好地確定院校數(shù)字校園的數(shù)據(jù)交換模型，對各種交換方式進(jìn)行深入分析，充分挖掘各自的優(yōu)缺點，以便能夠結(jié)合實際提出適合院校應(yīng)用的新型數(shù)據(jù)交換模型。
1.1 點對點數(shù)據(jù)交換和基于數(shù)據(jù)共享中心庫的數(shù)據(jù)交換
在數(shù)據(jù)交換模型的C2n種組合中，根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫之間的數(shù)據(jù)交換是否經(jīng)過數(shù)據(jù)共享中心庫，可分為2類：業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫之間點對點的數(shù)據(jù)交換和基于數(shù)據(jù)共享中心庫的數(shù)據(jù)交換。
基于點對點的數(shù)據(jù)交換，業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間直接交互，業(yè)務(wù)接口采取代碼定制的開發(fā)模式，通過一些常用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(如FTP、HTTP等)集成在一起，優(yōu)點是傳輸性能好而且簡單，缺點是擴(kuò)展性差。隨著不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)量的增加，接口隨之呈幾何倍數(shù)增加，并會產(chǎn)生同一數(shù)據(jù)多次傳輸?shù)默F(xiàn)象。數(shù)據(jù)通過不同接口進(jìn)行多次傳輸會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的權(quán)威性和可靠性無法保障。
基于數(shù)據(jù)共享中心庫的數(shù)據(jù)交換，業(yè)務(wù)系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換過程中，由數(shù)據(jù)共享中心庫從特定的業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中抽取數(shù)據(jù)后進(jìn)行存儲，其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫從數(shù)據(jù)共享中心庫中獲取數(shù)據(jù)。圖中所示數(shù)據(jù)共享中心庫中的教員信息從干部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中抽取，由干部系統(tǒng)產(chǎn)生，按照“誰產(chǎn)生、誰維護(hù)、誰負(fù)責(zé)”的原則管理權(quán)威數(shù)據(jù)源，確保數(shù)據(jù)源的權(quán)威性。其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)要獲取教員信息必須通過數(shù)據(jù)共享中心庫。
基于數(shù)據(jù)共享中心庫的數(shù)據(jù)交換方式優(yōu)點有：
�、� 對現(xiàn)在業(yè)務(wù)系統(tǒng)的影響較小，能夠在不影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常使用的情況下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換;
② 數(shù)據(jù)信息由特定業(yè)務(wù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)，能夠很好地保證數(shù)據(jù)的權(quán)威性和可靠性;
③ 星狀結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)復(fù)雜性降低。這種數(shù)據(jù)交換方式需要定義數(shù)據(jù)傳輸和信息交互2套標(biāo)準(zhǔn)，而且需要通過采用“請求-應(yīng)答”或者“訂閱-發(fā)布”的機(jī)制來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。
因而，存在一定的缺點，主要有幾個方面：
① 由于采用的數(shù)據(jù)交互機(jī)制使得在數(shù)據(jù)量大的情況下，效率會明顯降低;
�、� 對應(yīng)用業(yè)務(wù)的依賴大，根據(jù)不同部門的業(yè)務(wù)規(guī)則變化，需要不斷對數(shù)據(jù)交換平臺進(jìn)行持續(xù)升級改造;
③ 容易在多部門之間形成星狀數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)，相同數(shù)據(jù)可能多次重復(fù)請求，加大了對各獨立業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換壓力。
1.2 被動式數(shù)據(jù)交換和主動式數(shù)據(jù)交換基于數(shù)據(jù)共享中心庫的數(shù)據(jù)交換方式
數(shù)據(jù)交換按照數(shù)據(jù)共享中心庫數(shù)據(jù)獲取方式可以劃分為被動式和主動式，被動式數(shù)據(jù)交換，是指業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫到數(shù)據(jù)共享中心庫的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)共享中心庫到業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫中存取，業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫處于被動狀態(tài)，需要業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫提供登錄賬號和密碼，這種數(shù)據(jù)交換的方式稱為被動式。被動式數(shù)據(jù)交換的優(yōu)點是數(shù)據(jù)共享中心庫可以根據(jù)自己的需要隨時隨意地、高效地獲取想要的數(shù)據(jù)，而且這種方式不會隨著業(yè)務(wù)系統(tǒng)規(guī)則的變化發(fā)生變化。但是，被動式數(shù)據(jù)交換存在致命的缺點：業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫完全暴露在數(shù)據(jù)共享中心庫的控制之下，存在著非常大的數(shù)據(jù)風(fēng)險，從安全角度考慮業(yè)務(wù)系統(tǒng)用戶非常不愿意看到這種情況，而且大部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)用戶也不會將系統(tǒng)庫的登錄賬號和密碼披露出來，所以這種方式在實現(xiàn)上很難得到業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫用戶的支持，客觀存在著非常大的難度。
主動式數(shù)據(jù)交換，是指業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫到數(shù)據(jù)共享中心庫的數(shù)據(jù)由業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫根據(jù)數(shù)據(jù)共享中心庫的需要，主動發(fā)送給數(shù)據(jù)共享中心庫。主動式數(shù)據(jù)交換能夠保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫的安全，具有一定的保密性，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不會完全暴露出來，數(shù)據(jù)交換中心只能看到需要看到的數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫登錄賬號和密碼不需要提供給數(shù)據(jù)共享中心庫。缺點是數(shù)據(jù)共享中心庫需要和業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫密切配合協(xié)商解決數(shù)據(jù)的交換、傳輸以及傳輸效率的問題，需要對業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行集成改造，而且有可能找不到業(yè)務(wù)系統(tǒng)原來的承研單位，所以這種方式在技術(shù)上存在一定難度，但卻是業(yè)務(wù)系統(tǒng)用戶比較容易接受的一種實現(xiàn)方式。
1.3 應(yīng)用整合型數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)融合型數(shù)據(jù)交換
數(shù)據(jù)交換從是否涉及業(yè)務(wù)層面方面也可以分為2種：應(yīng)用整合型數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)融合型數(shù)據(jù)交換。這2種方式各有優(yōu)缺點，但是都涉及到數(shù)據(jù)庫登錄賬號和密碼的問題，以及業(yè)務(wù)系統(tǒng)原承研單位是否能找到的問題。
2 安全高效的數(shù)據(jù)交換模型原理分析
綜合分析不同數(shù)據(jù)交換方式的性能特點，結(jié)合數(shù)據(jù)庫的安全訪問原理，采用基于數(shù)據(jù)共享中心庫和被動式數(shù)據(jù)交換方式，提出一種新的安全高效的數(shù)據(jù)交換模型，用于在數(shù)字校園中實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換，解決“信息孤島”的問題。
2.1 實現(xiàn)模型原理
在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的管理中都包含一個安全管理的內(nèi)容，主要包括自主訪問控制(DiscretionaryAccess Control，DAC)和強(qiáng)制訪問控制(Mandatory Access Control，MAC)。自主訪問控制的作用是從宏觀上對主體(如用戶)操作客體(如表)進(jìn)行授權(quán)管理，主要包括權(quán)限授予、回收和傳播。強(qiáng)制訪問控制相對于自主訪問控制而言，從微觀上提供了更加靈活的控制方式。MAC首先為所控制的主體和客體指派安全標(biāo)記，然后依據(jù)這些標(biāo)記進(jìn)行訪問仲裁。并且，只有主體標(biāo)記能支配客體標(biāo)記時才允許主體訪問。
當(dāng)用戶訪問表中的某一行元組時，服務(wù)器首先對訪問進(jìn)行自主訪問控制，驗證用戶是否有相應(yīng)的權(quán)限;當(dāng)DAC檢查通過后，再進(jìn)行強(qiáng)制訪問控制，訪問是否被允許，取決于表內(nèi)元組標(biāo)記和用戶會話標(biāo)記的仲裁結(jié)果。
利用該訪問控制模型原理，結(jié)合被動式、基于數(shù)據(jù)共享中心庫數(shù)據(jù)交換方式的優(yōu)點，提出一種基于安全訪問和數(shù)據(jù)共享中心庫的被動式數(shù)據(jù)交換模型，該模型能夠?qū)崿F(xiàn)安全高效的數(shù)據(jù)交換。
2.2 數(shù)據(jù)交換模型分析
新的數(shù)據(jù)交換模型是基于安全訪問和數(shù)據(jù)共享中心庫的被動式數(shù)據(jù)交換。
首先由各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員為業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫增加一個普通賬號，然后通過授權(quán)操作，授予該操作主體用戶可以讀寫該數(shù)據(jù)庫中的哪些數(shù)據(jù)表對象。如果只允許該普通賬號操作某些表中的某些字段信息，則需要為這些表建立相應(yīng)操作字段的視圖。同時修改普通賬號的權(quán)限，使得該賬號只能操作這些表的視圖。所有工作完成之后，將該普通賬號和密碼告知數(shù)據(jù)共享中心庫數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)。
當(dāng)數(shù)據(jù)共享中心庫需要交換數(shù)據(jù)時，由數(shù)據(jù)共享中心庫數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)直接訪問操作各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，具體交換過程如下：
1)數(shù)據(jù)共享中心庫的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)請求SQL語句，該語句中包含了請求數(shù)據(jù)庫的IP地址，端口，數(shù)據(jù)庫名稱，請求的數(shù)據(jù)表(或視圖)的名稱，上面建立的普通賬號和密碼。
2)業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫服務(wù)器接收到請求之后，利用自主訪問控制機(jī)制(DAC)，首先判斷用戶對請求的數(shù)據(jù)表(或視圖)具有的操作權(quán)限。如果允許讀或?qū)�，則允許其進(jìn)行相關(guān)操作，如果沒有讀寫權(quán)限，則不能進(jìn)行其相關(guān)操作。這里的操作權(quán)限可以單獨分別設(shè)置，例如只具有查詢權(quán)限或者只具有更新權(quán)限等等。
3)權(quán)限驗證通過之后，執(zhí)行相應(yīng)的正常讀寫操作。
2.3 數(shù)據(jù)交換模型性能分析
基于安全訪問和數(shù)據(jù)共享中心庫的被動式數(shù)據(jù)交換模型能夠提供安全高效的數(shù)據(jù)交換，主要優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面：
1)由于以基于數(shù)據(jù)共享中心庫的數(shù)據(jù)交換模型為基礎(chǔ)，因此，繼承了基于數(shù)據(jù)共享中心庫的數(shù)據(jù)交換模型的優(yōu)點：對現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的影響較小，能夠在不影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常使用的情況下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，星狀的結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)復(fù)雜性小。
2)由于采用了被動式數(shù)據(jù)交換方式，數(shù)據(jù)獲取靈活，傳輸速度快，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
3)由于結(jié)合了自主訪問控制模型(DAC)，因此，可以避免在傳統(tǒng)的被動式數(shù)據(jù)交換中需要業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫提供數(shù)據(jù)庫敏感屬性參數(shù)的威脅，將業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫的危險控制在可控范圍之內(nèi)，實現(xiàn)了高效基礎(chǔ)上的安全訪問。
基于安全訪問和數(shù)據(jù)共享中心庫的被動式數(shù)據(jù)交換模型同樣存在一定的缺點，在該模型中采用了數(shù)據(jù)共享中心庫。數(shù)據(jù)共享中心庫存儲了所有的共享數(shù)據(jù)，當(dāng)各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫需要該共享數(shù)據(jù)時，每次都會到數(shù)據(jù)共享中心庫中去取，一旦數(shù)據(jù)共享中心庫出現(xiàn)宕機(jī)或損壞，將導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。
3 數(shù)據(jù)交換模型在數(shù)字校園中的應(yīng)用分析
《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》提出：“加快終端設(shè)施普及，推進(jìn)數(shù)字化校園建設(shè)，實現(xiàn)多種方式接入互聯(lián)網(wǎng)”。裝備學(xué)院正在積極籌建數(shù)字校園，努力建成自主可控、安全可靠的數(shù)字校園示范性工程。
結(jié)合學(xué)院數(shù)字校園建設(shè)的實際情況，將數(shù)據(jù)交換模型應(yīng)用于各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換中，實現(xiàn)安全高效的數(shù)據(jù)交換，建設(shè)數(shù)據(jù)共享中心庫，消除各部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的信息孤島，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，減少數(shù)據(jù)冗余，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，保證數(shù)據(jù)的及時性、完整性和一致性。
數(shù)字校園建設(shè)采用基于安全訪問和數(shù)據(jù)共享中心庫的被動式數(shù)據(jù)交換模型，主要基于以下幾種考慮：1)部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)密級較高或敏感性強(qiáng)，不便于公開登錄賬號和密碼。采用本文提出的數(shù)據(jù)交換模型，數(shù)據(jù)共享中心庫只能訪問業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫所授權(quán)的數(shù)據(jù)，能夠保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的安全性。
2)部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)或者上級配發(fā)的系統(tǒng)，無法找到原來的承研單位，不便于對系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，無法解決數(shù)據(jù)的交換問題。
3)采用本文提出的數(shù)據(jù)交換模型避免了主動式數(shù)據(jù)交換的技術(shù)問題，降低了數(shù)據(jù)交換工作的難度和工作量。
4)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息對于其他系統(tǒng)而言是必需的，或者需要該業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生一些特定的數(shù)據(jù)。
4 結(jié)束語
數(shù)字校園建設(shè)中需要通過數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫和數(shù)據(jù)共享中心庫之間的信息共享。本文在綜合分析不同數(shù)據(jù)交換方式的性能特點和數(shù)據(jù)交換模型原理基礎(chǔ)上，提出一種新的安全高效的數(shù)據(jù)交換模型。該模型能夠在不影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常使用的情況下實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，且數(shù)據(jù)獲取靈活，能夠有效保障數(shù)據(jù)交換過程中的安全問題。在院校數(shù)字校園建設(shè)工程中采用該數(shù)據(jù)交換模型，可以有效實現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和安全訪問。
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