郭冬升,，徐建良
　　（中國海洋大學 信息科學與工程學院,，山東 青島 266100）

       摘要：在分析RBAC96模型的基礎上,，從角色概念及角色間關系的角度分析其不明確之處；通過角色理論中的可計算角色模型,，改進RBAC96模型,，使其具有更好的擴展性。
　　關鍵詞：RBAC,；角色理論,；模型改進　

0引言
　　隨著信息管理系統(tǒng)面向多用戶,、多應用的發(fā)展，用戶可以訪問的數(shù)據(jù)和功能資源機構日益復雜,，規(guī)模日益龐大,。資源的安全性成為一個重要且亟待解決的問題?；诮巧脑L問控制方法（RoleBased Access Control,RBAC）是當前較為有效的資源訪問控制方法,，在各類信息系統(tǒng)中有著廣泛的應用。然而傳統(tǒng)RBAC模型對于角色的概念模型思考過少,，不同信息系統(tǒng)對于RBAC的實現(xiàn)方案也不盡相同,，若將傳統(tǒng)RBAC模型應用于不同的信息系統(tǒng)中，需要增強傳統(tǒng)RBAC模型的普適性,。
　　本文首先對訪問控制和RBAC模型的基本概念和思想進行探討,，之后詳細分析RBAC96模型［1］中的不明確處；第2節(jié)介紹角色理論,，并基于角色模型改進RBAC96模型,；第3節(jié)對上述部分加以總結。
1訪問控制與RBAC模型
　　訪問控制源于美國國防部資助的研究項目,，后演化成為現(xiàn)在的訪問控制技術,。顧名思義，訪問控制技術是實現(xiàn)訪問者（主體）與資源（客體）之間存在的訪問策略的一項技術,，主體只有成功通過訪問控制機制設下的關卡,，才可獲取特定的客體。訪問控制策略應該滿足下述最基本三個方面的控制：
　?。?）機密性控制：保證客體資源不被非法的讀取,。
　　（2）完整性控制：保證客體資源不被非法地增加,、刪除,、改寫，從而保證資源的一致完整性,。
　?。?）有效性控制：保證客體資源不被非法訪問主體使用和破壞。
　　對如今越來越復雜的信息系統(tǒng)而言,，很多情況下使用單一的訪問控制方法已經無法完全保證信息的安全,。因此，實現(xiàn)訪問控制方法必須結合其他技術,，RBAC由此而生,，它結合數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)機密性、身份驗證,、安全審計等技術,，已成為目前廣為流行的訪問控制方法。
　　1.1RBAC簡介
　　RBAC模型于1992年由美國國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology）組織開發(fā),，它是一種基于角色的信息訪問控制方法［2］,。
　　在使用RBAC模型的信息系統(tǒng)中，系統(tǒng)不會直接對主體進行訪問控制,，而是判別該主體所承擔的角色,，通過角色的不同權限，最終確定該主體是否可以最終獲取客體資源,。因此,，RBAC將主體與客體之間的關系通過角色進行了分隔，每個角色在此相當于主體的一個集合,，自然,，一個主體可以同時對應多個角色，每種角色也可由多個主體進行承擔,?；诮巧脑L問控制方法，可以很簡便地完成授權管理,、賦予最小特權,、根據(jù)工作進行分級、責任獨立,、文件分級等工作,。在RBAC中，角色的靈活變更可以使得原先主體與客體之間的復雜關系變得簡便,。
　　RBAC的本質是在用戶與權限之間建立一個靈活的橋梁,。通過用戶角色分配（UA）及角色權限分配（PA），實現(xiàn)角色橋梁的搭建,，如圖1所示［3］,。

　　在RBAC中，主要有四個實體：用戶（User）,、角色（Role）,、權限（Permission）、會話（Session）,。
　　（1）用戶：前文中的主體,，資源的訪問者,。一般而言，用戶就是人，但是隨著計算機的發(fā)展,，也可以是一些智能程序,。
　　（2）角色：可以執(zhí)行特定任務或被指定擁有一定工作職能的工作頭銜,。它代表一種權利和責任,，它根據(jù)具體的業(yè)務場景來進行劃分。
　?。?）權限：表示用戶對資源的操作許可,，與具體的系統(tǒng)應用有關，每條權限通常代表不同的資源,。
　?。?）會話：即某用戶與角色之間的映射關系，一個用戶一般情況下?lián)碛幸粋€或多個角色,，因此該映射是一對一或一對多的關聯(lián)關系,。用戶需要在會話中完成某個角色的激活工作，每一個會話都與某個用戶關聯(lián),，每個用戶因其可能同時具有多個角色,，因此可同時關聯(lián)多個會話。
　　除了給定的四個基本實體,，還需要定義以下概念：
　?。?）權限分配（Permission Assignment，PA）：角色與權限之間的多對多關系的映射,。
　?。?）用戶分配角色（User Assignment，UA）：用戶與角色之間的多對多關系的映射,。
　?。?）角色層次（Role Hierarchy，RH）：角色與角色之間存在的等級或繼承關系體現(xiàn),。
　?。?）約束條件（Constraints）：判別在模型中各個操作是否被允許。
　　1.2RBAC96模型
　　Gerorge Mason教授SANDHU R S于1996年對基本RBAC模型進行改進,，提出了 RBAC96模型,，并在之后的時間里很快成為了使用最為廣泛的訪問控制模型。
　　RBAC0,、RBAC1,、RBAC2和RBAC3四個模型共同組成RBAC96模型族。其中RBAC0是其他模型的基礎模型,，其核心即是前文中介紹的角色作為用戶與權限的關聯(lián)橋梁,。RBAC1在RBAC0的基礎上,，引入了角色與角色之間的關系，根據(jù)現(xiàn)實人類社會的組織構造,，其將角色之間的關系以角色的層級來表示,，不同層級的角色通過權限繼承的關系描述，即上層角色擁有其父角色的所有權限,。RBAC2即角色限制模型,，其在RBAC0的基礎上，在會話,、角色分配,、權限分配等各個過程中，根據(jù)實際業(yè)務需求,，添加各種限制,。
　　圖2RBAC96內各子模型關系可以看出，RBAC1與RBAC2是相互獨立的模型,，其在RBAC0模型的基礎上,，從不同方面對基礎模型進行了擴展。結合RBAC1與RBAC2構成一個新的統(tǒng)一模型RBAC3,，自然統(tǒng)一模型也具有RBAC0的所有特點,。這幾個模型共同組成了RBAC96模型族，如圖2所示,。

　　圖3為RBAC3概念示意圖,，該模型聚合了RBAC0、RBAC1與RBAC2三個模型,。

2角色理論與RBAC96改進模型
　　2.1角色理論
　　2.1.1角色的概念
　　角色的概念無處不在,，它常常被認為是一種類型或是屬性，角色與一般的自然類型概念不同［4］,。
　　角色具有非常強的上下文依賴性,。比如某個人在學校內擔任教師的角色，而在家中擔任丈夫的角色,，因此對于同一人來講,，在不同上下文環(huán)境中，可能扮演不同的角色,，上下文在角色的描述中占據(jù)非常重要的位置,。
　　在這里給出角色的一個非正規(guī)定義：角色是在某個上下文環(huán)境中被某個實體扮演的實體。
　　角色具有以下特點［5］：
　?。?）角色可以被扮演和停止扮演,，是動態(tài)的概念；
　?。?）角色的定義必須依靠外部的一些其他概念,；
　?。?）角色依賴于定義它的上下文環(huán)境；
　?。?）一個實體可以扮演多個角色；
　?。?）一個實體可以多次扮演一個角色類型,，如一個人多次扮演學生角色；
　?。?）一個角色可以扮演另一種角色,，如美國公民角色可以扮演美國總統(tǒng)的角色；
　?。?）一個角色可以同時被多個實體所扮演,；
　　（8）角色與所依賴的上下文的關系可能穩(wěn)定也可能不穩(wěn)定,，如教師在睡覺時仍然是教師,，而行人在睡覺時即不再是行人。
　　2.1.2角色模型簡述
　　舉一個教師角色的例子來說明此模式：“在X高中,，張三扮演了A教師角色,，因此成為了A教師”，在類的層次上,，可以泛化為“在學校里,，某人可以扮演教師，因此成為教師”,。圖4所示為這種關系的描述,。

　　從圖4和舉例描述中，可以發(fā)現(xiàn)幾個重要的元素：
　?。?）上下文：包含一系列的事物,，但可以看為整體的類。
　?。?）角色概念：其實例可以被別的實體在某個上下文中扮演,。
　　（3）角色擁有者：是一種依賴實體的類,，角色扮演者和角色概念實例組合的抽象,。它是整個角色模型的核心。
　?。?）潛在扮演者：指可以扮演角色概念實例的一類事物,。
　　（5）角色扮演事物：在實例層扮演角色的實體
　　上面的例子進一步可泛化為“在上下文中,，潛在扮演者可以扮演角色概念,，因此成為角色擁有者”,。在此模型中，傳統(tǒng)的角色扮演者被分為二部分：一是概念層的潛在扮演者,，一是實例層的被扮演事物,。傳統(tǒng)的角色扮演關系被分為兩種：一個是概念的可扮演，另一個是實例層的已扮演,。傳統(tǒng)的角色被分為兩種：角色概念和角色擁有者,，傳統(tǒng)的角色概念隱藏了這兩者的區(qū)別，正是產生概念混亂的原因,。角色擁有者不允許直接實例化,，因為它依賴于實體，角色擁有者的類和實例之間是用虛線箭頭連接的,，表示繼承關系,，而不是實線箭頭的實例化。此模型中,，一個角色概念即使不被扮演,，也可以存在實例層，因為它只依賴于它的上下文,，而不是扮演者,。
　　2.1.3角色分類
　　按照依賴的上下文不同，可將角色分為多個類別,，最主要的有三個：關系角色,、組織角色和過程角色。關系角色依賴于關系,，如丈夫和妻子,；組織角色依賴于某社會組織，如信息學院院長,；過程角色依賴于某個過程,，如項目審核人。在信息系統(tǒng)中,，管理的角色主要包括組織角色和過程角色兩類［6］,。
　　2.2基于角色理論的RBAC96模型改進
　　2.2.1引入上下文環(huán)境
　　對于同一個角色，不同扮演者扮演時其權限往往是不同的,。譬如張三和李四都扮演“項目負責人”角色,，維護自己負責的項目，顯然他們所能獲取的數(shù)據(jù)權限局限于自己的項目,；再譬如“部門負責人”角色,，不同部門的負責人顯然權限有所區(qū)別。因此對角色來講,，其依賴的上下文具有非常重要的意義,，角色概念與其上下文環(huán)境的組合更加適合承擔用戶與權限之間的橋梁,。新角色包括兩部分，角色概念和上下文,。譬如“信息學院院長”角色,，其包括角色概念“院長”和上下文環(huán)境“信息學院”兩部分，二者組合到一起可更加清晰地表現(xiàn)用戶承擔的角色,。
　　2.2.2權限的分析
　　RBAC模型只涉及用戶,、角色與權限，沒有對權限作進一步的思考,，其實權限如何定位往往決定著整個系統(tǒng)在訪問控制上所能做到的程度。本小節(jié)主要討論權限粒度問題以及角色權限分配過程（PA）,。權限的描述可以分為兩個組成部分：資源與操作,，每一條權限即是兩者的組合。如“項目”為某一資源,，“添加”為某一操作,，則二者的組合即為“添加項目”這一權限。
　　信息系統(tǒng)中的權限可分為三個部分：界面,、功能,、數(shù)據(jù)，三者相輔相成,。例如“某項目負責人登錄科技處管理系統(tǒng)查看項目信息”這一事件,，便涉及界面、功能及數(shù)據(jù)三個部分,。首先,，界面為該專家提供操作接口，其次該專家可以通過系統(tǒng)執(zhí)行“查看項目”功能,，最后獲取項目數(shù)據(jù),。如何使用權限記錄來描述這三者是一個亟待解決的問題。按照權限為資源與操作的組成模式,，上文“某項目負責人登錄科技處管理系統(tǒng)查看項目信息”的情況,，可簡單描述為權限“查看項目”，其中“查看”為操作,，“項目”為資源,。可見,，這類簡單的權限可以與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)操作相一致,，操作對應數(shù)據(jù)庫的增刪改查操作，數(shù)據(jù)對應數(shù)據(jù)庫表,，如此可以在系統(tǒng)中將權限關聯(lián)至數(shù)據(jù)庫操作,，非常方便地實現(xiàn)訪問控制,，這種方案便是將權限粒度定位到數(shù)據(jù)庫表的操作級別。然而對于某些權限,，這種做法卻是不合適的,，如“信息學院院長審核某項目立項”這種情況，院長的審核操作可能改動項目信息,、添加審核記錄等,，如果沿用數(shù)據(jù)庫操作粒度的權限，描述這類權限顯然很不方便,。
　　由此可以考慮另一種權限粒度劃分方案：根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務劃分,。如“信息學院院長審核某項目立項”簡單描述為“審核立項”，然而在實現(xiàn)這種粗粒度的權限描述中,，因為其與實際業(yè)務的緊耦合性,，需要將訪問控制方法在業(yè)務層做處理，這對于系統(tǒng)的維護,、擴展都是一個不小的負擔,。
　　對于信息系統(tǒng)而言，權限的粒度直接決定著訪問控制復雜度,。對于網絡信息系統(tǒng),，比較適中的方案是將訪問控制方法置于通信層，這便需要對系統(tǒng)權限做詳細的分析,，在粗粒度和細粒度的權限描述中尋求一個權限描述的合適位置,。
　　角色權限分配過程分為靜態(tài)與動態(tài)兩個過程，靜態(tài)過程為提前完成的角色概念與權限之間的關聯(lián),，動態(tài)過程將上下文引入至權限中,，以確定權限操作的對象。圖5所示為角色權限分配過程,。

　　RBAC1角色分級模型本質上是角色之間普遍存在的繼承關系的體現(xiàn),；RBAC2限制模型對于角色的限制也體現(xiàn)了角色之間的關系，如互斥,，對于不同復雜度的信息系統(tǒng),，所需要的限制也有所不同。改進模型將RBAC1與RBAC2融合在一體,，體現(xiàn)了角色之間的繼承與互斥關系,。
　　2.2.4改進的RBAC模型
　　圖6所示為改進的RBAC模型。在改進模型中引入上下文環(huán)境,，作為角色的一個重要組成部分,；將權限分

　　配過程分為靜態(tài)和動態(tài)兩類；將角色分級泛化為角色關系，簡化RBAC3中的約束模型,，僅在角色關系中體現(xiàn),。事實上每個信息系統(tǒng)都有獨自的約束要求，本文的改進模型沒有將其在模型中表示,?；诮巧碚摰腞BAC改進模型去掉描述不詳?shù)腞BAC2限制模型，在角色的概念上做了一定的補充,。這樣,，既簡化了RBAC96模型，又提高了其普適性,。
3結束語
　　本文在角色理論的基礎上,，對RBAC96模型中的角色和權限部分進行了擴展，并簡化了RBAC3模型中的約束部分,，使其具有良好的可擴展性,。
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