基于改进rbac的纺织生产管理系统数据安全设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于改进RBAC的纺织生产管理系统数据安全设计方法，包括如下步骤：定义一个义务，使其成为RBAC的一个基本元素；定义一个与义务相关的奖罚机制；在RBAC的四种基本元素用户U、角色R、权限P、会话S的基础上，扩充上述义务和奖罚元素，形成一个元组E，即E＝<U，R，P，O，RP，S，D，RPD>。本发明通过角色、义务及其奖罚机制，从而把角色、用户、操作、对象等相互间的关系整合到基于角色的安全访问模型中，方便用户对角色的访问控制，以及角色对权限的访问控制。可以根据每个用户不同业务需求，赋予他们不同的角色，满足他们不同的访问要求，同时又保证不同区域的网络数据安全，提高数据的访问安全性。
【专利说明】
基于改进RBAC的纺织生产管理系统数据安全设计方法
技术领域
[0001] 本发明涉及纺织生产管理领域，具体涉及一种基于改进RBAC的纺织生产管理系统 数据安全设计方法。
【背景技术】
[0002] 目前，国内外纺织学者对纺织生产信息系统访问控制问题的研究已趋于成熟，达 成了广泛共识。如刘辉以角色访问控制为基础，设计了一种基于角色的访问控制模型，颜超 提出了一种基于角色访问控制模型中的授权约束机制以及授权规则定义，并给出了模型中 各要素的形式化描述等。但还有很多问题正在出现，需要人们去解答。诸如：（1)由于纺织制 造执行系统是处于其他车间监测系统的上层，其集成了多个车间、部门的系统用户、角色， 基于RBAC的访问控制方法虽使用户与权限的分离，但在增、删用户时多系统间的用户、权限 关系易出错；（2)在上述文献中，虽有人应用了基于RBAC的访问控制方法，但RBAC的受控对 象主要是静态的文档、属性数据表(如品种计划、机台运行参数、系统用户、轮班信息等），而 未涉及纺织动态数据的访问控制：（3)RBAC控制的粒度一般只能到某一数据库的某一数据 表，而不能细化到具体数据表的某一具体字段、记录等，如细化到品种信息表的英制名称、 公制名称等字段，使具有访问控制权限的用户可对其进行读写操作，相反，对其进行透明。 在信息系统的安全机制研究方面，国内外学者们已提出了多种方法，并趋于成熟。诸如基于 角色(Ferraiolo and Kuhn，1992;李孟河等，2000;钟华等，2000 )、任务(邓集波等，2003)、 角色和任务（Se jong and Seog，2003)的访问控制模型。其中，基于角色的访问控制模型 (Role-Based Access Control，RBAC)最为流行，极大地提高了系统信息的安全性。
[0003] 对于纺织企业而言，主要的信息数据可归为两大类:一是业务数据（如生产计划、 工艺数据等）；另一类为生产数据(如产量、质量、设备利用率等）。其中，业务数据在整个生 产制造过程中，属于一种静态数据，即数据变动频率较低;而生产数据在整个生产制造过程 中，变动频率较高，属于一种动态数据，这样，如何有效保证整个制造过程中生产数据的完 整性、安全性，则成为系统设计过程中的一个技术难点。
[0004] 鉴于集成化监控系统具有用户众多、访问相对集中、数据传输量大的特点，加之， 数据源于不同车间或部门的系统数据库，使得系统的信息安全问题成为设计过程中的一个 难点。访问控制作为信息系统的安全技术，近几年得到了较大的发展。而基于角色的访问控 制技术RBAC(Role-Based Access Control)，作为信息安全领域的一种新技术，得到了学者 们的重视，其中最具代表性的为RBAC96模型，如图1所示。
[0005] RBAC模型一经提出，受到了学者们的极大关注，并且在此基础上又提出了许多补 充和改进的模型。
【申请人】在前期的纺织生产监控系统设计过程中，也将其引入系统的访问 控制中，并根据用户在系统中所担当的角色不同，将用户和权限分离，以满足不同系统用户 的需要，取得了良好效果。但是，随着系统用户数量、生产数据量的日益增长，发现RBAC模型 在一定程度上还存在局限性，并不能全满足纺织企业集成化监控系统的访问控制。如在 RBAC模型中，将每个用户根据所属部门或车间进行归类，使每个部门（车间）在系统中所归 属的角色不同，特别是，对一个用户所属多个部门，每个部门拥有多种用户角色的情形，无 法明确定义权限的具体实施，即有权限的用户（角色)必须实施某种义务应有明确的定义或 奖罚机制，如系统在运行过程中出现网络无法连接的提示时，网络管理员应立即做出权限 的实施。这样，才能有效地保证整个生产过程的连续性和有序性。还有，在RBAC模型中，对权 限操作间的交互关系也没有定义。在集成化监控系统的实际应用中，可能各权限之间有明 显的依赖关系存在，尤其是在部门与车间之间的一种上下级所属关系，以及用户与所属部 门间的一对多关系，要分配某种权限，可能还需要首先直接分配另一个权限。如审核车间的 品种更新记录，则应有申请更改在机品种的操作已经实施。因此，需对这种RBAC模型做一扩 充，使其更能满足纺织集成化监控系统的实际需要。
[0006] 在前期系统的开发过程中也曾使用过RBAC方法，经实践证明，还仍存在一些不足： (1)虽采取了基于角色的用户和权限的分离，但在增、删用户时相互间的关系易出错；（2) RBAC的受控对象主要是文档、属性数据表，并没有涉及动态生产数据的访问控制；（3)RBAC 控制的粒度一般只能到数据表，不能细化到更小的数据单元，如字段、记录等。
【发明内容】
[0007] 为解决上述问题，本发明提供了一种基于改进RBAC的纺织生产管理系统数据安全 设计方法，即可以实现系统数据的动态授权，也可以实现系统数据对象的多级控制，有效保 证了系统数据信息的安全性。
[0008] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0009] 基于改进RBAC的纺织生产管理系统数据安全设计方法，包括如下步骤：
[0010] Sl、定义一个义务，使其成为RBAC的一个基本元素，其中，义务表示有权限的用户 (角色）必须实施的某一操作，且该义务为被某一条件所驱动或由某一权限的后续，但必须 是得到具体的实施；
[0011] S2、定义一个与义务相关的奖罚机制，具体的定义为：如果义务不执行，就导致违 约，会受到相应的处罚；如果义务成功实施，则进行相应义务的奖励；
[0012] S3、在RBAC的四种基本元素用户U、角色R、权限P、会话S的基础上，扩充上述义务和 奖罚元素，形成一个元组E，即E =〈U，R，P，0，RP，S，D，RPD>;
[0013] 其中，0表示义务，意义为在一定条件下对某一对象进行某一操作，则可用一个集 合集OS来表示，即0S =〈Event I Condition ,Operation，0bject>;元组OS中的三个元素分别 表示为事件/条件、操作及对象;D表示一种角色的分配关系，即D eRXO5RP表示义务实施的 奖罚机制，其意义为在某一条件下，对某一对象实施奖励（惩罚）事件，则当奖励时，RP =〈 Event I Condition ,Operation，0b ject>;否则，表不惩罚机制时，RPe〈Event I Condition， Operation，0b ject>; RPD是一种奖励处罚的分配关系，表示为RPDq R X RP。
[0014] 本发明具有以下有益效果：
[0015]通过角色、义务及其奖罚机制的定义，从而把角色、用户、操作、对象等相互间的关 系整合到基于角色的安全访问模型中，方便了用户对角色的访问控制，以及角色对权限的 访问控制。既可以根据每个用户不同业务需求，赋予他们不同的角色，满足他们不同的访问 要求，同时又保证了不同区域的网络数据安全，提高了数据的访问安全性。扩展后的RBAC， 其角色与RBAC中的角色有所区别，主要体现为:RBAC中的角色是一种权限配置的被动关系， 而扩展后的RBAC元组模型，除表示权限配置的被动关系外，通过义务具体实施效果的评判， 更能体现角色分配过程的具体化，一定程度上方便了系统管理员分配角色的具体化和简洁 化。
【附图说明】
[0016] 图1为现有技术中RBAC96模型的结构图。
[0017] 图2为本发明实施例扩展后的实体关系模型。
【具体实施方式】
[0018] 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步 详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发 明。
[0019] 本发明实施例提供了一种基于改进RBAC的纺织生产管理系统数据安全设计方法， 包括如下步骤：
[0020] Sl、定义一个义务，使其成为RBAC的一个基本元素，其中，义务表示有权限的用户 (角色）必须实施的某一操作，且该义务为被某一条件所驱动或由某一权限的后续，但必须 是得到具体的实施；
[0021] S2、定义一个与义务相关的奖罚机制，具体的定义为：如果义务不执行，就导致违 约，会受到相应的处罚；如果义务成功实施，则进行相应义务的奖励；
[0022] S3、在RBAC的四种基本元素用户U、角色R、权限P、会话S的基础上，扩充上述义务和 奖罚元素，形成一个元组E，即E =〈U，R，P，0，RP，S，D，RPD>;扩展后的实体关系模型如图2所 示，其中，0表示义务，意义为在一定条件下对某一对象进行某一操作，则可用一个集合集OS 来表示，即OS =〈Event I Condit ion ,Operation，Ob ject>;元组OS中的三个元素分别表示为 事件/条件、操作及对象;D表示一种角色的分配关系，即DqRXO;
[0023] RP表示义务实施的奖罚机制，其意义为在某一条件下，对某一对象实施奖励（惩 罚）事件，贝lJ当奖励时，RP =〈Event I Condition ,Operation，0b ject>;否则，表示惩罚机制 时，RPe〈Event I Condit ion ,Operation，Object〉；
[0024] RH)是一种奖励处罚的分配关系，表示为
[0025]在图1所示的扩展RBAC模型中，通过角色、义务及其奖罚机制的定义，从而把角色、 用户、操作、对象等相互间的关系整合到基于角色的安全访问模型中，方便了用户对角色的 访问控制，以及角色对权限的访问控制。这样，根据每个用户不同业务需求，赋予他们不同 的角色，满足他们不同的访问要求，同时又保证了不同区域的网络数据安全，提高了数据的 访问安全性。扩展后的RBAC，其角色与RBAC中的角色有所区别，主要体现为:RBAC中的角色 是一种权限配置的被动关系，而扩展后的RBAC元组模型，除表示权限配置的被动关系外，通 过义务具体实施效果的评判，更能体现角色分配过程的具体化，一定程度上方便了系统管 理员分配角色的具体化和简洁化。
[0026] 实施例
[0027]在RBAC的基础上，构建了一种多级数据访问控制模型，如图2所示，此模型将RBAC 的四元组扩展为六元组。在四元组(U，R，0，P)中，U表示用户，R表示用户的角色，P表示权限， O表示受控对象，如果人机交互间存在四元组(U，R，0，P)，则表明用户U拥有角色R，可在对象 〇上执行权限P。否则，提示错误。而六元组在四元组的基础上，做了如下改进：
[0028] (1)增加了 C，F两个元素，其中C两示用户权限的有效期控制，目的在于，一方面，提 高用户权限设置的灵活性，另一方面适应织企业系统管理人员变动快的特点;F表示授权状 态有效性的控制，其与用户的角色和权限相关联，相互间形成了一种耦合关系，最后形成的 六元组为(U，R，0，P，C，F)。
[0029] (2)将受控对象0根据系统功能设计的需要，进一步细化到具体对象0的某一具体 操作。如织布车间的某用户U lcicim，通过局域网访问制造执行系统数据库(TextileDB)中实时 生产数据表（RealDataTable)的数据时，将安全控制权限需细化到实时数据表 (RealDataTable)中的每个字段(如品种编码、机台编号、机台名称、品种英制名称、品种公 制名称等)或记录(如ID、品种编号、机台编号、品种英制编号、品种公制编号、生产日期、生 产时间、轮班、挡车工编号等）。这样，〇将表示为(TextileDB，RealDataTable，Record)，对应 的六元组为(U，R，（TextileDB，RealDataTable ,Record)，P，C，F)。基于六元组的访问控制优 点在于：即可以实现系统数据的动态授权，也可以实现系统数据对象的多级控制，有效保证 了系统数据信息的安全性。
[0030] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.基于改进RBAC的纺织生产管理系统数据安全设计方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 定义一个义务，使其成为RBAC的一个基本元素，其中，义务表示有权限的用户必须 实施的某一操作，且该义务为被某一条件所驱动或由某一权限的后续，但必须是得到具体 的实施； 52、 定义一个与义务相关的奖罚机制，具体的定义为:如果义务不执行，就导致违约，会 受到相应的处罚；如果义务成功实施，则进行相应义务的奖励； 53、 在RBAC的四种基本元素用户U、角色R、权限P、会话S的基础上，扩充上述义务和奖罚 元素，形成一个元组E，即 E =〈U，R，P，0，RP，S，D，RPD>; 其中，0表示义务，意义为在一定条件下对某一对象进行某一操作，则可用一个集合集 0S来表示，即0S =〈Event | Condition，Operation，Object〉；元组0S中的三个元素分别表示 为事件/条件、操作及对象;D表示一种角色的分配关系，即D^RX〇;RP表示义务实施的奖罚 机制，其意义为在某一条件下，对某一对象实施奖励(惩罚）事件，则当奖励时，RP =〈Event Co ndition，Operation，Object〉；否则，表不惩罚机制时，RPe〈Event| Condition， Operation，0bject>;RPD是一种奖励处罚的分配关系，表示为RPDeRXRP。
【文档编号】G06Q10/06GK106056270SQ201610328969
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】邵景峰, 马晓红, 杨晓渝, 马创涛, 王瑞超
【申请人】西安工程大学