Sensor由API處理模塊 - 數(shù)據(jù)庫(kù)自主安全防護(hù)技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

Sensor由API處理模塊、訪問(wèn)控制模塊(Access Control)、Sensor核心模塊（Core）、注射模塊四部分組成。Core是Sensor的核心部件，主要負(fù)責(zé)攔截接口，解析并分離接口中的重要信息，使程序轉(zhuǎn)入自定義的安檢程序中執(zhí)行安全檢查。Access Control組件實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的訪問(wèn)控制,根據(jù)用戶提供的安檢信息，組態(tài)出對(duì)應(yīng)的安防模塊，并在合適的時(shí)候調(diào)用其進(jìn)行訪問(wèn)控制。API（dll）主要將數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供的接口信息,轉(zhuǎn)化為dll以便Sensor偵聽(tīng)時(shí)使用。Inject/Eject為Sensor提供遠(yuǎn)程注射的功能。
?? ?Core通過(guò)攔截對(duì)API的調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)定制功能。程序在調(diào)用API函數(shù)之前，首先要把API所在的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)載入到程序中；然后將API函數(shù)的參數(shù)、返回地址（也就是函數(shù)執(zhí)行完后，下一條語(yǔ)句的地址）、系統(tǒng)當(dāng)前的環(huán)境（主要是一些寄存器的值）壓入系統(tǒng)調(diào)用棧；接著，進(jìn)入到API函數(shù)的入口處開(kāi)始執(zhí)行API函數(shù)，執(zhí)行過(guò)程中從系統(tǒng)調(diào)用棧中取出參數(shù)，執(zhí)行函數(shù)的功能，返回值存放在EAX寄存器中，最終從堆棧中取出函數(shù)的返回值并返回(參數(shù)壓棧的順序還要受到調(diào)用約定的控制，本文不詳細(xì)介紹）。
?? ?舉例說(shuō)明函數(shù)調(diào)用時(shí)堆棧的情況。假設(shè)調(diào)用約定采用_stdcall,堆棧由高向低遞減，API為Int? func(int a, int b, int c)。系統(tǒng)調(diào)用棧的部分內(nèi)容如表1所示。

??? 攔截主要通過(guò)HOOK API技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可以攔截的操作包括DOS下的中斷、Windows中的API調(diào)用、中斷服務(wù)、IFS和NDIS過(guò)濾等。目前微軟提供了一個(gè)實(shí)現(xiàn)HOOK的函數(shù)庫(kù)Detours。其實(shí)現(xiàn)原理是：將目標(biāo)函數(shù)的前幾個(gè)字節(jié)改為jmp指令跳轉(zhuǎn)到自己的函數(shù)地址，以此接管對(duì)目標(biāo)函數(shù)的調(diào)用，并插入自己的處理代碼。
　HOOK API技術(shù)的實(shí)質(zhì)是改變程序流程。在CPU的指令集中,能夠改變程序流程的指令包括JMP、CALL、INT、RET、RETF、IRET等。理論上只要改變API入口和出口的任何機(jī)器碼，都可以實(shí)現(xiàn)HOOK。但實(shí)際實(shí)現(xiàn)上要復(fù)雜得多,主要需要考慮如何處理好以下問(wèn)題：(1)CPU指令長(zhǎng)度。在32 bit系統(tǒng)中,一條JMP/CALL指令的長(zhǎng)度是5 B，因此只需要替換API中入口處的前5 B的內(nèi)容，否則會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的后果。(2)參數(shù)。為了訪問(wèn)原API的參數(shù)，需要通過(guò)EBP或ESP來(lái)引用參數(shù)，因此需要明確HOOK代碼中此時(shí)的EBP/ESP的值。(3)時(shí)機(jī)問(wèn)題。有些HOOK必須在API的開(kāi)頭，如CreateFileA( )。有些必須在API的尾部，如RECV()。(4)程序上下文內(nèi)容的保存。在程序執(zhí)行中會(huì)涉及修改系統(tǒng)棧的內(nèi)容，因此注意保存棧中原有內(nèi)容，以便還原。(5)在HOOK代碼里盡量杜絕全局變量的使用，以降低程序之間的耦合性。通過(guò)以上的分析，整理出如圖4所示的實(shí)現(xiàn)的流程。

　DSS與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全防護(hù)功能相比，具有以下特點(diǎn)：
　(1)獨(dú)立于具體的數(shù)據(jù)庫(kù)。這種獨(dú)立性體現(xiàn)在：①DSS只需要數(shù)據(jù)庫(kù)提供其接口信息即可工作。②支持不同標(biāo)準(zhǔn)的SQL語(yǔ)句，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)命令映射表可將非標(biāo)準(zhǔn)的SQL語(yǔ)句映射為系統(tǒng)設(shè)置的SQL命令。③系統(tǒng)自身數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)是獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫(kù)的。
?? ?(2)靈活性和針對(duì)性的統(tǒng)一。用戶可以根據(jù)自己的需要配置針對(duì)特定應(yīng)用的相關(guān)規(guī)則。
?? ?(3)完善的自我安全保護(hù)措施。DSS只有數(shù)據(jù)庫(kù)安全管理員和安全審計(jì)員才能訪問(wèn)。安全管理員和安全審計(jì)員是一類特殊的用戶，他們只負(fù)責(zé)安全方面的操作，而不能訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。這與Oracle等的數(shù)據(jù)庫(kù)不同,在這些數(shù)據(jù)庫(kù)中，DBA可以進(jìn)行所有的操作。DSS系統(tǒng)本身具有故障恢復(fù)能力，能使系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)恢復(fù)到一個(gè)安全的狀態(tài)。
　(4)完備的信息查閱和報(bào)警功能。在DSS中，本文提供了便利的設(shè)計(jì)查閱工具，方便用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。另外，用戶也可以自己定義報(bào)警條件和報(bào)警處理措施，一旦滿足報(bào)警條件，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)地做出響應(yīng)。
3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
　DSS的開(kāi)發(fā)主要采用VS 2005實(shí)現(xiàn),開(kāi)發(fā)完成后在一臺(tái)主頻為2.8 GHz、內(nèi)存2 GB、裝有Windows 2000操作系統(tǒng)的普通 PC機(jī)上對(duì)其進(jìn)行了功能和性能的測(cè)試，使用的數(shù)據(jù)庫(kù)是開(kāi)源的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite 3.6。為了搭建測(cè)試環(huán)境，需要在SQLite中添加初始化系統(tǒng)自身的數(shù)據(jù)字典，并開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。測(cè)試內(nèi)容包括：登錄、用戶管理、Sensor、訪問(wèn)控制、日志審計(jì)以及增加DSS前后數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)安全性變化等功能性測(cè)試和增加DSS系統(tǒng)后對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)性能的影響兩方面。其中，性能測(cè)試主要從時(shí)間和資源的增加情況來(lái)說(shuō)明，針對(duì)不同數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象分別在五個(gè)級(jí)別(20 000、40 000、60 000、80 000、100 000)的數(shù)據(jù)上進(jìn)行了插入和查詢操作測(cè)試。為了做好性能對(duì)比，在SQLite中也添加了相同的訪問(wèn)控制功能,記為Inline Processing。插入操作的測(cè)試結(jié)果如圖5所示,查詢操作的測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

??? 從功能測(cè)試結(jié)果可以看出，DSS可以為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供自主防護(hù)。從性能測(cè)試的結(jié)果中看出，查詢操作和插入操作耗時(shí)相差比較大，這主要是SQLite工作方式引起的，在執(zhí)行用戶的插入操作時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)需將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入磁盤(pán)數(shù)據(jù)庫(kù)文件中，占用了一部分時(shí)間。而查詢時(shí)，SQLite會(huì)將數(shù)據(jù)庫(kù)文件部分內(nèi)容緩存起來(lái)，加快了查詢的速度。另外,增加DSS會(huì)對(duì)性能有略微的影響，但是它能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)自主保護(hù)。
?? ?本文針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)安全防護(hù)功能配置不靈活的問(wèn)題，提出了一種基于HOOK技術(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)通用安全防護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)在于，它不受數(shù)據(jù)庫(kù)自身的約束，完全獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，為用戶提供一種按需定制的功能，不僅增加了安防配置的靈活性而且提高了通用性，可以用于不同的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中。