Semantische Datenintegrität

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1 Herbstsemester 2010 Datenbanken mit Übungen Kapitel 5: Datenintegrität H. Schuldt Semantische Datenintegrität Ziel der semantischen Datenintegrität: Die Datenbank soll zu jedem Zeitpunkt die Zusammenhänge und Regeln der realen (Geschäfts-) Welt so präzise wie möglich widerspiegeln Die Gewährleistung dieser Datenintegrität soll aus den Anwendungsprogrammen herausgelöst und durch das Datenbanksystem selbst übernommen werden T effektivere Kontrolle der Integrität T einfachere Anwendungsprogrammierung Unterstützung der semantischen Datenintegrität in SQL Wertebereichsbeschränkungen (durch Angabe einer Domäne) Constraints (Column Constraints und Table Constraints) Assertions Referentielle Integrität Trigger Views HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-2 1

2 Typen von Integritätsbedingungen Man unterscheidet folgende Arten von semantischen Integritätsbedingungen: Statische Integritätsbedingungen (Prädikate über dem Datenbankzustand). Diese Integritätsbedingungen müssen zu jedem Zeitpunkt eingehalten werden. datenmodellinhärente Integritätsbedingungen Primärschlüsselbedingung Fremdschlüsselbedingung anwendungsspezifische Integritätsbedingungen für ein Attribut eines Tupels für ein Tupel für mehrere Tupel einer Relation für mehrere Relationen Dynamische Integritätsbedingungen (Prädikate über Zustandsänderungen). Die dynamischen Integritätsbedingungen müssen am Ende einer Zustandsänderung wieder hergestellt sein. Die logische Widerspruchsfreiheit der spezifizierten Integritätsbedingungen muss (vom Datenbankdesigner) sichergestellt werden! HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-3 Semantische Datenintegrität Die Prüfung de Integritätsbedingungen kann zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgen: am Ende einer Datenbankoperation (SQL-Anweisung) am Ende einer Transaktion (beim COMMIT WORK), also nach einer Folge von zusammengehörenden Datenbankoperationen. Damit können Integritätsbedingungen temporär verletzt werden. Bei Integritätsverletzungen sind folgende Reaktionen möglich: Nichtausführung bzw. Rückgängigmachen der Datenbankoperation Abbruch der Transaktion (implizites ROLLBACK WORK), also einer Folge von Datenbankoperationen Ausführung von Folgeänderungen g zur Wiederherstellung der Integrität HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-4 2

3 Beispiele für statische Integritätsbedingungen 1. Der Rabatt eines Kunden darf nicht über 50 Prozent liegen. 2. Der Rabatt eines ausländischen Kunden darf nicht über 30 Prozent liegen. (Annahme: Es gibt ein zusätzliches Kundenattribut Land in der Kundenrelation) 3. Der durchschnittliche Rabatt aller Kunden darf 30 Prozent nicht überschreiten. 4. Der Gesamtwert aller Produkte im selben Lager darf 1 Mio. CHF nicht überschreiten. 5. Es muss mindestens ein Produkt geben. 6. Die Rechnungssumme einer Bestellung ergibt sich aus dem Produkt von Preis und bestellter Menge des bestellten Produkts abzüglich des Kundenrabatts. 7. Der Saldo eines Kunden ist die (negative) Summe der Rechnungssummen aller noch nicht bezahlten Bestellungen des Kunden. HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-5 Beispiele für dynamische Integritätsbedingungen 8. Der Rabatt eines Kunden darf nie reduziert werden. 9. Von Kunden, deren Saldo unter CHF liegt, werden keine Bestellungen mehr angenommen. 10. Der Status einer neuen Bestellung darf sich nur in geliefert ändern, der Status einer gelieferten Bestellung nur in bezahlt. Der Status einer bezahlten Bestellung darf sich nie mehr ändern. 11. Der Rabatt eines Kunden darf innerhalb eines Jahres um maximal 10 Prozent angehoben werden. HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-6 3

4 Integritätsbedingungen mit CREATE TABLE Statement Integritätsbedingungen können zusammen mit einem CREATE TABLE Statement entweder durch ein Column Constraint (für einzelne Attribute) und/oder ein Table Constraint (für die gesamte Relation) angegeben werden Column Constraints beziehen sich auf einzelne Attribute Table Constraints können mehrere Attribute derselben Relation bzw. eine komplette Relationen umfassen Zulässige Integritätsbedingungen sind alle in der WHERE-Klausel der SELECT- Anweisung zulässigen Suchprädikate Die Integritätsbedingung wird also durch die Ausführung einer Query überprüft Bedingungen beim CREATE TABLE gelten für leere Relationen immer als erfüllt HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-7 Integritätsbedingungen mit CREATE TABLE Statement SQL-Syntaxdiagramme (Ausschnitt; Erweiterung zu 4-7) column_constraint = [CONSTRAINT constraint_name] [NOT NULL] [PRIMARY KEY UNIQUE] [REFERENCES [user. ] table [ ( column ) ]] [CHECK ( condition ) ] table_constraint = [CONSTRAINT constraint_name] [ (PRIMARY KEY UNIQUE) ( column {, column} ) ] [ FOREIGN KEY ( column {, column} ) REFERENCES [user. ] table [ ( column {, column} ) ] [CHECK ( condition ) ] Die vollständigen SQL-Syntaxdiagramme sind auf der Vorlesungswebseite verfügbar. HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-8 4

5 Integritätsbedingungen mit CREATE TABLE Statement Beispiele (Bedingungen 1, 2, 3): CREATE TABLE Kunden ( KNr Integer Primary Key, Name Varchar2(30), Stadt Varchar2(30), Land Varchar2(2), Saldo Float, Rabatt Float CONSTRAINT Rabattbedingung CHECK (Rabatt BETWEEN 0.0 AND 0.5), CONSTRAINT Auslandsrabatt CHECK (Land = 'CH' OR Rabatt <= 0.3), CONSTRAINT Durchschnittsrabatt h CHECK (0.3 >= (SELECT AVG(Rabatt) FROM Kunden)) ) HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-9 Integritätsbedingungen mit CREATE TABLE Statement Bedingung 4 (Der Gesamtwert aller Produkte im selben Lager darf 1 Mio. SFr. nicht überschreiten): CREATE TABLE Produkte (... CONSTRAINT Lagerwertbedingung CHECK HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

6 Assertions Assertions (Zusicherungen) sind für Integritätsbedingungen vorgesehen, die relationenübergreifend sind, d.h. die mehrere Relationen betreffen. Assertions werden im Gegensatz zu den Table_Constraints nicht im Zusammenhang mit der Tabellendefinition erstellt sondern sind vielmehr eigenständige Schemaelemente Zulässige (Such-)Bedingungen (Search_Condition) innerhalb einer Assertion sind dieselben, die auch innerhalb einer WHERE-Klausel erlaubt sind (also eine Bedingung, die entweder zu true oder false ausgewertet werden kann) Mit der Deferrability wird der Zeitpunkt der Prüfung festgelegt Syntaxdiagramm für die Definition von Assertions AssertionDef = CREATE ASSERTION Assertion CHECK "("Search_Condition ")" [ Deferrability ] Deferrability = [ NOT ] DEFERRABLE INITIALLY ( DEFFERRED IMMEDIATE ) HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-11 Assertions Mögliche Zeitpunkte für die Prüfung der Integritätsbedingung von Assertions (Deferrability) am Ende jeder SQL-Anweisung (bei DEFERRABLE und INITIALLY IMMEDIATE) oder am Ende der Transaktion (bei DEFFERABLE und INITIALLY DEFERRED), oder explizit durch den Programmierer innerhalb einer Transaktion mittels SET CONSTRAINTS constraint-name IMMEDIATE bzw.... DEFFERRED Defaults sind NOT DEFERRABLE bzw. INITIALLY IMMEDIATE bei DEFERRABLE Reaktion bei Integritätsverletzung: Die SQL-Anweisung wird nicht ausgeführt bzw. rückgängig gemacht; bei verzögerter Prüfung wird die gesamte Transaktion zurückgesetzt. Eine flexiblere Reaktion ist nur für Verletzungen der T referentiellen Integrität vorgesehen. HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

7 Einschub Transaktionsprogrammierung Kurzer Vorgriff auf Kapitel 10 und 11 BOT: (Begin of Transaction) SQL-DML-1; C 1, C 2 seien NOT Deferrable, C 3 sei Deferrable Initially Immediate, C 4, C 5, C 6 seien Contraints mit der Angabe Deferrable Initially Deferred SET CONSTRAINTS C 4 SET CONSTRAINTS C 3 SQL-DML-2; IMMEDIATE; DEFERRED; SQL-DML-3; EOT: End-of-Transaction RBT: Roll-Back-Transaction t HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-13 Assertions Bedingung 5 (Es muss mindestens ein Produkt geben): CREATE ASSERTION Produktexistenzbedingung CHECK (EXISTS (SELECT * FROM Produkte) ) DEFERRABLE INITIALLY DEFERRED Bedingung 6 (Die Rechnungssumme einer Bestellung ergibt sich aus dem Produkt von Preis und bestellter Menge des bestellten Produkts abzüglich des Kundenrabatts): CREATE ASSERTION Rechnungssummenbedingung CHECK ( NOT EXISTS ( SELECT * FROM Bestellungen B, Produkte P, Kunden K WHERE B.PNr = P.PNr AND B.KNr = K.KNr AND B.Status = neu AND B.Summe <> B.Menge * P.Preis * (1.0 - K.Rabatt))) DEFERRABLE INITIALLY DEFERRED HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

8 Assertions Bedingung 7 (Der Saldo eines Kunden ist die (negative) Summe der Rechnungssummen aller noch nicht bezahlten Bestellungen des Kunden): CREATE ASSERTION Saldobedingung HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-15 Referentielle Integrität Zusammen mit der Definition von Fremdschlüsselbeziehungen lässt sich auch angeben, wie mit die Reaktion auf Verletzungen der referentiellen Integrität aussehen soll: ReferentialIntegrityConstraintDef = [ CONSTRAINT name ] FOREIGN KEY "(" ColumnList ")" REFERENCES Table [ "(" ColumnList ")" ] [ ON DELETE Action ] [ ON UPDATE Action ] Deferrability Action = NO ACTION CASCADE SET NULL SET DEFAULT. Bedeutung der Action : NO ACTION: Zurückweisung der Löschung/Änderung (Default). Es wird also keine Aktion mit dauerhaftem Ergebnis durchgeführt CASCADE: Löschen bzw. Ändern aller Tupel, die den Primärschlüssel des gelöschten bzw. geänderten Tupels referenzieren SET NULL bzw. SET DEFAULT: Setzen des Fremdschlüssels in allen Tupeln, die den Primärschlüssel des gelöschten bzw. geänderten Tupels referenzieren, auf NULL bzw. auf den vereinbarten Default-Wert. HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

9 Referentielle Integrität Gegeben sei das etwas modifizierte Beispielschema: Kunden Produkte Bestellungen (Fremdschlüssel: KNr) KNr 1 2 PNr 1 2 BestNr Monat Tag KNr Summe Status ,00 bezahlt ,00 bezahlt ,00 bezahlt CREATE TABLE Bestellungen (..., FOREIGN KEY KNr REFERENCES Kunden (KNr) ON DELETE SET NULL ) Was passiert nach dem Löschen von Kunde 1? Bestellungen 1001 und 1003 erhalten den Nullwert als KNr KNr 2 PNr 1 2 BestNr Monat Tag KNr Summe Status null 3500,00 bezahlt ,00 bezahlt null 9000,00 bezahlt HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-17 Referentielle Integrität Bestellposten (Fremdschlüssel: PNr) BestNr PNr Menge CREATE TABLE Bestellposten ( , FOREIGN KEY PNr REFERENCES Produkte (PNr) ON DELETE CASCADE, FOREIGN KEY BestNr REFERENCES Bestellungen (BestNr) ON DELETE NO ACTION ) Was passiert nach dem Löschen von Produkt 1? Die Bestellposten für Produkt 1 werden gelöscht. PNr BestNr PNr Menge Was passiert nach dem Löschen von Bestellung 1002? Keine Änderung, die Löschoperation wird zurückgewiesen. HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

10 Referentielle Integrität Auch Fremdschlüsselbeziehungen lassen sich verzögert überprüfen. Die Angabe der Deferrability (Syntax und Semantik) ist dieselbe wie bei den Assertions. Deferrability = [ NOT ] DEFERRABLE INITIALLY ( DEFFERRED IMMEDIATE ) HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-19 Trigger Kernidee: Es wird eine Folge von SQL-Anweisungen (ACTION) definiert, die vor oder nach einer bestimmten Art von Änderungsoperationen (EVENT) und bei Erfüllung einer spezifizierten Bedingung (CONDITION) automatisch ausgeführt wird. Trigger kombinieren die auszuführende Aktion mit Event und Condition. Das Ausführen der SQL-Anweisungen eines Triggers wird auch als Feuern des Triggers bezeichnet. Vorteile von Triggern gegenüber der rein deklarativen Spezifikation von Integritätsbedingungen: Es wird eine flexible Reaktion auf Integritätsverletzungen ermöglicht (Aktionen um Integritätsverletzungen zu kompensieren) Es ist eine sehr spezifische Wahl der Überprüfungszeitpunkte möglich HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

11 Trigger Syntax der Triggerdefinition TriggerDef = CREATE TRIGGER Trigger ( BEFORE AFTER ) ( INSERT DELETE UPDATE [ OF ColumnList ]) ON Table [ REFERENCING OLD AS CorrelationVar NEW AS CorrelationVar ] [ WHEN "(" SearchCondition ")" ] "(" StatementSequence ")". HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-21 Trigger Beispiel: Bedingung 7 (Der Saldo eines Kunden ist die (negative) Summe der Rechnungssummen aller noch nicht bezahlten Bestellungen des Kunden) CREATE TRIGGER Saldoeintrag AFTER INSERT ON Bestellungen WHEN ( Status = 'neu') ( UPDATE Kunden SET Saldo = Saldo - Summe WHERE Kunden.KNr = Bestellungen.KNr ) CREATE TRIGGER Saldoausgleich AFTER UPDATE OF Status ON Bestellungen WHEN ( Status = 'bezahlt' ) ( UPDATE Kunden SET Saldo = Saldo + Summe WHERE Kunden.KNr = Bestellungen.KNr ) HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

12 Trigger Die Reihenfolge, in der die Trigger feuern, ist unter Umständen essentiell. Die durch einen Trigger ausgelöste Anweisungsfolge kann selbst wieder eine Integritätsverletzung hervorrufen und damit andere (oder auch denselben) Trigger feuern. Trigger sind ein sehr mächtiges Konzept zur Integritätssicherung g Man kann mit Triggern auch (eingeschränkt) Anwendungsfunktionalität direkt in der Datenbank umsetzen. Man spricht auch von aktiven Datenbanken. Die Regeln (Event Condition Action) die den aktiven Datenbanken zugrunde liegen werden auch als Produktionsregeln bezeichnet (Kurzform: ECA-Regeln) Allerdings sind Triggerspezifikationen sind aber auch potentiell sehr fehleranfällig (da die Trigger im Datenbanksystem versteckt sind und man bei einer grossen Anzahl Trigger rasch den Überblick verliert) HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-23 Trigger Bedingung 8 (Der Rabatt eines Kunden darf nie reduziert werden): CREATE TRIGGER Rabattmonotonie AFTER UPDATE OF Rabatt ON Kunden REFERENCING OLD AS KOld NEW AS KNew WHEN ( KNew.Rabatt < KOld.Rabatt ) ( ROLLBACK WORK ) Bedingung 9 (Von Kunden, deren Saldo unter CHF liegt, werden keine Bestellungen mehr angenommen): CREATE TRIGGER Kundensperrung AFTER INSERT ON Bestellungen WHEN ( (SELECT Saldo FROM Kunden WHERE Kunden.KNr = Bestellungen.KNr) < ) ( <Fehlermeldung ausgeben>; ROLLBACK WORK ) HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

13 Trigger Bedingung 10 (Der Status einer neuen Bestellung darf sich nur in "geliefert" ändern, der Status einer gelieferten Bestellung nur in "bezahlt". Der Status einer bezahlten Bestellung darf sich nie mehr ändern): HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-25 Views (Sichten, Virtuelle Relationen) Idee (eine von mehreren Motivationen für das View-Konzept) Die Integritätssicherung wird umso einfacher, je weniger abgeleitete Daten explizit gespeichert werden. Solche abgeleiteten Daten (z.b. Saldo) sollen vielmehr nur bei Bedarf berechnet werden. Um die Formulierung der entsprechenden Anfragen so einfach möglich zu machen, können abgeleitete Daten als "Views" zur Verfügung gestellt werden. Views erscheinen gegenüber dem SQL-Programmierer praktisch wie gespeicherte Relationen, ohne dass die Tupel der View wirklich gespeichert sind. Grobsyntax zur Definition von Views: CREATE VIEW view-name [ "(" column {"," column} ")" ] AS Query [ WITH CHECK OPTION ] Query = SelectBlock { [UNION INTERSECTION EXCEPT] SelectBlock } HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

14 Views Beispiel für View-Definition (Übersicht über Kunden): CREATE VIEW KundenInfo ( KNr, Name, Umsatz ) AS SELECT Kunden.KNr, Name, SUM(Summe) FROM Kunden, Bestellungen WHERE Kunden.KNr = Bestellungen.KNr GROUP BY KNr, Name Abfrage des Umsatzes: SELECT Umsatz FROM KundenInfo WHERE KNr = 1 HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-27 Views Views können generell zur Vereinfachung von Abfragen definiert werden (analog zu Zuweisungen in der Relationenalgebra). Auf Views können wiederum weitere Views definiert werden. Beispiel: CREATE VIEW BestellungsInfo (BestNr, Monat, Tag, KNr, Kundenname, Rabatt, PNr, Produktbez, Menge, Summe, Status) AS SELECT BestNr, Monat, Tag, Kunden.KNr, Name, Rabatt, Produkte.PNr, Bez, Menge, Summe, Status FROM Bestellungen, Kunden, Produkte WHERE Bestellungen.KNr = Kunden.KNr AND Bestellungen.PNr = Produkte.PNr Die View Bestellungsinfo erlaubt einfache Anfragen über die drei zugrunde liegenden Tabellen lässt sich damit einfache Anfrage, z.b.: SELECT Kundenname FROM BestellungsInfo WHERE Produktbez='Platte' Es könne auch neue Views definiert werden, die auf einer View aufbauen: CREATE VIEW SuperBestellungsInfo AS SELECT * FROM BestellungsInfo WHERE Summe > HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

15 Ausführung von Operationen auf Views Anfragen auf Views werden DBS-intern direkt durch Substitution in Anfragen auf die gespeicherten Relationen transformiert (bzw. transitiv, wenn eine View-Definition wiederum auf einer View aufbaut) Beispiel (in Relationenalgebra): s[rabatt > 0.3] (SuperBestellungsInfo) = s[rabatt > 0.3] (s[summe > ] 00] (BestellungsInfo)) = s[rabatt > 0.3] (s[summe > ] (p[bestnr,...] (Kunden Bestellungen Produkte))) Beispiel (in Pseudo-SQL) SELECT * FROM SuperBestellungsInfo WHERE Rabatt > 0.3 = SELECT * FROM (SELECT * FROM BestellungsInfo WHERE Summe > ) WHERE Rabatt > 0.3 = SELECT * FROM (SELECT * FROM ( SELECT BestNr, Monat, Tag, Kunden.KNr, Name, Rabatt, Produkte.PNr, Bez, Menge, Summe, Status FROM Bestellungen, Kunden, Produkte WHERE Bestellungen.KNr = Kunden.KNr AND Bestellungen.PNr = Produkte.PNr ) WHERE Summe > ) WHERE Rabatt > 0.3 HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-29 Änderungen über Views Änderungen eines Tupels einer View sind nur möglich, wenn sie eindeutig auf ein Tupel einer gespeicherten Relation abgebildet werden können (Gleiches gilt für Einfügen und Löschen). Beispiele: 1. UPDATE KundenInfo SET Stadt = 'Zürich' WHERE KNr=1 ist erlaubt 2. UPDATE KundenInfo SET Summe = Summe WHERE KNr=1 ist nicht möglich (berechnetes Attribut)! 3. UPDATE BestellungsInfo SET Produktbez = 'Druckerpapier' WHERE PNr=1 ist theoretisch zulässig, aber in den meisten DBS nicht erlaubt! 4. UPDATE BestellungsInfo SET Produktbez = 'Druckerpapier' WHERE BestNr=1 ist theoretisch möglich, aber nicht erlaubt! 5. UPDATE BestellungsInfo SET Produktbez = 'Druckerpapier' WHERE Monat=12 ist nicht erlaubt! HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

16 CHECK Option für Views Einfügung eines Tupels in eine View, das dort nicht sichtbar sein kann bzw. Änderung eines View-Tupels, die dazu führt, dass das Tupel aus der View "verschwindet", können durch Spezifikation der CHECK OPTION verboten werden. Beispiel: i CREATE VIEW SuperKunden AS SELECT * FROM Kunden WHERE Rabatt > 0.3 WITH CHECK OPTION INSERT INTO SuperKunden (KNr, Name, Stadt, Rabatt) VALUES (100, 'Meier', 'Basel', 0.1) wird daher zurückgewiesen (Kunde Meier ist kein Superkunde ) UPDATE SuperKunden SET Rabatt = Rabatt WHERE KNr = 10 wird eventuell zurückgewiesen HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-31 Views zur Datenunabhängigkeit Views könne auch als Mittel zur Realisierung der Datenunabhängigkeit bei Schema-Änderungen verwendet werden Das Schema der eigentlichen Relation wird geändert Für Awendungen, die noch das alte Schema verwenden, wird eine entsprechende View bereit gestellt Beispiel: die Relation Kunden wird in zwei Relationen aufgeteilt, weil ein Kunde auch in verschiedenen Städten sein kann: Kundenkonto(KNr, Name, Saldo, Rabatt) Kundenorte(KNr, Stadt) Anfragen auf die ursprüngliche Relation Kunden können bei Definition der folgenden View wie bisher gestellt werden: CREATE VIEW Kunden (KNr, Name, Stadt, Saldo, Rabatt) AS SELECT K.KNr, Name, Stadt, Saldo, Rabatt FROM Kundenkonto K, Kundenorte O WHERE K.KNr = O.KNr HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

17 Wiederholung: Architektur eines DBS Drei-Ebenen-Architektur zur Realisierung von physischer und logischer Datenunabhängigkeit nach ANSI/SPARC (American National Standards Institute / Standards Planning and Requirements Commitee) A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 Anwendungsgruppen Ext. Schema 1 Ext. Schema 2 Ext. Schema 3 Externe Ebene Logische Datenunabhängigkeit Logisches Schema Konzeptionelle (logische) Ebene Physische Datenunabhängigkeit Internes Schema Interne (physische) Ebene HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-33 Datenschutz und Zugriffskontrolle Datenschutz (engl.: data privacy): Einschränkungen bei der Speicherung und Verarbeitung kritischer Daten, insbesondere personenbezogener Daten (Schutz der Privatsphäre von Personen) Zugriffskontrolle / Autorisation (engl.: data security, authorization): Verhinderung von unbefugten Zugriffen auf gespeicherte Daten Massnahmen der Zugriffskontrolle 1. Organisatorische Massnahmen (z.b. kontrollierter Zugang zu den Rechnerräumen) 2. Technische Massnahmen (Datenverschlüsselung etc.) 3. Massnahmen des Betriebssystems (die der Datenbank zugrunde liegenden Dateien bzw. Platten sind nur für das DBS zugreifbar, also z.b. nur vom Account Oracle aus.) 4. Authentifizierung des DB-Benutzers (typischerweise durch Angabe eines Kennworts beim CONNECT) 5. Prüfung der Zugriffsrechte des DB-Benutzers beim Zugriff auf Daten HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

18 Prüfung von Zugriffsrechten Die Überprüfung von Zugriffsrechten in Datenbanken basiert zunächst auf der Vergabe von Rechten auf Objekten (zur Ausführung von Operationen) an Subjekte. Die Vergabe von Rechten erfolgt in SQL durch die GRANT-Anweisung. Grobsyntax: GRANT ( ALL privilege {"," privilege} ) ON ( table view ) TO ( PUBLIC user {"," user} ) [ WITH GRANT OPTION ] Mögliche Rechte zum Zugriff auf relationale Datenbanken sind: SELECT lesender Zugriff auf eine Relation INSERT Einfügen in eine Relation UPDATE Ändern von Tupeln einer Relation (ggf. nur bestimmte Attribute) DELETE Löschen von Tupeln einer Relation CONNECT Verbindung zum DBS aufnehmen (Login-Recht) RESOURCE Anlegen neuer Relationen (ggf. mit Limit für den Plattenplatz) DBA Datenbankadministration (z.b. Aufruf von Dienstprogrammen) EXECUTE Ausführung eines Anwendungsprogramms IO_LIMIT Beschränkung des Ressourcenverbrauchs für SQL-Anweisungen HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-35 Beispiele: Prüfung von Zugriffsrechten 1. An Benutzer Meier wird das Recht zur Ausführung von SELECT-Anweisungen auf der Relation Bestellungen vergeben. GRANT SELECT ON Bestellungen TO Meier 2. Benutzer Meier erhält das Recht zur Ausführung des Programms Lieferung. GRANT EXECUTE Lieferung TO Meier 3. Das Programm Lieferung erhält das Recht zur Änderung der Relation Bestellungen. GRANT UPDATE Status ON Bestellungen TO Lieferung HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

19 Prüfung von Zugriffsrechten Zugriffsrechte können durch die Definition von Views noch verfeinert werden (prädikat-orientierte Verfeinerung) CREATE VIEW KundenBS AS SELECT * FROM Kunden WHERE Stadt = 'Basel' Beispiel: Benutzer Meier hat nur das Recht zum Lesen der Kundendaten der Stadt Basel. GRANT SELECT ON KundenBS TO Meier Die Prädikate zur Verfeinerung der Zugriffsrechte sind also nicht im Grant- Statement enthalten sondern in einer entsprechenden View-Definition HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität 5-37 Weitergabe/Rücknahme von Zugriffsrechten Für jedes Objekt gibt es genau ein Subjekt, den so genannten Eigentümer (owner), das alle Rechte für das Objekt besitzt. Das Subjekt bleibt auch bei der Weitergabe von Zugriffsrechten der Eigentümer des Objektes. Der Empfänger der Rechte kann diese zunächst nicht weitergeben Ausnahme: Bei Angabe der GRANT OPTION darf der Empfänger eines Rechts dieses selbst wiederum an andere Subjekte weitergeben Weitergegebene Rechte können mit folgender Anweisung wieder zurück genommen werden REVOKE privilege FROM user Beispiel: REVOKE SELECT ON Bestellungen FROM Meier HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität

20 Weitergabe/Rücknahme von Zugriffsrechten Beispiel für transitiv weitergegebene Zugriffsrechte: Annahme Benutzer Meier sei der Eigentümer der Relation MeierTabelle Meier: GRANT SELECT ON MeierTabelle TO Schmid WITH GRANT OPTION Sh Schmid: GRANT SELECT ON MeierTabelle TO Hürlimann WITH GRANT OPTION Meier: REVOKE SELECT ON MeierTabelle FROM Schmid Hürlimann: GRANT SELECT ON MeierTabelle TO Schmid ist Schmid jetzt noch berechtigt, auf MeierTabelle zuzugreifen? Lösung in relationalen DBS: REVOKE wirkt transitiv, nimmt also auch die vom Empfänger eines Rechts an Dritte weitergegebenen Rechte wieder zurück. T es wird ein Autorisationsgraph benötigt, um über die transitiven Weitergaben Buch zu führen. HS 2010 Datenbanken mit Übungen (CS241) Datenintegrität