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学士学位论文

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《数据结构》课程网络学习平台的构建—网络数据库安全性研究

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姓    名：

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   王兴鑫                 

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学    号：

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   2007121148     

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院    系：

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   信息技术工程学院         

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专    业：

   计算机科学与技术          

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指导教师：

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   吴红庆         

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申请学位：

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   工学学士        

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二○一一年四月

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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作者签名：                年  月  日 

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学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位元论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 http://www.paper51.com

本学位论文属于：

1、             保密 □，在_________年解密后适用本授权书。 http://www.paper51.com

2、             不保密 □。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

（请在以上相应方框内打“√”）

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作者签名：                  年  月  日  

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《数据结构》课程网络学习平台的构建

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—网络数据库安全性研究

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王兴鑫

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（某某市师范学院信息技术工程学院计算机科学与技术专业 某某市653100）

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摘 要

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随着计算机技术和信息技术的发展，网络资源已逐渐成为人们获取知识的重要途径，随之而来的数据库安全性问题也越来越受到人们的关注。只有采取有效的数据库安全保护措施才避免数据在存储、传输过程中被破坏、窃取、篡改、转移和丢失，从而保护用户信息、保证数据库正常运行。本文通过分析常用的数据库安全措施，并结合构建《数据结构》课程网络学习平台的具体情况，提出《数据结构》课程网络学习平台数据库的安全措施及解决方法。

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关键词：数据库；安全性；解决方法

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Abstract

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As computer technology andinformation technology, network resources has become an important way forpeople to obtain knowledge, followed by database security problems more andmore attention. Only effective database security measures to prevent the datastored before, during transmission is damaged, stolen, tampered with, transferand loss, to protect user information to ensure the normal operation of thedatabase. This paper analyzes the common database security measures, combinedwith building "data structures" course online learning platform, thespecific circumstances, that "data structures" course online learningdatabase security measures and solutions.

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Key words：Database;security; solution

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目录

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引言. 1

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1网络数据库安全性概述. 1

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1.1什么是数据库安全. 1

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1.2网络数据库存在的安全隐患. 2

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1.3网络数据库安全的研究方法. 2

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2网络数据库常用安全性策略分析. 2

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2.1 网络系统安全. 2

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2.1.1防火墙技术. 2

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2.1.2使用杀毒软件. 3

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2.1.3更改SQL Server的端口. 3

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2.2 操作系统安全. 3

2.3 数据库管理系统安全. 3

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2.3.1用户标识与鉴别. 3

2.3.2存取控制. 4

2.3.3 授权与回收. 4

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2.3.4视图机制. 4

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2.3.5数据加密. 5

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2.3.6数据库备份与恢复. 5

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3《数据结构》课程网络学习平台设计及其数据库安全措施. 6

3.1系统功能. 6

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3.1.1系统功能结构图. 6

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3.1.2系统功能描述. 6

3.1.3后台管理流程图. 6

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3.1.4 数据库设计. 7

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3.2本系统的数据库安全技术分析. 10

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3.3本系统采用的数据库安全措施. 10

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3.3.1用户标识与鉴别. 10

3.3.2上传数据类型控制. 13

3.3.3下载数据控制. 15

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3.3.4防止用户登录框SQL注入. 15

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3.3.5 MD5密码加密. 15

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3.3.6 数据库备份. 16

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4总结. 18

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结束语. 18

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参考文献. 19

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致谢. 20

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随着计算机和网络技术的运用日益广泛，利用计算机网络资源进行学习和办公已成为社会发展的必然趋势，随之而来的计算机安全问题，尤其是数据库安全问题也越来越受到人们的重视。只有建立一套完善的计算机安全机制，才能有效防止不合法的使用造成数据的泄露、更改或破坏。《数据结构》课程网络学习平台，充分利用网络技术，将本课程的所有资源上网，提供学生自主学习的平台，满足不同层次学生的学习需求，使学生从课堂教学逐步转向课堂与网络教学并行的新的教学模式，为学生提供多条学习途径。在本系统的设计过程中，如何保证数据的安全问题是我们首要考虑的任务。

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数据库安全是指保护数据库以防止不合法的使用所造成的数据泄漏、更改或破坏，数据库的数据保护主要包括数据的安全性和数据的完整性【1】。图1.1是计算机系统的安全模型，图1.2是SQL server数据库安全控制策略示意图，这两个图可看出安全措施是逐层设置的，只有符合了上一层的身份才能进入下一层，因此数据库的安全性和计算机系统安全性包括了计算机硬件安全、操作系统安全和网络系统安全，与数据库有关的安全性技术有用户标识和鉴定、存取控制、视图和密码存储等安全技术【1】。

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图1.1计算机系统的安全模型 paper51.com

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图1.2 数据库安全控制策略示意图

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随着网络技术在社会各个行业的广泛应用，网络数据库的安全性越来越受到人们的重视。数据库是网络信息系统的重要组成部分，存放资源、用户信息等重要内容。因此数据库更容易涉及来自网络环境下的譬如对数据库中信息的窃取、篡改、破坏、计算机病毒等的渗透和攻击等多方面安全威胁。所以研究保护数据库系统的安全机制对保障用户信息安全、保障网络正常运行是十分重要也是十分必要的。

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通过分析SQL Server网络数据库常用的安全策略，并结合构建《数据结构》课程网络学习平台的具体情况，按照软件开发的流程提出解决本系统数据库的安全措施的方法。 http://www.paper51.com

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保证网络系统安全是对数据库安全保护的第一个关口，因为对网络数据库的外来攻击是从网络系统开始的。目前来自网络系统的攻击主要有木马程序、网络欺诈、信息窃取、病毒和入侵等，并且这些攻击威胁是时时都存在的，所以在网络环境下对数据库采取一定的保护措施是十分重要的。常用的网络系统安全措施有以下几种。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

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防火墙是一种重要的新型安全措施，它用以阻止网络中的非正常访问者对网络的非法访问。防火墙通常由屏蔽路由器和代理服务器组成，屏蔽路由器能帮助用户完成特定的TCP/IP功能，代理服务器相当于一个应用层的网关。目前防火墙主要有包过滤防火墙、代理防火墙和双穴主机防火墙【2】。但是防火墙也不能解决所有网络数据库的安全问题，比如用户手动下载并运行一个包含恶意代码的程序，同样也会造成泄密，或遭受攻击等。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

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杀毒软件，也称反病毒软件或防毒软件，是用于消除电脑病毒、木马和恶意软件的一类软件。杀毒软件一般具有监控识别、病毒扫描、病毒清除及自动升级等功能，有的杀毒软件还带有数据恢复等功能，是计算机防御系统的重要组成部分【4】。

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杀毒软件的工作方式是对磁盘进行监控和扫描。

杀毒软件是在防火墙之后又一道保护网络数据库的屏障，能有效地发现并清除一部分入侵的木马病毒等，但是它同样存在和防火墙一样不能解决用户错误操作而运行的恶意代码的问题。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

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一般情况下SQL Server都需要远程访问，所以SQL Server的服务器端口1433是开放的，一些对SQL Server的攻击就是扫描1433端口，我们可以改变默认端口来减少一部分攻击。改变端口的方法是“开始”—“所有程序”—“Microsoft SQL Server”—“服务器网络实用工具”打开“TCP/IP”，点击属性，把1433改为小于65535的数，然后重启SQL Server服务器。

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操作系统的安全对数据库的安全也是十分重要的，如果操作系统本身都不安全就难以保证数据库的安全。操作系统本身就存在的漏洞、操作系统的安全配置不当和病毒对操作系统的威胁等都是操作系统的安全性问题表现。 copyright paper51.com

为保证操作系统的安全应该做到以下几点：

（1）采用安全性较高、较稳定的操作系统，对系统进行安全配置，并对重要文件进行权限设置，系统上安装杀毒软件，系统登录时设置较复杂的口令等。

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（2）采用安全的文件系统。安装SQL Server的文件系统应采用NTFS，因为这种文件系统比起FAT文件系统具有稳定、易恢复的优点。

（3）对操作系统和SQL Server数据库及时下载并安装补丁来减少遭受攻击。 copyright paper51.com

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用户标识与鉴别的方法是由系统提供让用户标识自己的身份和名字，用户每次要求进入系统时由系统进行核对，通过鉴定后才提供机器的使用权。用户标识与鉴别是系统提供的最外层安全保护措施。【1】

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常用的用户标识与鉴别的方法有： 内容来自www.paper51.com

（1）   用户识别

用一个用户名来标明用户的身份，由系统内部纪录所有合法用户，用户登录过程也就是由系统鉴别所登录用户是否为合法用户的过程，只有合法用户才有权进入下一步的核实。 内容来自www.paper51.com

（2）   口令

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为进一步核实用户，用户登陆时还需要输入口令，系统核对口令以鉴别用户身份，为了进一步保密，口令一般不在屏幕上显示。用户还可以根据需要提高口令的复杂度以便使安全性更高。

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数据库安全最重要的一点就是存取控制机制，通过数据库系统的存取控制机制可以确保只有被授权的用户才具有对数据库的访问权，没有对数据库的存取权限的人员无法存取数据库中的数据。 paper51.com

定义用户权限和合法权限检查是存取控制机制主要内容。 copyright paper51.com

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 授权是指在数据库系统中定义存取权限【1】。

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GRANT语句向用户授予权限，REVOKE语句收回授予的权限。 内容来自www.paper51.com

DBA或者是当前数据库的创建者可以授权，已经拥有该权限的用户也可以授权。 http://www.paper51.com

如果获得某种权限的用户要把这种权限继续授予其他的用户则用WITHGRANT OPTION语句来授权，没有被使用WITHGRANT OPTION语句授权的用户只有被授予的权限而不能继续把这种权限授予其他的用户。

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例如：把查询Student表的权限授给用户U1: paper51.com

GREANT SELECT

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ON TABLE Student 内容来自www.paper51.com

TO U1; paper51.com

再如：把查询Student表的权限授给用户U2，并允许U2把次权限继续授予其他用户： 内容来自www.paper51.com

GREANT SELECT

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ON TABLE Student

TO U2

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WITH GRANT OPTION; 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

已授予的权限由DBA和授权者用REVOKE语句收回，要级联收回用CASCADE语句。

例如：收回用户U1对Student表的查询权限： copyright paper51.com

REVOKE SELECT http://www.paper51.com

ON TABLE Student copyright paper51.com

FROM U1;

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再如：级联收回U2对Student表的查询权限，并收回U2授予其他用户的此权限：

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REVOKE SELECT

ON TABLE Student

FROM U1 CASCADE；

正确的授权也可以有效的保护数据库中重要信息不被透露或修改。 内容来自www.paper51.com

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视图是虚表，是从一个或多个基本表中导出来的表，数据库中只存放视图的定义，而数据仍然保留在基本表中，所以建立视图机制可以把数据库中重要或要保密信息掩藏起来。视图机制也能对数据提供一定的保护作用。

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可以对高度敏感性信息进行加密，防止数据库中的数据在存储和传输过程中泄密。 paper51.com

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对数据库进行备份也是保护数据库安全的重要方法之一。定期备份数据库可以防止因磁盘故障等突发事件造成的损失。为避免硬盘损坏而造成数据丢失，将数据备份同时保存到其他的备份机上，这样一旦造成硬盘损坏等事件就可以把备份好的数据恢复到其他数据库中继续使用，避免数据丢失。 copyright paper51.com

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根据需求分析，为了满足学生的学习需求，本系统的设计包括四大功能的实现，即：教学资源、在线答疑、自我测试及作业发布功能。

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将四大功能分解后，具体功能结构如图3.1所示。

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图3.1 系统功能结构图

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本系统采用二级用户，主要用户分为学生用户和教师用户，学生用户能进行网上学习，如查看新闻资讯，浏览教学资料信息，下载章节课件，查看参考资料，在线自测，查看实验指导，上传作业和在线留言等；教师用户主要是负责对本系统所有模块数据的管理及操作。教师用户也是管理员身份，可以添加其他教师用户，被添加的教师用户可以对本系统所有模块数据进行管理及操作。

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为保证学生能及时在网站上获得最新的消息及资料，必须有强大的后台功能支持教师更新、发布信息资源。教师后台管理流程图如图3.2所示。

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图3.2教师后台管理流程图

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后台管理系统主要使用者是教师，主要由十个模块组成，新闻管理模块，章节课件管理模块，教学资料管理模块，参考资料管理模块，实验指导管理模块，习题解答模块，自我检测管理模块，作业发布管理模块，注册用户管理模块，留言管理模块。

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本系统采用SQL Server2000来进行数据库设计，数据库的名称为jspwlkc,共包括19张表，分别为：admin（管理员信息表）、adminlog（管理员登录纪录表）、affiche（站内公告信息表）、class（班级表）、fbzy（发布作业表）、friendlink（友情连接表）、guestbook（在线答疑表）、jbjxzl（教学资料表）、jxzl（章节学习表）、member（学生登录纪录）、news（新闻资讯表）、pmember（学生注册表）、prep（添加管理员表）、replay（学生找回密码表）、syzd（实验指导表）、tjzy（提交作业表）、xtzd（习题指导表）、zxcs（自我测试表），其中以下为主要表：

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表3.1管理员信息(admin)表

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表3.2站内公告信息(affiche)表

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表3.3发布作业 (fbzy)表

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表3.4教学资料信息(jbjxwj)表

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介绍

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教学计划

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表3.5章节学习信息(jxzl)表

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标题

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intro

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16

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介绍

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下载地址

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表3.6 学生注册信息（pmember）表

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会员号

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真实姓名

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sex

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性别

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bir

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生日

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sheng

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省份

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city

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城市

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telphone

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电话

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电子邮件

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question

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密码提示问题

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answer

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密码提示答案

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表3.7参考资料信息(zlck)表

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介绍

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加入时间

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表3.8 自我测试信息(zlck)表

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标题

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是

adan

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答案A

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是

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bda

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答案B

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是

cda

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答案C

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是

dda

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答案D

是

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ok

char

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正确答案

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是

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《数据结构》课程网络学习平台主要是提供学生网络学习环境，本系统主要包括教学资源模块、自我测试模块、在线答疑等模块，涵盖了数据结构课程的所有教学资源。系统能实现教学资源的浏览、下载，作业管理，在线学习、在线答疑，在线测试等功能，其中文件下载、自我测试及作业管理及用户信息等的数据非常重要，因此只有采取有效手段才能保护相关数据的安全。

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我们在设计本系统时，主要是从以下几方面来防范数据库的安全问题。

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1）普通用户权限

一方面为了最大限度的方便学生学习，用户进入到《数据结构》网络学习平台，普通用户（主要为学生用户）就能查看新闻资讯，浏览教学资料信息，下载章节课件，查看参考资料，自我测试，查看实验指导和留言等操作；另一方面，为了防止用户进行刻意的捣乱、破坏，在提交作业时我们作了用户身份的验证，只有注册并且登录成功的学生才可以提交作业，如图3.3是进入到《数据结构》网络学习平台后的界面。普通用户不能随意删除、修改或上传数据，也不能直接接触到数据库。如图3.4是用户注册页面，如图3.5是用户登录页面，如图3.6是用户提交作业页面。

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图3.3《数据结构》网络学习平台首页 http://www.paper51.com

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图3.4用户注册页面

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图3.5用户登录页面

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图3.6用户提交作业页面

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2）教师用户权限 paper51.com

教师用户要及时更新、管理网站上的信息就要有相应的平台支持，教师用户管理信息就要进行删除、修改及上传等后台操作，因此必须严格控制教师用户的登录才能防止非法用户进入后台进行非法操作。如图3.7是后台登录界面。用户登录时先验证是否是已存在的合法用户，如果不是合法用户则不能进入后台，如果是合法用户则可以进入后台，在登录时系统将更新登录次数，填写登录日志等。

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如图3.7后台登录界面 内容来自www.paper51.com

登陆后系统将更新登录次数，写登录日志，其实现的基本代码如下：

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public int adminLogin(String username,Stringmd5password,String password,String loginip,String useros){

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        Stringsql = "select * from admin where username = '"+username+"' andisuse='1'";

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        Stringsql2 = "insert intoadminlog(username,password,logintime,loginip,useros,ok)values('"+username+"','"+md5password+"','"+date+"','"+loginip+"','"+useros+"','true')";

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        Stringsql3 = "insert intoadminlog(username,password,logintime,loginip,useros,ok)values('"+username+"','"+password+"','"+date+"','"+loginip+"','"+useros+"','false')";

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        Stringsql4 = "update admin set logintimes = logintimes+1 where username ='"+username+"' ";

        DBOdbo = new DBO();

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        Stringpwd;

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        dbo.open();

        try{

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            rs= dbo.executeQuery(sql);

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            if(rs.next()){

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                pwd= rs.getString("password");

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                if(pwd.trim().equals(md5password)){

                    dbo.executeUpdate(sql2);

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                    dbo.executeUpdate(sql4);

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                    returnConstant.SUCCESS;

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                }

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                else{

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                    dbo.executeUpdate(sql3);

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                    returnConstant.PASSWORD_ERROR;

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                }

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            }

            else{

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                dbo.executeUpdate(sql3);

                returnConstant.NAME_ERROR;

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            }          

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        }catch(Exceptione){

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            e.printStackTrace();

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            returnConstant.SYSTEM_ERROR;

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        }finally{

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            dbo.close();

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        }  

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    }

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即使是合法用户，在向数据库上传文件时也要有相应的控制，以避免用户随意上传文件而增加数据库压力，更重要的是可能会给数据库带来安全隐患，甚至破坏数据库因此限制所上传文件也是是很重要的。一般的以.doc、.xls或.ppt为后缀名的文件就能满足此学习平台中的交流，而以.exe为后缀名容易携带不安全信息，所以我们在设计时作了限制，禁止这类文件的上传。如图3.8就是设置了上传的文件类型，只有rar、doc或ppt和xls文件可以上传。

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图3.8控制上传文件类型

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控制上传文件类型的代码段如下：

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function sub()

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{//String title,String intro,String url,String jihua

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if(document.form1.title.value.replace(/\s+$|^\s+/g,"").length<=0

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||document.form1.intro.value.replace(/\s+$|^\s+/g,"").length<=0

||document.form1.url.value.replace(/\s+$|^\s+/g,"").length<=0)

{       alert("所有内容必须填写！");

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     returnfalse;

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}

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if(document.form1.url.value.replace(/\s+$|^\s+/g,"").length>0)

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{       varfileext=form1.url.value.substring(form1.url.value.length-4,form1.url.value.length);

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     fileext=fileext.toLowerCase();

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     if(!(fileext=='.rar')&&!(fileext=='.doc')&&!(fileext=='.ppt')&&!(fileext=='.xls'))

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     {           alert("对不起，文件格式不对,必须为rar或doc或ppt或xls格式文件!");

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         form1.url.focus();

         returnfalse;

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     }

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}

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form1.submit();

}

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教学资料即文件下载也有需要进行安全控制，如果在用户点击下载时只是在网页上做连接直接打开文件，就会服务器上的资源目录暴露出来，就会使数据库乃至整个网站都变得不安全，因此，在下载过程中要避免暴露文件存放目录，要使用文件输出而不是直接用浏览器打开。 copyright paper51.com

下载安全控制核心代码如下：

Stringurl=request.getParameter("url");

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SmartUploadsu = new SmartUpload();

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        //初始化

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su.initialize(pageContext);

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        //设定contentDisposition为null以禁止浏览器自动打开文件，保证点击链接后是下载文件。若不设定，则下载的文件扩展名为doc时，浏览器将自动用word打开它。扩展名为pdf时，浏览器将用acrobat打开。

su.setContentDisposition(null);

        //下载文件

url=Common.toChineseAndTrim(url);

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su.downloadFile(url);

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为了防止SQL注入，我们在用户在输入用户名和密码的时候做了限制，只允许用户输入数字和字母，这样可以防止用户在登录时输入非法字符，进行SQL注入，有效避免非法用户绕过系统对用户名和密码的验证，非法登录系统，或是执行一些SQL语句来对数据库进行损坏。

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为了防止用户登录后随意查看或盗取他人密码，在数据库中存储用户密码时我们采用MD5加密技术，这样用户登录后看到的密码都是已经经过MD5加密的字串，有效避免了用户密码被他人直接盗取。如图3.9是数据库中存储的用户密码是已经过MD5加密的。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

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图3.9数据库存储已加密的用户密码 copyright paper51.com

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为避免突发事件造成数据丢失或者造成损失需要定期备份数据库。在本系统中采用了完整备份和差异备份，完整备份不但备份了包括整个数据库和数据库中各张表的结构和数据库中的活动，还为差异备份提供基准。如图3.10和3.11是数据库完整备份过程中重要步骤截图。我们处理备份时，采取了每天自动备份，每天差异备份一次，这样有效的保护最新的数据。

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图3.10数据库备份设置调度类型 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

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图3.11数据库备份设置调度时间

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在进行差异备份时，我们将时间调整为和完整备份分开，例如完整备份时间为每天17：00，而把差异备份时间设置为每天11：00，这样的话如果一天的数据无法恢复了也最多是11：00到15：00这段时间的数据不在，从而有效减少了数大量据丢失等情况的发生。如图3.12是数据库差异备份设置过程截图。 内容来自www.paper51.com

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3.12数据库差异备份设置 paper51.com

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在网络技术运用广泛的今天数据库系统的安全性显得尤为重要，在《数据结构》课程网络学习平台的构建中，对数据库的安全性保护方面运用了用户标识与鉴别、文件上传类型控制、下载控制、防止SQL注入及密码加密等安全措施，有效的保护了数据库系统的安全，使数据库能正常运行。

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但因时间和技术有限在数据库安全性方面存在的问题有一下几点：

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1、  没有达到三级用户管理，只有学生用户和教师用户，不能有效管理教师用户；

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2、  不能远程管理数据库，对数据库的管理不方便。

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经过我们小组对《数据结构》课程网络学习平台的构建，在指导老师的帮助下，我们的毕业设计已基本完成。在此期间，我查阅了许多关于数据库安全性的相关知识，为论文的写作提供了有一些帮助。

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通过这次毕业设计的开发和论文的撰写，我学到了许多东西，体会到掌握学习方法比掌握一门技术重要。

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[1] 王珊 萨师煊《数据库系统概论》[M]高等教育学出版社 2008.4；

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[2]张银鹤 刘治国 《JSP动态网站开发实践教程》（第2版）[M]清华大学出版社；

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[3]耿祥义 张跃平《Java2 实用教程》（第三版）[M] 清华大学出版社；

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[4]曹大有 王瑜 《基于MyEclipse的Hibernate持久层框架的开发过程》[J]计算机系统应用 2007年第12期

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[5]郭广军 谢东 《基于SSH整合架构的教学支持系统设计与实现》[J]计算机工程与设计 2009,30(13) 3111.

[6]周平平 姚天昉《基于通用关系模式的XML数据存储模型研究》[J]研究与应用2009年25卷第5期.

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[7] 李春葆 曾慧《SQLServer 2000应用系统开发教程》[M]清华大学出版2005.11

[8]鄢爱兰 鹿江春 《数据库存储过程研究》[J]南华大学学报 2006.6

[9]郭胜.SQL Server数据库开发入门与范例解析[M] 机械工业出版社,2004，110～120

[10]王保国 李乐明.软件工程系统框架结构的设计.中国信息导报，2005，1：32

[11]谌湘倩 狄文辉 孙冬《基于SSH框架与AJAX技术的JavaWeb应用开发》[J].计算机工程与设计，2009，(10).

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本论文是在吴红庆老师的指导下完成的。从开始到完成，吴老师给予我莫大的帮助，尤其在文献资料方面和论文细节处理上。在此，我十分感谢吴红庆老师。

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另外，还要感谢大学四年来所有的帮助我们打下专业知识基础的老师，同时还要感谢同组的同学，正是因为有了你们的支持、鼓励和团体合作精神，此次毕业设计才会顺利完成。

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