Защита баз данных (А ...

Цель: изучить основные положения теории баз данных, хранилищ данных, баз знаний 

План занятия: 

1. Рассмотреть основные положения теории БД 

2. Рассмотреть классификацию видов данных

Основные положения Для понимания организации данных в базе данных необходимо знание основных положений теории баз данных. Рассмотрим некоторые положения этой теории. База данных (Database) - это особым образом организованные и хранимые в электронном виде данные. Особым образом организованные означает, что данные организованы неким конкретным способом, способным облегчить их поиск и доступ к ним для одного или нескольких приложений. Также такая организация данных предусматривает наличие минимальной избыточности данных. Базы данных являются одной из разновидностей информационных технологий, а также формой хранения данных. Целью создания баз данных является построение такой системы данных, которая бы не зависела от программного обеспечения, применяемых технических средств и физического расположения данных в ЭВМ. Построение такой системы данных должно обеспечивать непротиворечивую и целостную информацию. При проектировании базы данных предполагается многоцелевое ее использование. База данных в простейшем случае представляется в виде системы двумерных таблиц. Схема данных - описание логической структуры данных, специфицированное на языке описания данных и обрабатываемое СУБД. 

Схема пользователя - зафиксированный для конкретного пользователя один вариант порядка полей таблицы. Системы управления базами данных, СУБД Система управления базой данных - это программное обеспечение, контролирующее организацию, хранение, целостность, внесение изменений, чтение и безопасность информации в базе данных. СУБД (Database Management System, DBMS) представляет собой оболочку, с помощью которой при организации структуры таблиц и заполнения их данными получается та или иная база данных. Система управления реляционными базами данных (Relational Database Management System) - это СУБД, основанная на реляционной модели данных. В реляционной модели данных любое представление данных сводится к совокупности реляционных таблиц (двумерных таблиц особого типа). Системы управления реляционными базами данных используются для построения хранилищ данных.

СУБД имеет программные, технические и организационные составляющие. Программные средства включают систему управления, обеспечивающую вводвывод, обработку и хранение информации, создание, модификацию и тестирование базы данных. Внутренними языками программирования СУБД являются языки четвертого поколения (C, C++, Pascal, Object Pascal). С помощью языков БД создаются приложения, базы данных и интерфейс пользователя, включающий экранные формы, меню, отчеты.

Аналитику при необходимости работы с конкретной СУБД, в частности, при экспорте данных в среду инструмента Data Mining, следует изучить особенности этой СУБД. Так, например, в базе данных СУБД FoxPro все таблицы и представления базы данных физически хранятся в отдельных файлах, которые объединяются в одном проекте. В СУБД Access все таблицы базы данных хранятся в одном файле. Для работы с конкретной базой данных, в том числе с целью анализа, аналитику желательно знать описание всех таблиц и их структур (атрибутов, типов данных), количество записей в таблице, а также связи между таблицами. Иногда для этих целей используется словарь данных. К базам данных, а также к СУБД предъявляются такие требования:

  высокое быстродействие; 

 простота обновления данных; 

 независимость данных; 

 возможность многопользовательского использования данных; 

 безопасность данных; 

 стандартизация построения и эксплуатации БД (фактически СУБД); 

 адекватность отображения данных соответствующей предметной области; 

 дружелюбный интерфейс пользователя.

Высокое быстродействие предусматривает малое время отклика, т.е. малый промежуток времени от момента запроса к базе данных до момента реального получения данных. Независимость данных - это возможность изменения логической и физической структуры базы данных без изменения представлений пользователей. Независимость данных обеспечивает минимальные изменения структуры базы данных при изменениях стратегии доступа к данным и структуры самих исходных данных. Эти изменения должны быть предусмотрены на этапах концептуального и логического проектирования базы данных с обеспечением минимальных изменений на этапе физического ее проектирования. Безопасность данных - это защита данных от преднамеренного или непреднамеренного нарушения секретности, искажения или разрушения. Безопасность включает два компонента: целостность и защиту данных от несанкционированного доступа. Целостность данных - устойчивость хранимых данных к разрушению и уничтожению, связанным с неисправностями технических средств, системными ошибками и ошибочными действиями пользователей. Целостность данных - точность и валидность данных. Целостность данных предполагает: отсутствие неточно введенных данных, защиту от ошибок при обновлении баз данных; невозможность удаления (или каскадное удаление) связанных данных разных таблиц; сохранность данных при сбоях техники (возможность восстановления данных) и др.

Защита данных от несанкционированного доступа предполагает ограничение доступа к определенным данным базы и достигается введением мер безопасности: разграничение прав доступа к данным различных пользователей в зависимости от выполняемых ими функций и/или должностных обязанностей; введением защиты в виде паролей; использованием представлений, т.е. таблиц, которые являются производными от исходных и предназначены для работы конкретных пользователей для решения конкретных задач. Стандартизация обеспечивает преемственность поколений конкретной СУБД, упрощает взаимодействие баз данных одного поколения СУБД с одинаковыми и различными моделями данных.

СУБД отвечает за обработку запросов к базе данных и получение ответа. Способы хранения данных могут быть различными: модель данных может быть, как реляционной, так и многомерной, сетевой или иерархической. Предметной областью называют определенную часть реального мира, представляющую интерес для конкретного исследования или планируемых действий и соответственно для использования и отображения в информационной системе (в банке данных или знаний). Банк данных – это автоматизированная система, включающая базу данных, лингвистические, программные, технические, организационно-методические средства, обеспечивающие централизованное накопление и коллективное многоцелевое использование информации в различных областях деятельности пользователей.

Классификация видов данных Какими могут быть данные? Ниже приведено несколько классификаций. Реляционные данные - это данные из реляционных баз (таблиц). Многомерные данные - это данные, представленные в кубах OLAP. Измерение (dimension) или ось - в многомерных данных - это собрание данных одного и того же типа, что позволяет структурировать многомерную базу данных. По критерию постоянства своих значений в ходе решения задачи данные могут быть:

  переменными; 

 постоянными; 

 условно-постоянными. 

Переменные данные - это такие данные, которые изменяют свои значения в процессе решения задачи. Постоянные данные - это такие данные, которые сохраняют свои значения в процессе решения задачи (математические константы, координаты неподвижных объектов) и не зависят от внешних факторов.

Условно-постоянные данные - это такие данные, которые могут иногда изменять свои значения, но эти изменения не зависят от процесса решения задачи, а определяются внешними факторами. Данные, в зависимости от тех функций, которые они выполняют, могут быть справочными, оперативными, архивными. Следует различать данные за период и точечные данные. Эти различия важны при проектировании системы сбора информации, а также в процессе измерений.  данные за период;  точечные данные. Данные за период характеризуют некоторый период времени. Примером данных за период могут быть: прибыль предприятия за месяц, средняя температура за месяц. Точечные данные представляют значение некоторой переменной в конкретный момент времени. Пример точечных данных: остаток на счете на первое число месяца, температура в восемь часов утра. Данные бывают первичными и вторичными. Вторичные данные - это данные, которые являются результатом определенных вычислений, примененных к первичным данным. Вторичные данные, как правило, приводят к ускоренному получению ответа на запрос пользователя за счет увеличения объема хранимой информации.

Метаданные В завершение лекции о данных рассмотрим понятие метаданных. Метаданные (Metadata) - это данные о данных. В состав метаданных могут входить: каталоги, справочники, реестры. Метаданные содержат сведения о составе данных, содержании, статусе, происхождении, местонахождении, качестве, форматах и формах представления, условиях доступа, приобретения и использования, авторских, имущественных и смежных с ними правах на данные и др. Метаданные - важное понятие в управлении хранилищем данных. Метаданные, применяемые при управлении хранилищем, содержат информацию, необходимую для его настройки и использования. Различают бизнес-метаданные и оперативные метаданные. Бизнес-метаданные содержат бизнес-термины и определения, принадлежность данных и правила оплаты услуг хранилища. Оперативные метаданные - это информация, собранная во время работы хранилища данных:  происхождение перенесенных и преобразованных данных;  статус использования данных (активные, архивированные или удаленные);  данные мониторинга, такие как статистика использования, сообщения об ошибках и т.д. Метаданные хранилища обычно размещаются в репозитории. Это позволяет использовать метаданные совместно различным инструментам, а также процессам при проектировании, установке, эксплуатации и администрировании хранилища.