Автоматизация процесса тестирования, защита от изменения, подмены и перехвата при передаче данных и от беспрепятственного физического ко

Реферат

 

Дипломная работа содержит 63 страницы, 10 рисунков и 7 источников.

СИСТЕМА ТЕСТИРОВАНИЯ, ЗАЩИТА ДАННЫХ, СУБД FIREBIRD, ТЕСТИРОВАНИЕ ЗНАНИЙ, ЭКЗАМЕНАЦИОННАЯ СИСТЕМА.

Объектом разработки является защищённая система тестирования знаний учащихся.

Цель работы – автоматизация процесса тестирования, защита от изменения, подмены и перехвата при передаче данных и от беспрепятственного физического копирования базы данных с сервера.

В процессе работы проводилась разработка системы тестирования, выбор и настройка средств шифрования.

В результате проведённой работы создана удобная в эксплуатации, максимально защищённая система тестирования знаний учащихся не имеющая свободно распространяемых аналогов.

Основные эксплуатационные характеристики: дешевизна, высокая степень защиты, интуитивно понятный интерфейс, гибкие настройки, большая скорость обработки результатов тестирования.

Степень внедрения – предполагается.

Эффективность – автоматизированный контроль успеваемости учащихся, высокая степень защиты от хищения и подмены вопросов, ответов и результатов тестирования.

Область внедрения – учебный  процесс, процесс контроля знаний.

 

Содержание

 

Введение 5

1 Теоретические основы 6

1.1 Постановка задачи6

1.2 Проектирование баз данных10

1.3 Среда Firebird как средство разработки СУБД14

1.4 Разработка интерфейса пользователя18

1.5 Выбор средств защиты информации22

2 Разработка и апробация проекта 26

Заключение 39

Список использованных источников 40

Приложение А (обязательное) Код  программы 41

 

Введение

 

Тесты широко применимы на всех ступенях всех форм образования, для принятия на работу, для получения документов, повышенных разрядов и квалификации. Стоит также отметить, что у тестируемых нет простого и общедоступного способа для самостоятельной подготовки не выходя из дома. А ведь именно самостоятельная подготовка может улучшить подготовку и сократить число попыток сдать тот или иной тест. Поток экзаменуемых зачастую настолько велик, что образуются огромные очереди, нарушается плановость процесса приема экзаменов, создаются условия для коррупции экзаменаторов. Унификация, автоматизация, безопасность, простота интерфейса, обслуживания и количество затраченных ресурсов являются важными факторами при тестировании. С каждым годом всё возрастает число хищений персональных данных (паспортных, водительских) и число преступлений связанных с подделкой тестов, документов об образовании и т.д. В настоящий момент существуют закрытые проекты тестирования, внедряющиеся в некоторых регионах, работающих в ГИБДД, разрабатывающиеся в министерстве образования на web-технологиях и т.д. Но эти программы не предоставляются в широкое пользование, нет каких-либо сведений о методах защиты от подмены при проведении тестов, от хищения правильных ответов и результатов экзамена, а также о цене на данную продукцию, что не позволяет повсеместное внедрение таких систем, а также большинство известных систем двухзвенные (клиент-база данных).

Все эти  проблемы позволяет решить разработанная  мною система тестирования. Основное преимущество трёхзвенной структуры  заключается в превосходной степени  защиты (к базе данных нет прямого  доступа из интернета, многоуровневая защита с различными алгоритмами  шифрования).

Для проектирования и разработки базы данных использовались источники [1, 5, 6], для создания приложения тестирования [2, 3], а для обеспечения защиты данных [4, 7].

 

1. Теоретические основы

 

1.1 Постановка задачи

 

Целью данной работы является автоматизация процесса тестирования, защита от изменения, подмены и перехвата при передаче данных и от беспрепятственного физического копирования базы данных с сервера.

При создании автоматизированных систем важным этапом является четкое формулирование постановки задачи, т.е. уяснения того, чего необходимо достичь в конечном итоге. Для этого необходимо тщательное изучение и анализ предметной области и процесса, подвергающегося автоматизации. В данном случае основными задачами, поставленными перед разработкой проекта, являются:

1) структурирование информации и создание базы данных, из экзаменационных билетов;

2) разработка  трёхзвенной (клиент – сервер - БД) системы тестирования знаний  учащихся (разработка приложения  клиента, приложения сервера,  базы данных);

3) организация защиты от изменения, подмены и перехвата данных передаваемых между всеми звеньями системы, а также от беспрепятственного физического копирования базы данных ответов и результатов тестирования;

4) реализация  функций администрирования всего процесса тестирования;

5) реализация обработки данных: регистрация тестируемых, фиксация их ответов, сохранение и вывод на печать;

6) соблюдение ограничения выполнения теста по времени;

7) разработка дружественного и интуитивно понятного интерфейса как для клиента, так и для сервера.

Возможность обработки имеющихся  данных подразумевает получение программным путем сведений о количестве правильных и не правильных ответах и т. д. Полученные при обработке данные при необходимости должны сопровождаться отчетами, подводящими итоги проделанной работы, с возможностью их печати, т.е. документирования. Процесс обработки должен реализовываться наиболее оптимальными методами, обеспечивающими наибольшую точность и достоверность полученных результатов.

Важным  при разработке программ управления данными является и то, как разработан пользовательский интерфейс, насколько программа проста и удобна в применении.

Под простотой  подразумевается легкое освоение работы с данным приложением, под удобством — эффективность и удовлетворение всех потребностей пользователя при работе. В первую очередь, это осуществляется путем визуальных компонентов, экранных форм и диалогового способа общения между приложением и пользователем. При работе с данными для исключения ошибок набора и редактирования необходимо предусмотреть защиту. Эффективность работы предполагает организацию работы программы таким образом, чтобы минимизировать затраты времени пользователя при работе с данными. Так как предусматривается, что разрабатываемое приложение будет иметь клиентскую и серверную часть важно чтобы обмен данными осуществлялся с максимальной для данного объема БД скоростью и защищённым от перехвата и подмены. Это возможно лишь при правильной организации таблиц, их индексации и связи, сжатия данных при передаче, а также при создании оптимального алгоритма работы программы, показанного с помощью UML – диаграммы деятельности (activity diagram) в соответствии с рисунком 1.

Для защиты данных при передаче между звеньями системы рассмотреть работу и настройку программы ZeBeDee, для защиты хранящихся на сервере в БД результатов экзаменов, вопросов и ответов работу TrueCrypt, а в перспективе для защиты данных клиент-сервер компоненты Synapse с TLS криптографией в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 1 – Диаграмма деятельности системы приема экзаменов

 

Рисунок 2 – Схема защиты системы тестирования

 

1.2 Проектирование баз данных

 

Любое предприятие, учреждение, организацию можно рассматривать  как информационную систему, состоящую  из элементов, связей между ними, по которым циркулирует некоторая  информация, определенным образом представленная, перерабатываемая, передаваемая. Говорят, что информационная система функционирует на базе некоторой информационной технологии. В понятие информационной технологии входят все устройства, носители, методы хранения, переработки, принципы обмена информацией.

Задачей проектировщиков автоматизированных систем является включение в существующие информационные системы со своей информационной технологией элементов автоматизации на всех уровнях и создание на базе автоматизации новой информационной технологии.

Создание  современных информационных систем представляет собой сложнейшую задачу, решение которой требует применения специальных методик и инструментов.

На современном  рынке средств разработки ИС достаточно много систем, в той или иной степени удовлетворяющих возрастающим требованиям. Выполнение этих требований привело к созданию единого для всех задач блока данных (базы данных) и разработке одной управляющей программы для манипулирования данными на физическом уровне (системы управления базой данных-СУБД).

Базами  данных (БД) называют электронные хранилища информации, доступ к которым осуществляется с помощью одного или нескольких компьютеров. Обычно БД создается для хранения и доступа к данным, содержащим сведения о некоторой предметной области человеческой деятельности или области реального мира.

Системы управления базами данных (СУБД) - это программные средства, предназначенные для создания, наполнения, обновления и удаления баз данных.

Различают три основных вида СУБД:

- промышленные  универсального назначения

- промышленные  специального назначения

- разрабатываемые  для конкретного заказчика 

Специализированные  СУБД создаются для управления базами данных конкретного назначения - бухгалтерские, складские, банковские и т.д. Универсальные СУБД не имеют четко очерченных рамок применения, они рассчитаны "на все случаи жизни" и, как следствие, достаточно сложны и требуют от пользователя специальных знаний. Как специализированные, так и универсальные промышленные СУБД относительно дешевы, достаточно надежны (отлажены) и готовы к немедленной работе, в то время как заказные СУБД требуют существенных затрат, а их подготовка к работе и отладка занимают значительный период времени. Однако, в отличие от промышленных, заказные СУБД в максимальной степени учитывают специфику работы заказчика, их интерфейс обычно интуитивно понятен пользователям и не требует от них специальных знаний.

В зависимости  от расположения СУБД различают локальные и распределенные (удаленные) СУБД. Все части локальной СУБД размещаются на компьютере пользователя базы данных. Если к одной базе данных обращаются несколько пользователей одновременно, каждый пользовательский компьютер должен иметь свою копию локальной СУБД. В отличие от этого, значительная часть программно-аппаратных средств распределенной СУБД централизована и находится на одном достаточно мощном компьютере (сервере), в то время как компьютеры пользователей несут относительно небольшую часть СУБД, которая называется клиентом. Локальные СУБД могут работать в сети, но могут и не использовать ее, в то время как распределенные (клиент-серверные) СУБД обязательно работают в компьютерной сети. Местонахождение базы данных никак не влияет на специфику СУБД: в локальных СУБД сама БД может располагаться как на компьютере пользователя, так и на удаленном сетевом компьютере (файл-сервере). Безусловным достоинством клиент-серверных систем является возможность централизованного управления доступом к БД. В таких системах база данных в значительной мере защищена как от случайных, так и намеренных искажений, в них проще реализовать целостность и непротиворечивость данных.

Исходя  из задачи, проектируемая база данных будет БД «выборки».

Требования:

1. время обработки не критично;
2. достоверность;
3. целостность;
4. минимальная избыточность.

По степени  открытости различают открытые (включающие) и замкнутые (специализированные, автономные) языки.

Включающий - это стандартный язык программирования, расширенный средствами подъязыка  данных - операторами манипулирования  базами данных, то есть операторами, связанными с обращением к БД. Операции, непосредственно не связанные с обращением к БД, не входят в функции подъязыка и реализуются средствами включающего языка.

Замкнутый язык программирования является специальным языком, ориентированным на работу с базами данных. По возможностям средств манипулирования он существенно превосходит включающие языки, но несколько уступает им по вычислительным возможностям. Такие языки широко применяются в СУБД на персональных компьютерах. В качестве примера можно указать языки dBase, Clipper, SQL, QBE.

Процедурность и декларативность - два противоположных  свойства языка, отражающие степень  алгоритмизации решаемой задачи. Примером декларативного языка является QBE, примером процедурного языка dBase. Высокой степенью декларативности обладает язык SQL.

Третий  признак классификации (по используемому  в языке математическому аппарату) делит язык программирования на три  уровня. К низшему уровню относятся  языки, ориентированные на манипулирование  одиночными записями, то есть основанные на принципе «одно выполнение оператора - одна запись БД». Ориентация на обработку одиночных записей характерна для иерархической и сетевой модели данных. К более высокому уровню принадлежат языки, использующие аппарат реляционной алгебры. Они обеспечивают манипулирование не одиночными записями, а множествами записей: в качестве операндов и результатов операций используются отношения реляционной модели данных.

Программа в СУБД, так же как и в стандартных  системах программирования, представляет собой последовательность операторов языка программирования. В зависимости от степени сложности решаемых задач программа может иметь простую либо сложную структуру. В последнем случае программа строится по модальному принципу, т. е. включает главный модуль и множество подпрограмм (процедур). При разработке БД принцип модульности наиболее удобен и эффективен.

 

1.3 Среда Firebird как средство разработки СУБД

 

SQL – сервер Firebird предназначен для хранения и обработки больших объемов информации в условиях одновременной работы множества клиентских приложений. Его технические характеристики по многим параметрам опережают соответствующие им характеристики сервера MYSQL. К примеру, максимальный размер одной базы данных может достигать 64 Тбайт, максимальное количество таблиц и строк в одной таблице не ограничивается. При столь смелых заявленных параметрах производитель гарантирует целостность данных и комфортные условия работы с ней.

Firebird - сервер баз данных, имеющий 25-летнюю историю (создан в 1985 году). Инновации, предложенные в этом сервере, не только остаются актуальными до сих пор, но и начинают широко внедряться в альтернативных СУБД. Основной особенностью функциональности Firebird является версионность. Механизм версионности впервые был предложен (в теории) Д.П. Ридом в 1978 году, и далее идеи многоверсионного доступа в СУБД были описаны Ф.Бернштейном и Н. Гудменом в 1981 году. На текущий момент в той или иной степени версионный механизм поддерживают кроме Firebird: Oracle, PostgreSQL, а также MS SQL

Сервер Interbase фирмы Borland является полнофункциональным  сервером реляционных баз данных. Начиная с версии 6.0, Borland сделала  доступным исходный текст сервера  для бесплатного использования. На основе исходного текста IB 6.0 появилось  несколько клонов IB под разными  именами. Сторонние разработчики исправляли ошибки, выявленные в исходном коде, и расширяли функциональность сервера. Одним из самых известных клонов стал Firebird разработкой и сопровождением которого занимается сообщество разработчиков, включая бывших сотрудников подразделения Borland Interbase, а также компанию IBPhoenix (бывшая Interbase Software Corp.).

Сервер  выпускается под несколько платформ (Win32, linux, solaris, freebsd, darwin) в двух архитектурах – SuperServer и Classic. Основное различие между ними состоит в том, что Classic создает параллельный процесс для каждого присоединяемого пользователя, а SuperServer состоит из одного процесса, который обрабатывает запросы клиентов в разных нитях (threads) этого же процесса. Архитектура Classic считается более надежной, а SuperServer более производительной. Для платформы Win32 сервер выпускается только в архитектуре SuperServer.

Сервер  на Win32 запускается в качестве сервиса  ОС. Клиентские приложения могут присоединяться к нему несколькими способами: по протоколам NetBEUI, TCP/IP; локальное подключение (в случае, если вы работаете на машине, на которой запущен сервер).

Сочетая легкость установки, автоматическое восстановление после аварийных отказов и  минимальные требования к администрированию, FireBird является наиболее подходящим решением для встраивания в тиражируемые приложения. Обладая поддержкой многопроцессорного режима и сложной архитектурой, Firebird идеально подходит для многофункциональных бизнес приложений, обслуживающих большое количество пользователей.

Производительность, удобство использования, поддержка Windows, Linux и Solaris, а также таких сред разработки, как Embarcadero Delphi, C++, Lazarus и Kylix позволяют Firebird занять ведущее место среди разработчиков и стать бесплатным вариантом ПО для предприятий.

В основе Firebird находится многоуровневая архитектура управления несколькими версиями, предлагающая весомые преимущества в надежности, производительности, эффективности труда разработчиков и постоянном сопровождении. FireBird освобождает разработчиков от решения проблем совместимости и задач памятью, и наряду с этим обеспечивает немедленное восстановление после аварийных отказов.

FireBird представляет собой идеальное решение для установки в условиях отсутствия администратора баз данных или IT-поддержки. Автоматическое восстановление после аварийных сбоев и автоматизированные процессы управления учетными записями пользователей, оперативное резервное копирование и автоматизация других задач сопровождения позволяют существенно уменьшить потребность в администрировании. Функции автоматической настройки включают оптимизацию запросов на основе затрат и автоматическую "сборку мусора". Динамическая перестройка структур индекса улучшает производительность и уменьшает потребность в администрировании.

СУБД  Firebird не привязывает разработчиков к определенному языку программирования или к какой-либо платформе. Firebird обеспечивает межплатформенную совместимость систем Windows, Linux, Solaris и Java, при этом не требуется перекодирование и поддержка нескольких серверных частей СУБД.

Совместимость со стандартом SQL92 и отсутствие специфического синтаксиса позволяет разработчикам, знакомыми с другими SQL базами данными, быстро изучить набор команд Firebird SQL. Совместимость СУБД Firebird с широким спектром набора команд SQL92 позволяет уменьшить количество проблем во время разработки ПО.

Низкие  требования к системным ресурсам позволяют легко устанавливать  Firebird на системах с ограниченными оперативной памятью (RAM) и дисковым пространством. Настраиваемые компоненты установки позволяют прозрачно внедрять Firebird в разработанные сторонними фирмами процедуры установки приложений. Структура лицензирования СУБД Firebird позволяет разработчикам легко отслеживать любое использование созданного приложения, что упрощает лицензирование доступа к приложению.

Firebird полностью интегрируется с Embarcadero Delphi, C++, Lazarus, Kylix и Borland Delphi. Использование Firebird с визуальной, высокоинтуитивной средой разработки позволяет разработчикам ускорить процесс разработки и развертывания приложений. Поддержка ODBC и JDBC API позволяет использовать в Firebird приложения, созданные с помощью большинства популярных средств разработки. Производительность разработчиков увеличивается благодаря использованию знакомых средств разработки.

Для дальнейшего  написания интерфейса для базы данных была выбрана всем известная среда  программирования Embarcadero Delphi, так как это мощное и гибкое средство при работе с базами данных, основанное на низкоуровневом ядре.

 

1.4 Разработка интерфейса пользователя

 

Современные средства разработки ПО характеризуются  большим разнообразием критериев, используя которые разработчик имеет возможность автоматизировать процесс разработки приложений. Они характеризуются следующими параметрами:

• поддержка объектно-ориентированного стиля программирования;
• использование визуальных компонент для наглядного проектирования интерфейса;
• поддержка БД;
• возможность использования алгоритмов реляционной алгебры для управления реляционными базами данных;
• возможность синхронизации составных частей проекта

Среди большого разнообразия продуктов для разработки приложений Delphi занимает одно из ведущих  мест. В основе такой общепризнанной популярности лежит тот факт, что Delphi, как никакая другая система программирования, удовлетворяет изложенным выше критериям. Приложения с помощью Delphi разрабатываются быстро. Они надежны и при эксплуатации обладают предсказуемым поведением.

Пакет Delphi - продолжение линии компиляторов языка Pascal корпорации Borland. Pascal как язык очень прост, а строгий контроль типов данных способствует раннему  обнаружению ошибок и позволяет  быстро создавать надежные и эффективные программы.

В смысле проектирования, Delphi мало чем отличается от проектирования в интерпретирующей среде, однако после выполнения компиляции мы получаем код, который исполняется в 10-20 раз быстрее, чем тоже самое, сделанное при помощи интерпретатора. Следует отметить также, что благодаря опции оптимизации сегментов удается существенно сократить размер выполняемого файла.

Delphi поддерживает  использование уже существующих  объектов, включая DLL, написанные на C++, OLE сервера, VBX, объекты, созданные при помощи Delphi. Из готовых компонент работающие приложения собираются очень быстро. Кроме того, поскольку Delphi имеет полностью объектную ориентацию, разработчики могут создавать свои повторно используемые объекты для того, чтобы уменьшить затраты на разработку.

Компоненты, используемые при разработке в Delphi, встроены в среду разработки приложений и представляют собой набор типов объектов, используемых в качестве фундамента при строительстве приложения.

Этот костяк называется Visual Component Library (VCL). В VCL есть такие стандартные элементы управления, как строки редактирования, статические элементы управления, строки редактирования со списками, списки объектов. Еще имеются такие компоненты, которые ранее были доступны только в библиотеках третьих фирм: табличные элементы управления, закладки, многостраничные записные книжки. Все объекты разбиты на страницы по своей функциональности и представлены в палитре компонент.

Ключевой  особенностью Delphi является возможность  не только использовать визуальные компоненты для строительства приложений, но и создание новых компонент. Такая  возможность позволяет разработчикам  не переходить в другую среду разработки, а наоборот, встраивать новые инструменты  в существующую среду.

Поддержка баз данных в среде Delphi осуществляется двояко. С одной стороны в ней  широко используются компоненты, предназначенные  для работы с базами данных. С  их помощью можно создавать простые  приложения, предназначенные для  обработки данных, и приложения типа клиент/сервер.

Особенностью  этих компонентов является то, что  во время создания приложения Delphi отображает результаты обработки данных, и позволяет  проанализировать различные ситуации, которые могут сложиться в  процессе работы программы. С другой стороны поддержка баз данных в Delphi осуществляется с помощью набора драйверов соединений с SQL-северами Embarcadero SQL Links for Windows, которые позволяют интегрированному в Delphi ядру процессора баз данных, (BDE) Borland Database Engine, получать доступ к локальным базам данных Paradox, dBASE, Access, FoxPro, а также SQL-северам Firebird, Informix, Oracle, Sybase, DB2, Microsoft SQL..

BDE позволяет  осуществлять доступ к данным  как с использованием традиционного  record-ориентированного (навигационного) подхода, так и с использованием set-ориентированного подхода, используемого  в SQL-серверах баз данных. Кроме  BDE, Delphi позволяет осуществлять доступ  к базам данных, используя технологию (и, соответственно, драйверы) Open DataBase Connectivity (ODBC) фирмы Microsoft. Но, как показывает  практика, производительность систем  с использованием BDE гораздо выше, чем иных при использовании ODBC. ODBC драйвера работают через специальный "ODBC socket", который позволяет встраивать их в BDE.

Компоненты  визуализации данных позволяют отображать данные в виде таблиц, полей, списков. Отображаемые данные могут быть текстового, графического или произвольного  формата. Таблицы сохраняются в базе данных. Некоторые СУБД сохраняют базу данных в виде нескольких отдельных файлов, представляющих собой таблицы (в основном, все локальные СУБД), в то время как другие состоят из одного файла, который содержит в себе все таблицы и индексы (Firebird). Например, таблицы dBase и Paradox всегда сохраняются в отдельных файлах на диске. Firebird сохраняет все таблицы в одном файле, имеющем расширение .gdb, поэтому этот файл и есть база данных InterBase.

В состав Delphi включен такой прекрасный инструмент разработки БД как Rapid SQL.

Firebird - это система управления реляционными базами данных, для построения приложений с архитектурой клиент-сервер произвольного масштаба: от сетевой среды небольшой рабочей группы с сервером под управлением Novell NetWare или Windows NT на базе IBM ПК до информационных систем крупного предприятия на базе серверов IBM, Hewlett-Packard, SUN и т.п.

Важной  составной частью приложения является вывод данных на печать - получение отчета.

Отчет –  это виртуальный образ бумажного  листа, который в дальнейшем без  изменений воспроизводится на принтере. В седьмой версии Delphi появился набор компонентов Rave Reports, который заменил морально устаревший набор QReports. Эти компоненты позволяют подготовить произвольное число виртуальных страниц отчетов в простом визуальном редакторе. Компоненты набора обладают множеством характеристик, что позволяет детально настроиться на возможности конкретного принтера.

 

1.5 Выбор средств защиты информации

 

Чтобы получить доступ к базе данных СУБД Firebird, приложению (пользователю) необходимо подключиться к процессу сервера Firebird. При получении  запроса на соединение процесс сервера  удостоверяет пользователя по базе данных безопасности (security database). После успешного  удостоверения сервер разрешает  приложению (пользователю) произвести доступ к любой базе данных, а  затем сервер использует роли и права  пользователей, определенные в самой  базе данных, чтобы обеспечить тонкую настройку системы доступа к  объектам базы данных. Никогда при  подключении к базе данных пользователю нет необходимости иметь прямой доступ к, собственно, файлу базы данных. Все соединения и весь доступ происходит через процесс сервера баз  данных, который выполняет обращение  к файлу базы данных по необходимости, с целью выполнить запросы  пользователя. Сервер является тем  «устройством», которое ограничивает или разрешает доступ зарегистрированным пользователям в соответствии с  правами этих пользователей, определенными  для каждого конкретного пользователя в каждой конкретной базе данных. Каждая установленная СУБД Firebird имеет предопределенного  пользователя с именем SYSDBA. Этот пользователь является администратором, и имеет неограниченный доступ ко всем базам данных, доступным СУБД. Права, определенные в конкретной базе данных, игнорируются, если подключение к базе данных осуществляется пользователем SYSDBA. Это также означает, что если у кого-то есть прямой доступ к файлу базы данных, то он без труда сможет скопировать этот файл с сервера, где пароль пользователя SYSDBA неизвестен, на другой сервер, где пароль будет известен, что приведет к возможности неограниченного доступа к содержимому базы данных. Безопасность СУБД Firebird исходит из предположения о том, что серверный процесс будет работать в достаточно безопасном окружении. Сама СУБД Firebird не предпринимает никаких мер для обеспечения внешней безопасности. Как только некто получает физический доступ к файлу базы данных, не существует способов предотвратить доступ ко всем данным (в том числе, метаданным) этого файла.