KONTROLA DOSTĘPU DO DANYCH W SYSTEMACH E-LEARNINGU

Transkrypt

1 Streszczenie KONTROLA DOSTĘPU DO DANYCH W SYSTEMACH E-LEARNINGU Michał Lebuda Górnośląska WyŜsza Szkoła Handlowa w Katowicach michal@gwsh.pl W referacie przedstawiono szczególny przypadek ochrony informacji, kiedy musi być zapewniony kontrolowany dostęp do danych dla szerszego kręgu osób. Ilustracją do przedstawionej tematyki jest przykładowa aplikacja słuŝąca jednoczesnej weryfikacji wielu osób, pod kątem ich wiedzy, umiejętności. Problem dotyka równieŝ szeroko pojętego e-learningu, gdzie są podejmowane próby badania skuteczności przekazywania wiedzy na odległość. W opisywanych rozwiązaniach przyjęto linię minimalizacji wydatków i maksymalizacji bezpieczeństwa. Słowa kluczowe: baza danych, autoryzacja, bezpieczeństwo Wprowadzenie Istnieje wiele aplikacji, pozwalających na wspomaganie procesu weryfikacji wiedzy i indywidualnych umiejętności osób kształcących się. Od popularnych klasówek szkolnych, realizowanych coraz częściej przy uŝyciu sprzętu w pracowniach komputerowych, poprzez egzaminy na prawo jazdy, aŝ do testów sprawdzających na uczelniach wirtualnych. Podstawową kwestią jest sprawdzenie, czy dany uczestnik podchodzi do testu osobiście, czy osoba nie jest podstawiona. Z oczywistych względów, ta część weryfikacji została w artykule pominięta i przyjęto załoŝenie, Ŝe osoba podchodząca do testu jest do niego prawnie dopuszczona. Aplikacje, pomocne w takich przypadkach, muszą być pewne, stabilne i pod kaŝdym względem bezpieczne. Cena bezpieczeństwa na poziomie sprzętu i aplikacji jest uzaleŝniona od wagi testu (egzaminu). Jednak w kaŝdym przypadku występują osoby posiadające dostęp do pytań i odpowiedzi. Wystarczy się zatem skupić na rozwiązaniu, w którym liczba osób wtajemniczonych jest ograniczona do personelu obsługi. Platforma sprzętowo-programowa Nie bez znaczenia jest koszt przedsięwzięcia mierzony liczbą równocześnie zdających osób (liczba stanowisk komputerowych), ilość zastosowanych urzą-

2 218 Teoretyczne podstawy tworzenia SWO i strategie budowy e-biznesu dzeń sieciowych i okablowania oraz uŝytych serwerów wraz z potrzebnym oprogramowaniem. Wartość wymienionych czynników niejednokrotnie przekracza cenę aplikacji, słuŝącej do zbierania i analizowania wyników testu. Dlatego najczęściej zapada decyzja o wykorzystaniu juŝ istniejącej infrastruktury informatycznej (np. wyŝszej uczelni). Obecnie funkcjonującym standardem są pracownie wyposaŝone w komputery osobiste, połączone siecią z dostępem do Internetu. KaŜde stanowisko jest autonomiczne wyposaŝone w system operacyjny z przeglądarką internetową. Jeśli przyjąć to za punk wyjścia, to do uruchomienia systemu brakuje tylko serwera. Bazując na oprogramowaniu open source [1], [2], zarówno w odniesieniu do systemu operacyjnego, jak i aplikacji uŝytkowych, moŝna z powodzeniem ominąć drogie platformy programowe, nie tracąc przy okazji moŝliwości wielodostępowej pracy. Wymagania sprzętowe serwera zaleŝą przede wszystkim od wielkości bazy i ilości dostępów w określonej jednostce czasu. Jednak zastosowany sprzęt nie musi mieć najwyŝszych parametrów technicznych. W większości przypadków wystarczy nawet najpopularniejszy na rynku komputer o niezbyt wygórowanych parametrach zoptymalizowanych pod kątem pracy serwera czyli np. wyeliminowanie w miarę moŝliwości karty dźwiękowej, zastosowanie najtańszej karty grafiki, na korzyść szybszego dysku twardego i większej pamięci operacyjnej. Podobnie wygląda sprawa oprogramowania serwera. PrzewaŜnie bezpieczeństwo serwera jest uzaleŝnione od indywidualnych umiejętności administratora systemu. Dlatego trudno narzucać jedynie słuszny system operacyjny, zwłaszcza Ŝe w ostatnim okresie bardzo popularne stają się aplikacje wieloplatformowe. Ponadto wiele instytucji edukacyjnych (a głównie takie są zainteresowane przedstawianym rozwiązaniem) posiada specjalne, akademickie licencje na róŝnego rodzaju oprogramowanie. W ich przypadku zastosowanie najnowszej wersji serwerowego systemu Windows czy najpopularniejszego Linux a [3] bądź FreeBSD [4] nie stanowi dodatkowych kosztów finansowych. PowyŜsze systemy operacyjne są tutaj rozpatrywane ze względu na ich ogromną popularność. Istotne jest teŝ, Ŝe przy ich zastosowaniu są dostępne równie popularne i powszechnie uznane za bezpieczne systemy baz danych (PostgreSQL 1 ) i serwerów www (Apache 2 ). Konfiguracja serwera i struktura bazy W proponowanym rozwiązaniu wykorzystano system operacyjny FreeBSD w wersji 4.9-RELEASE [5], który doskonale nadaje się do uruchomienia serwerów: www i bazy danych oraz umoŝliwia włączenie zaawansowanych technik zabezpieczeń. Uruchomiono serwer bazy danych PostgreSQL w wersji 7.4 i

3 Kontrola dostępu do danych w systemach e-learningu 219 serwer www Apache-2.0, wyposaŝone dodatkowo w moduł PHP4 3, który pozwala na generowanie skryptów HTML po stronie serwera wraz z łatwą integracją z bazą danych. W rozwiązaniu stosuje się moduł języka PHP, zintegrowany z serwerem Apache. Struktura bazy jest prosta i funkcjonalna, składa się z czterech podstawowych tabel: Student, Egzaminator, Pytania, Odpowiedzi. Pierwsza wymieniona tabela powinna być importowana z systemu informatycznego dziekanatu i oprócz informacji jednoznacznie identyfikujących studenta musi zawierać dane przypisujące konkretną osobę do odpowiedniej grupy dziekańskiej. Dzięki temu moŝliwe będzie ustalenie kierunku studiów oraz bieŝącego semestru studenta, a w konsekwencji udostępnienie mu pytań testowych tylko z tych przedmiotów, które ma obowiązek zaliczyć. Druga z wymienionych tabel jednoznacznie identyfikuje autorów pytań testowych i przedmioty, które prowadzą. W ten sposób jeden prowadzący ma moŝliwość przeprowadzenia testów ze wszystkich przedmiotów, które prowadzi, a identyczne przedmioty innych prowadzących nie będą kolidować. NajwaŜniejszą elementem w bazie jest tabela Pytania. W najprostszej formie będzie wyglądać jak w Tabeli 1. Zawartość poszczególnych pól powinna wyglądać następująco: id_prow, jednoznaczna identyfikacja egzaminatora zarejestrowanego w systemie, id_przedm, identyfikator przedmiotu, moŝe pochodzić z oddzielnej tabeli lub tylko jako rozróŝnienie kilku przedmiotów tego samego egzaminatora nr_pytania, numer pytania w zakresie jednego przedmiotu u danego prowadzącego, tresc_pytania, treść pytania wyświetlanego studentowi podczas testu wraz z moŝliwymi odpowiedziami: a, b, c, d, tabela moŝe być wzbogacona o kolejne pole pozwalające na umieszczenie ilustracji do kaŝdego pytania, w zaleŝności od sposobu wyświetlania treści moŝe to być teŝ tekst formatowany zgodnie ze standardem HTML, odpowiedzi, moŝe zawierać jedną lub kilka prawidłowych odpowiedzi, dzięki temu automatycznie moŝna zastosować testy wielokrotnego wyboru, ponadto jedna kwerenda sprawdzająca długości pola odpowiedzi w zakresie pytań z danego przedmiotu pozwoli na wyświetlenie studentowi bezbłęd- 3

4 220 Teoretyczne podstawy tworzenia SWO i strategie budowy e-biznesu nej informacji czy ma do czynienia z testem jednokrotnego, czy wielokrotnego wyboru, uwaga! pole to musi zawierać przynajmniej jedną prawidłową odpowiedź w przeciwnym wypadku nie powinno zostać wyświetlone, waga, określenie poziomu trudności danego pytania. id_ prow id_ przedm Tabela 1. Przykładowe wypełnienie tabeli Pytania nr_ tresc_pytania odpowiedz waga pytania Wykresem której funkcji jest parabola? a) y=ax+b, b) y=ax 2 +bc+c, c) y=x W funkcji postaci y=ax+b parametr a decyduje o: a) nachyleniu prostej, b) przesunięciu wykresu Jaką ma postać liczba pojedyncza rzeczownika drzwi : a) drzew, b) nie posiada. Źródło: opracowanie własne bc 1 a 2 b 1 W przykładzie zaprezentowanym w Tabeli 1. są trzy pytania jednego egzaminatora dwa pierwsze pochodzą z jednego przedmiotu ostatnie z innego. Pierwsze pytanie naleŝy do testu wielokrotnego wyboru, dzięki czemu drugie powinno być zakwalifikowane do takiej samej grupy, choć jest tam prawidłowa tylko jedna odpowiedź. Liczba pytań w ramach jednego przedmiotu powinna być odpowiednia do liczby zdających. Następnie pytania są losowo wybierane spośród ogółu i wyświetlane w przypadkowej kolejności. Dzięki temu dwie osoby zdające na sąsiednich stanowiskach, najprawdopodobniej nigdy nie będą nigdy miały identycznych testów. Pole waga umoŝliwia określenie skali trudności pytania. Tabela odpowiedzi łączy numer pytania z odpowiedniego testu z odpowiedzią udzieloną przez konkretną osobę. Funkcjonalność rozwiązania a bezpieczeństwo danych Aby moŝna było mówić o bezpieczeństwie danych, naleŝy w pierwszej kolejności uchronić je przed fizycznym dostępem osób niepowołanych. Choć wydaje się to być sprawą oczywistą, taki układ bardzo często występuje tylko w

5 Kontrola dostępu do danych w systemach e-learningu 221 teorii. Do bieŝących rozwaŝań wystarczy przyjąć, Ŝe serwer jest zabezpieczony zarówno od strony fizycznej, jak i programowej. Umieszczenie komputera w chronionym pomieszczeniu, stała aktualizacja systemu oraz bieŝące monitorowanie informacji systemowych pozwala uzyskać wysoki stopień bezpieczeństwa dla potencjalnych włamywaczy. Kolejnym krokiem jest zapewnienie komfortu pracy wszystkim: zarówno zdającym jak i egzaminatorom. Dobrym przykładem zastosowania projektu będzie wyŝsza uczelnia, posiadająca kilka sal komputerowych z indywidualnymi stanowiskami dla studentów. KaŜde stanowisko komputerowe jest z reguły włączone do wewnętrznej podsieci, a stamtąd do Internetu. Przy okazji stosuje się róŝnego rodzaju urządzenia bezpieczeństwa typu firewall oraz mechanizmy translacji adresów IP. Dzięki tym podstawowym zabiegom, serwer testy moŝe być odseparowany od Internetu. Pozostaje sprawa lokalnego dostępu do danych. Stanowisko zdającego powinno być na czas testu odpowiednio przygotowane. Z uwagi na róŝnorodność potencjalnych pytań, niedopuszczalne jest, aby przeglądarka internetowa potrzebna do uruchomienia testu słuŝyła jednocześnie jako wyszukiwarka informacji w Internecie. Ponadto naleŝy pamiętać o róŝnego rodzaju prostych mechanizmach wbudowanych w systemy operacyjne, które pozwalają porozumiewać się pomiędzy komputerami włączonymi do sieci lokalnej. W systemach Windows jest to np. polecenie: NET SEND {nazwa * /DOMAIN[:nazwa] /USERS} komunikat W najnowszych systemach operacyjnych bez problemu moŝna zalogować się do stacji roboczej jako uŝytkownik o mocno ograniczonych prawach. Uprawnienia te głównie polegają na braku moŝliwości instalowania własnego oprogramowania (aby uŝytkownik nie mógł zainstalować np. komunikatora internetowego/intranetowego). Gdy do tego zablokować moŝliwość otwarcia witryn internetowych innych niŝ strony umieszczone na serwerze test, a takie moŝliwości ma kaŝda przeglądarka www nie ma konieczności fizycznego blokowania dostępu z komputerów w pracowni do Internetu. NaleŜy tutaj zwrócić szczególną uwagę, Ŝe bardzo często blokada dostępu z komputerów w sieci lokalnej do Internetu nie byłaby tak prosta, poniewaŝ wiązałaby się albo z koniecznością odpięcia całych podsieci albo ze skomplikowanymi przeróbkami w strukturze sieci. Trzeba pamiętać, Ŝe na etapie projektowania sieci w salach komputerowych najprawdopodobniej nie było konieczności tworzenia mechanizmów wyłączania dostępu do Internetu. Stosowne przeróbki nie tylko zwiększyłyby koszty rozwiązania, ale równieŝ mogłyby spowodować luki w bezpieczeństwie dla komputerów znajdujących się w chronionej strefie wewnątrz budynku. Prezentacja wyników wnioski końcowe Odpowiednio napisane skrypty w języku PHP pozwalają na kontrolowanie sesji testowej, przez co zdający nie ma moŝliwości np. na wielokrotne udzielanie

6 222 Teoretyczne podstawy tworzenia SWO i strategie budowy e-biznesu odpowiedzi na to samo pytanie. Po zakończeniu testu zdający ma moŝliwość natychmiastowego odczytania oceny na ekranie monitora, a prowadzący wyświetlenia i wydrukowania wszystkich nazwisk z grupy wraz z ocenami. Aby kaŝdy z uczestników testu, zarówno egzaminator, jak i osoba zdająca, mieli dostęp wyłącznie do swoich informacji, naleŝy stosować system mocnych haseł. MoŜna zwiększyć bezpieczeństwo zmiany samych pytań przez ograniczenie dostępu do zapisu tabeli pytań wyłącznie przez administratora systemu, który import tabeli moŝe przeprowadzać bezpośrednio na serwerze. Jednak pozostaje problem haseł studentów w ich interesie wcale nie leŝy utajnienie własnego testu. Wręcz odwrotnie studenci będą chcieli poznać jak największą liczbę pytań, aby móc się lepiej przygotować na ewentualny następny termin. Problem jest szerszy i wkracza w dziedzinę psychologii i socjologii, ale rozwiązanie naleŝy znaleźć na poziomie informatyki. Najlepszym rozwiązaniem byłoby zastosowanie legitymacji elektronicznej na stanowiskach komputerowych z personalnie kontrolowanym dostępem. Wtedy kwestia identyfikacji osoby byłaby łatwiejsza, bo na takiej legitymacji musi znajdować się teŝ zdjęcie. Pociągnęłoby to za sobą jednak duŝe wydatki, a w bieŝącym opracowaniu przyjęto linię minimalizacji kosztów. Jedynym rozwiązaniem jest zatem powszechnie znany i często stosowany mechanizm haseł jednorazowych. Niestety nie jest to rozwiązanie idealne, poniewaŝ przy obecnym rozwoju techniki, zdający moŝe próbować przekazać hasło innej osobie, która lepiej rozwiąŝe test. Literatura [1] (Licencja GNU) [2] (Licencja BSD) [3] (Linux - dokumentacja) [4] (Licencja FreeBSD) [5] (Czym jest BSD) DATA ACCESS CONTROL IN E-LEARNING SYSTEMS This paper is about special kind of access control, when many people have to access the same data. Groundwork of this study is an exam test application. Program use existing infrastructure of computer laboratory in high school, but problem also exist in e-learning, when people learn in home but have to individually pass exam in high school building. Special accent of this paper is to minimize solution s costs and maximize of data security. Key words: database, authorization, security