基于RBAC权限模型实现医院计算机信息管理的研究

董向文

(广西中医药大学 第一附属医院，广西 钟山 530023)

0 引言

随着现代的计算机技术不断升级，医院管理信息化程度越来越高，医院的管理信息类型繁多，需要耗费大量的时间进行处理，工作效率低。医院的信息管理不仅包括医生及患者信息、病案、医院设施、物资、人事、财务、药房及药物价格，还包括其他部门的信息交互，及时地了解相关的信息变动。目前，医院计算机信息管理系统面临最大的难题是信息安全保障[1-4]，为了解决问题，本文通过RBAC权限模型对医院计算机信息进行有效的管理[5-8]。

1 RBAC技术

随着我国的发展，各行各业的数据不断信息化，每个角色都有自己的数据库，任何角色都无权获取不属于自己的数据库相关的信息，而RBAC技术正是为了这个而提出的。RBAC技术在各行业信息管理平台中比较广泛的应用，扩展性强[9]，RBAC模型如图1所示，其主要思想如下：

图1 RBAC模型

首先创建角色集合，放在权限集合与用户集合中间，角色本身拥有配套的访问权限，具体用户不需要被直接授予系统中的访问权限，只需要被安排到合适的角色即可。在信息管理中，只需要角色授权信息，即可得到配套的访问权限，减少系统开销，简化角色权限管理[10]。

如图1所示，RBAC模型由角色、用户、会话、权限构成。一个角色可分配到多个用户，同理，一个用户也可被赋予多个角色，角色与权限也同样如此。角色本身具有配套的权限，首先创建一个会话，在该会话中，当角色被分配到用户时，该用户自动获得相应的所有权限。

通过RBAC技术，使管理系统的工作效率提高，使用户授予权限的过程节省了不少的时间，有助于减少系统开销，提高安全性[11-12]。下面描述内容是RBAC技术的优势：

1)该技术给用户赋予了本身拥有配套权限的角色，以便降低了开销，提高了灵活性和管理效率，大大节省了管理技术复杂的用户角色占据的空间。

2)职责分离，比如，为了提高安全性，防止发生欺骗现象，在支付平台中通过该技术将实际付款和授权付款分开进行，减少经济损失。

3)最小权限原则，为了避免有些用户利用职权进行滥用行为，利用技术给每个用户分配到该角色本身拥有的权利，该权利只能在自己工作范围内履行，不能超过角色本身权限范围，超出范围外的权利视为无效。

2 医院计算机信息管理系统

2.1 整体平台模块设计

随着科学技术发展，医院信息管理系统的权限体制越来越精细，增强了权限管理灵活性。医院信息管理系统设计思想是“谁拥有权利，职责是什么、应该做什么”，权限系统主要实现整体控制，业务逻辑主要实现局部控制。例如，在某个业务里，A医生拥有删除本身创建的病历信息的权限，同时，拥有A医生角色权限的B医生只能修改A医生创建的病历信息，其他医生只能查看病历信息的权限，这就需要通过业务逻辑来实现这一要求。权限系统的主要问题是给医生赋予什么样的角色，同样角色本身自带配套的权限，同时利用业务逻辑根据独特权限要求通过编码实现其他的权限，建立健全的权限体系。

基于上述主要思想，现在设计出如图2所示的功能模块图，在该功能模块图中，将医院计算机信息管理平台划分为若干平台，比如，该模块分为界面客户端平台、网站查询平台、后台管理平台、手机客户端平台等[13-15]。为了论述的需要，将上述模块作为主要的平台进行论述。界面客户端平台主要通过主机进行访问不同应用功能，比如用户注册及登录。网站查询平台主要通过网站对应用功能进行访问。手机客户端平台通过手机进行访问医院信息。后台管理平台主要管理和维护医院计算机信息系统运行，以保障系统安全性。

图2 功能模块设计

通过上述模块设计，能够在医院计算机信息管理平台上实现界面登录、预约挂号、就诊呼叫、病例查询等功能。用户还可以在后台管理平台实现各项功能的应用[16-17]，比如平台安全管理、系统数据管理、系统角色管理和系统日志管理等。在引入RBAC技术后，需要对数据库进行设计，下文将详细介绍。

2.2 数据库设计

下面对数据库进行重点说明，为了防止医院隐私信息泄露、外界非法入侵，在医院管理系统中引入了RBAC技术。首先设计数据库，对数据表进行定义[18-19]。在数据库中：

1)hx_user：表示用户表，其负责保存用户基本资料，包括username，name，sex，department，id，position 和 userpass 等字段。

2)hx_department：表示部门表，负责保存部门基本资料，包括id和 department字段。

3)hx_postion：表示职位表，负责保存职位数据，包含id和 postion字段。

4)hx_node：表示权限表，负责保存权限基本资料，包含id，name，moname，mname，aname和 status等字段。

5)hx_role：表示角色表，保存角色基本资料，包含id，name，status和 remark等字段。

6)hx_tem_role：表示角色更新表，负责保存角色权限资料更新的列表，包含 id，name，status、remark 和 node 等字段。

7)hx_role_node：表示角色权限表，负责保存权限和角色的地址位置表，包含rid和nid字段。

8)hx_user_role：表示用户角色表：负责保存用户和角色的地址位置表，包含rid和uid字段。

9)hx_check：表示申报表，负责保存用户申报数据，包含id，username，name，title和 fankui等字段。

10)hx_duty：表示员工值班表，负责保存员工值班基本数据，包含 id，username，name，department 和 time 等字段。

11)hx_book：表示公告表，负责保存公告基本资料，包含id，title和 replytime等字段。

RBAC(role-based access control,对角色的访问控制)，在数据库中，能够将角色与权限关联起来。简而言之，能够使一种用户拥有多个角色，各个角色拥有不同的权限。充分利用“用户-角色-权限”这种关联形式构建的授权模型[20-21]，进行进一步的计算其间的关联性，通过利用这种数据模型，使管理者在用户和角色之间、角色和权限之间根据设计目标和需求设计，进行操作计算机系统的各个需求功能。最后，结合医院需求和文化，对平台界面风格、配色、结构进行设计，创建出相关的网页。

图3 数据库功能模块示意图

在具体应用中，可以对各种数据模块进行分类，其分类的模式如图4所示。

图4 数据库分类结构示意图

在上述数据库中，充分利用了各种权限的作用，其中将“MENU”能够表示为对菜单的访问权限设置，将“OPERATION”表示为数据库中的功能模块的操作权限，而将“FILE”表示为文件的修改权限，将“ELEMENT”表示为页面元素中的可见性控制等[22-23]。

2.3 权限控制的业务逻辑

在对权限的功能模块进行了设计之后，控制的业务逻辑也是尤其重要。能否操作系统功能的模块决定了用户拥有的权限。只要用户拥有权限，不论访问的客体是否有资源，都可以进入系统操作对应的功能模块。利用非浸入式编程(aspect oriented programming，AOP)方法来隔离控制逻辑与业务，并在Apache Shiro 安全框架中实现访问模型。通过HashSet对用户与角色本身拥有配套的权限进行授权，并在Shiro带来的Realm的doGetAuthorizationInfo[24-25]中实现访问权限。

为了对通用权限管理进行实现，本研究利用AOP编程方法对业务逻辑与权限判断进行分离。当用户访问时对用户的权限进行判断，必然会接触到访问的数据。我们可以在编程过程中添加约束条件集合语句，增加一些逻辑判断，以便在获取数据时，控制无权访问的数据。为了避免遭到外界入侵，在管理模块中只显示操作失败和空的结果，而不会出现操作越界的提示信息，具体实现方式如下：

1)为了查询数据库，对检索接口定义，设置额外检索参数，对用户、用户集对应的属性读写方式进行实现。

2)对权限和权限集对应的属性进行注解和标注。

3)利用2)注解方法定义切面类。

4)为了增加一些约束条件，根据用户拥有的权限对用户、用户集对应的属性进行设置，以便在切面类中实现环绕通知。

下面的代码是业务逻辑与权限的分离过程：

List of masses Define MenusByCode

{

Back to ZhuMenu． Define MenusByCode;

}

Void AssignMenus of masses To Deptment Define string deptcode

{

AssignMenusToDept and ZhuMenu Define menuCodes，deptcode;

}

将groupSet、groupId、userId定义为类属性的实现代码，这些代码具备读写功能，检索数据接口的代码为 ResourceSearchMessage，实现业务层服务的注解为@ResourcePermission。如何判断检索到的参数(如groupSet、groupId、userId)，可通过实现环绕的切面方法，ResourcePermissionAspect定义为切面类。定义pGroupSet为权限的组合集，由于医院部门类型繁多，各部门之间即联系又独立，可用4位编码来表示groupSet、groupId、userId。如表1所示，O代表存在，-代表不存在，组合集是否包含groupId，可通过Yes或No来表示，比如groupSet非空且 groupID非空时，根据userId情况显示的是Yes或者No。为了防止没必要的连接或条件占据空间，在Mybatis动态SQL内可建立一个空的检索属性。

表1 编码定义对应表

2.4 系统安全访问流程

用户在利用RBAC技术时，不仅仅能够防止医院的机密资料向外泄露，保护个人隐私，还能够大大节约用户的工作效率。其中RBAC权限访问模型工作原理如下：当对系统用户进行角色分配时，能够自动获得该角色相应的权限。用户一般指的是护士、护士长、医生、部门主任、院长等角色，每个角色都有自己配套的权限。如图5所示，RBAC权限访问模型工作流程如下：

图5 访问流程设计

1)用户注册时，对用户名进行定义，输入登录密码，完善个人资料，即完成注册。当用户在系统登录时，需要输入用户名及密码，将会通过验证方式进行验证，若通过验证，即将进入系统里面，反之将回到登录界面上。

2)完成登录后，用户在系统中被会话管理模块检索出角色信息，用户即将被安排到适合的角色。

3)用户被分配到角色后，为该用户新建会话窗口。

4)创建新会话窗口后，用户将得到该角色拥有配套的权限，即可操作相应功能模块。

5)管理人员需要等会话结束后，才能进行修改用户拥有的权限。

数据访问层设计代码如下：

//角色权限的获取过程//

List of masses Define MenusByCode

{

new List() = Listmenus;

"@code =select * Department code is defined as department menu" = string sql ;

SqlDataProvider = DataSet ds Define ResultBySql(CreateSqlParameter,SqlDataP-rovider,sql (code,VarChar,SqlDbType," @ code"));

Array (Rows.Tables[0].Data Row dr in ds)

{ Add(ToString.Func).menus

}

return menus;

}

/ /角色被分配到权限名称//

Void AssignMenus of masses To Deptment Define string deptcode

{

"@ deptcode =Remove deptcode from the b?" =Dept?Menu;

" Insert bs dept menu(menu-code，deptcode) values(@ menucode ，@ deptcode) " = string sql_ins；

ExecuteBySql.SqlDataProvider(CreateSqlParameter.SqlDataProvider． sql _ del (" dept-code,VarChar,SqlDbType,@ deptcode"))

Array (string mc in menuCodes)

{

ExecuteBySql.SqlDataProvider (CreateSqlParameter,SqlDataProvider,sql _ ins(dept-code,VarChar,SqlDbType,@ deptcode),CreateSqlParameter,SqlDataProvider(mc,VarChar，SqlDb-Type,"@ menucode")) ;

}

}

3 实验与效果分析

为了判断系统的有效性，本文对系统进行测试，下面利用读取方式对获取访问数据进行分析。在试验时，选择的操作系统为Microsoft Windows 2010，64 位。主要开发工具为Visual Studio 2015，OpenCV 3.0。运行环境硬件参数为CPU：inter(R)Core(TM)i7；主频为2.59GHz；内存8G。在试验时，首先登录软件界面，其界面如图6所示，用户完成注册后，可在医院信息系统中输入用户名和密码后，完成登录。

图6 用户登录界面图

在完成登录之后，如图7所示，当用户需要预约挂号，选择预约功能模块，直接进入预约管理系统，选择医院、挂号、时间和医生，完成预约挂号。

图7 预约挂号管理系统图

然后调取数据库集中的数据，对数据进行计算。假设将U代表测试数据的集合，该数据集合包括数据源和数据访问记录。数据源有A、B、C、D、E五个子源，数据可由a、b、c、d四个表示，它们的分布关系如图8所示。A子源包含a和c两个数据，B子源包含b和c两个数据，C子源仅包含c个数据，D子源仅包含d个数据，E为空集。

图8 数据源分布关系

根据分布关系对用户的角色权限进行划分，有A，B，C，D，E五个读取权限。角色权限的分配结果如表2所示，○ 代表该存在拥有配套权限的用户，╳代表该存在不拥有权限的用户，-(空白)代表不存在该用户。ID表示不同类型的用户，根据全部数据、A子源数据，B子源数据。

表2 测试结果

根据上述测试，为了试验本系统的管理能力，与传统医院计算机管理系统比较，对系统管理能力的实验效果进行分析，如图9所示。

图9 仿真结果对比图

实验结果可知，在相同环境中处理相同的数据情况下，与传统系统相比，基于RBAC权限模型的医院计算机信息管理系统的管理能力较高，大大减少系统开销。

4 结束语

在医院中的各种设施、人资、物资、财务、药房及药物价格等信息中，融合了各种信息。本文RBAC模型利用角色建立用户与权限之间的关系，使得用户能够在用户数据和访问权限数据之间实现数据分离，不仅能够减少数据授权管理的复杂性，还能够降低医院日常运营的成本开销。通过角色权限访问技术，根据职位和级别，将用户分配到适合的角色，使得用户获得该角色本身拥有配套的权限，对相应的功能模块进行操作，实现预约挂号、病历查询等功能，提高了安全性。基于RBAC模型的权限管理观念在医院信息系统中能够得到很好的应用，为后期在医院管理和患者信息安全方面提供重要的价值参考。