سلامة البيانات

تتناول السلامة المادية التحديات المرتبطة بتخزين البيانات واسترجاعها بشكل صحيح. تشمل هذه التحديات الأعطال الكهروميكانيكية ، وعيوب التصميم، وإجهاد المواد ، والتآكل ، وانقطاع التيار الكهربائي ، والكوارث الطبيعية، وغيرها من المخاطر البيئية الخاصة مثل الإشعاع المؤين ، ودرجات الحرارة القصوى، والضغوط، وقوى التسارع . وتشمل ضمان السلامة المادية أساليب مثل الأجهزة الاحتياطية ، ووحدات تزويد الطاقة غير المنقطعة ، وأنواع معينة من مصفوفات RAID ، والرقائق المقاومة للإشعاع ، وذاكرة تصحيح الأخطاء ، واستخدام نظام ملفات مُجمّع ، وأنظمة ملفات تستخدم مجاميع التحقق على مستوى الكتلة مثل ZFS ، ومصفوفات تخزين تُجري حسابات التكافؤ مثل XOR أو تستخدم دالة تجزئة تشفيرية، وحتى وجود مؤقت مراقبة على الأنظمة الفرعية الحيوية.

تعتمد سلامة البيانات المادية بشكل كبير على خوارزميات كشف الأخطاء المعروفة باسم رموز تصحيح الأخطاء . أما أخطاء سلامة البيانات الناتجة عن التدخل البشري، فيتم كشفها عادةً باستخدام فحوصات وخوارزميات أبسط، مثل خوارزمية دام أو خوارزمية لوهن . تُستخدم هذه الخوارزميات للحفاظ على سلامة البيانات بعد نقلها يدويًا من نظام حاسوبي إلى آخر بواسطة وسيط بشري (مثل أرقام بطاقات الائتمان أو أرقام التوجيه المصرفي). ويمكن كشف أخطاء النقل الحاسوبي باستخدام دوال التجزئة .

في أنظمة الإنتاج، تُستخدم هذه التقنيات معًا لضمان مستويات متفاوتة من سلامة البيانات. على سبيل المثال، قد يُهيأ نظام ملفات الحاسوب على مصفوفة RAID مقاومة للأعطال، ولكنه قد لا يوفر مجاميع فحص على مستوى الكتل لاكتشاف ومنع تلف البيانات الصامت . كمثال آخر، قد يتوافق نظام إدارة قواعد البيانات مع خصائص ACID ، ولكن قد لا يتوافق معها مُتحكم RAID أو ذاكرة التخزين المؤقت للكتابة الداخلية لمحرك الأقراص الصلبة.

يهتم هذا النوع من سلامة البيانات بصحة البيانات أو منطقيتها في سياق معين. ويشمل ذلك مواضيع مثل سلامة البيانات المرجعية وسلامة الكيانات في قواعد البيانات العلائقية ، أو تجاهل بيانات المستشعرات غير المنطقية في الأنظمة الروبوتية. تتضمن هذه الاعتبارات ضمان أن تكون البيانات منطقية في بيئتها. وتشمل التحديات أخطاء البرمجيات ، وعيوب التصميم، والأخطاء البشرية. ومن الطرق الشائعة لضمان السلامة المنطقية قيود التحقق ، وقيود المفاتيح الخارجية ، وتأكيدات البرنامج ، وغيرها من فحوصات السلامة أثناء التشغيل.

غالباً ما تشترك السلامة المادية والمنطقية في العديد من التحديات المشتركة مثل الأخطاء البشرية وعيوب التصميم، ويجب على كليهما التعامل بشكل مناسب مع الطلبات المتزامنة لتسجيل البيانات واسترجاعها، وهذا الأخير هو موضوع بحد ذاته.

إذا كان قطاع البيانات يعاني من خطأ منطقي فقط، فيمكن إعادة استخدامه عن طريق استبداله ببيانات جديدة. أما في حالة وجود خطأ مادي، يصبح قطاع البيانات المتأثر غير قابل للاستخدام بشكل دائم.

تُفرض سلامة البيانات عادةً في نظام قواعد البيانات من خلال سلسلة من قيود أو قواعد السلامة. وتُعدّ ثلاثة أنواع من قيود السلامة جزءًا لا يتجزأ من نموذج البيانات العلائقية: سلامة الكيانات، والسلامة المرجعية، وسلامة المجال.

• تتعلق سلامة الكيان بمفهوم المفتاح الأساسي . سلامة الكيان هي قاعدة سلامة تنص على أن كل جدول يجب أن يحتوي على مفتاح أساسي، وأن العمود أو الأعمدة المختارة لتكون المفتاح الأساسي يجب أن تكون فريدة وغير فارغة.
• تتعلق سلامة البيانات المرجعية بمفهوم المفتاح الخارجي . تنص قاعدة سلامة البيانات المرجعية على أن قيمة المفتاح الخارجي لا يمكن أن تكون إلا في إحدى حالتين. الحالة المعتادة هي أن قيمة المفتاح الخارجي تشير إلى قيمة مفتاح أساسي في أحد جداول قاعدة البيانات. في بعض الأحيان، وهذا يعتمد على قواعد مالك البيانات، قد تكون قيمة المفتاح الخارجي فارغة (null ). في هذه الحالة، نشير صراحةً إما إلى عدم وجود علاقة بين الكائنات المُمثلة في قاعدة البيانات أو إلى أن هذه العلاقة غير معروفة.
• تُحدد سلامة النطاق أن جميع الأعمدة في قاعدة البيانات العلائقية يجب تعريفها ضمن نطاق مُحدد. الوحدة الأساسية للبيانات في نموذج البيانات العلائقية هي عنصر البيانات. تُوصف عناصر البيانات هذه بأنها غير قابلة للتجزئة أو ذرية. النطاق هو مجموعة من القيم من النوع نفسه. وبالتالي، تُعد النطاقات بمثابة مجموعات من القيم التي تُستمد منها القيم الفعلية التي تظهر في أعمدة الجدول.
• يشير مصطلح "السلامة المحددة من قبل المستخدم" إلى مجموعة من القواعد التي يحددها المستخدم، والتي لا تنتمي إلى فئات سلامة الكيان والمجال والمرجعية.

إذا كانت قاعدة البيانات تدعم هذه الميزات، فإن مسؤولية ضمان سلامة البيانات ونموذج الاتساق لتخزينها واسترجاعها تقع على عاتقها. أما إذا كانت قاعدة البيانات لا تدعم هذه الميزات، فإن مسؤولية ضمان سلامة البيانات تقع على عاتق التطبيقات، بينما تدعم قاعدة البيانات نموذج الاتساق لتخزين البيانات واسترجاعها.

يؤدي وجود نظام واحد ومحكم التحكم ومحدد جيدًا لسلامة البيانات إلى زيادة

• الاستقرار (نظام مركزي واحد يقوم بجميع عمليات سلامة البيانات)
• الأداء (يتم تنفيذ جميع عمليات سلامة البيانات في نفس المستوى الذي يتم فيه تنفيذ نموذج الاتساق)
• إمكانية إعادة الاستخدام (تستفيد جميع التطبيقات من نظام مركزي واحد لسلامة البيانات)
• قابلية الصيانة (نظام مركزي واحد لإدارة سلامة البيانات بالكامل).

تدعم قواعد البيانات الحديثة هذه الميزات (انظر مقارنة أنظمة إدارة قواعد البيانات العلائقية )، وأصبح ضمان سلامة البيانات مسؤولية أساسية لقاعدة البيانات. وتقدم الشركات، والعديد من أنظمة قواعد البيانات، منتجات وخدمات لنقل الأنظمة القديمة إلى قواعد البيانات الحديثة.

من أمثلة آليات سلامة البيانات علاقة الأصل والفرع بين السجلات المرتبطة. فإذا كان سجل الأصل يمتلك سجلًا واحدًا أو أكثر من سجلات الفرع المرتبطة به، فإن قاعدة البيانات نفسها تتولى جميع عمليات سلامة البيانات المرجعية، مما يضمن تلقائيًا دقة البيانات وسلامتها، بحيث لا يمكن لأي سجل فرعي أن يوجد بدون سجل أصل (ويُسمى أيضًا السجل اليتيم)، ولا يمكن لأي سجل أصل أن يفقد سجلاته الفرعية. كما تضمن هذه الآلية عدم إمكانية حذف أي سجل أصل طالما أنه يمتلك أي سجلات فرعية. تتم معالجة كل هذا على مستوى قاعدة البيانات، ولا يتطلب برمجة عمليات التحقق من سلامة البيانات في كل تطبيق.