115 調查局特考三等 資訊科學組 資料庫應用 考古題詳解

115 年・調查局特考・三等・資訊科學組
試題代碼 資料庫應用

第 一 題20 分

假設 T1T_1、T2T_2 與 T3T_3 為三個不同的交易（Transactions）。令 Read(X,A)Read(X,A) 為從資料庫中讀取資料項 XX 的內容，並寫入本機變數 AA 中；Write(A,X)Write(A,X) 為將本機變數 AA 的內容寫入資料庫的資料項 XX 中。

（一）現給定下列排程（Schedule）：

T1T_1：R(X,A)R(X,A)、W(A,X)W(A,X)、R(Y,B)R(Y,B)、W(B,Y)W(B,Y)

T2T_2：R(X,A)R(X,A)、W(A,X)W(A,X)、R(Y,B)R(Y,B)、W(B,Y)W(B,Y)

其交錯順序依原卷排程排列。請利用順序優先圖（Precedence Graph）方法，檢測此排程是否為可序列化排程（Serializable Schedule）。

（二）現給定下列排程（Schedule）：

T1T_1：R(X,A)R(X,A)、R(Z,C)R(Z,C)、W(A,X)W(A,X)、W(C,Z)W(C,Z)

T2T_2：R(Y,B)R(Y,B)、R(X,A)R(X,A)、W(B,Y)W(B,Y)、W(A,X)W(A,X)

T3T_3：R(C,Z)R(C,Z)、R(Y,B)R(Y,B)、W(C,Z)W(C,Z)、W(B,Y)W(B,Y)

其交錯順序依原卷排程排列。請利用順序優先圖（Precedence Graph）方法，檢測此排程是否為可序列化排程（Serializable Schedule）。

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核心觀念

本題考查衝突可序列化（conflict serializability）。順序優先圖又稱優先圖（precedence graph）：每個交易各為一個節點；若排程中有兩個不同交易對同一資料項執行衝突操作，且其中一個操作先於另一個，便由先執行者指向後執行者，形成一條有向邊。

衝突操作須同時符合：

  1. 來自不同交易；
  2. 存取同一資料項；
  3. 至少一個操作是寫入。

因此，ReadRead–ReadRead 不衝突；ReadRead–WriteWrite、WriteWrite–ReadRead、WriteWrite–WriteWrite 則都會產生衝突。順序優先圖無環，排程即為衝突可序列化；有環則不是。

解題方法

題目未列出各操作的完整交錯次序，只說「其交錯順序依原卷排程排列」，但原卷中的實際操作序列並未提供。順序優先圖的邊取決於衝突操作的先後順序；僅有各交易內部的操作順序，不足以唯一判定圖中的邊。因此，（一）與（二）都須依原卷排程的實際交錯順序分析，不能由目前列出的資訊定案。

作答時，先依原卷由左至右（或由上至下）標示每個操作的先後，再逐對檢查不同交易間對同一資料項的衝突操作，加入對應有向邊；最後檢查圖是否有環。

（一）兩個交易

已知兩個交易都會讀寫 XX 與 YY。可能產生邊的衝突對如下：

  • 在 XX 上：T1T_1 與 T2T_2 的讀寫、寫讀、寫寫衝突。
  • 在 YY 上：T1T_1 與 T2T_2 的讀寫、寫讀、寫寫衝突。
  • 同一資料項的讀讀操作不產生邊。
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第 二 題20 分

假設使用者 AA 擁有一對 RSA 公鑰 AUAU 與私鑰 ARAR；使用者 BB 也擁有一對 RSA 公鑰 BUBU 與私鑰 BRBR。若 AA 欲透過網路將訊息 MM 安全地傳送給 BB：

（一）請利用 RSA 加密法，設計一套能同時滿足鑑別性（Authenticity）、機密性（Confidentiality）、完整性（Integrity）及不可否認性（Non-Repudiation）之四項安全原則的傳輸流程演算法，以安全完成該任務。

（二）請詳細說明您所設計的演算法，如何能有效達成上述四項資訊安全原則。

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核心觀念

本題考 RSA 的兩種用途，以及如何搭配雜湊函數完成安全傳輸：

  • 公鑰加密：以接收者的公鑰加密，只有持有相對應私鑰者能解密，提供機密性。
  • 數位簽章：傳送者以自己的私鑰對訊息摘要簽章，接收者以傳送者的公鑰驗證，提供來源鑑別、完整性及不可否認性。
  • 雜湊函數：將訊息映射為固定長度摘要；訊息改變時，摘要也會改變。雜湊本身不加密，也不能單獨證明傳送者身分。

題目未指定雜湊函數及 RSA 簽章格式，以下以安全雜湊函數 HH 搭配標準 RSA 簽章方案說明。實務上，公鑰須透過憑證或其他可信管道確認其所屬者。

解題方法：簽章後再加密

令 A 的私鑰為 ARAR、公鑰為 AUAU；B 的私鑰為 BRBR、公鑰為 BUBU。

傳送流程

  1. A 計算訊息摘要

h=H(M)h=H(M)

  1. A 對摘要產生數位簽章

S=Sign⁡AR(h)S=\operatorname{Sign}_{AR}(h)

在教科書式 RSA 表示中，可寫成 S=hdA mod nAS=h^{d_A}\bmod n_A；實際使用時應採用標準化且安全的 RSA 簽章填充格式。

  1. A 將訊息與簽章組成待傳資料

P=(M,S)P=(M,S)

  1. A 使用 B 的公鑰加密待傳資料

C=Enc⁡BU(P)C=\operatorname{Enc}_{BU}(P)

A 傳送密文 CC 給 B。實際系統通常使用混合式加密：以隨機產生的對稱金鑰加密 PP，再以 BUBU 加密該金鑰。

接收流程

  1. B 使用自己的私鑰解密

P=Dec⁡BR(C)=(M,S)P=\operatorname{Dec}_{BR}(C)=(M,S)

  1. B 驗證 A 的簽章

B 以 A 的公鑰 AUAU 驗證 SS 是否為訊息摘要 H(M)H(M) 的有效簽章：

Verify⁡AU(H(M),S)=有效\operatorname{Verify}_{AU}(H(M),S)=\text{有效}

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第 三 題60 分

圖一為一個含有二個特殊化（specializations）的公司人員分類之 Enhanced Entity-Relationship Diagram（EERD）。

（一）針對圖一之 EERD，以下哪些敘述是正確？

  1. 每一位人員必是員工或客戶。
  2. 每一位員工必是行政人員、技術人員或顧問。
  3. 可能有人員為員工，也為客戶。
  4. 可能有員工為行政人員、為技術人員，也為顧問。
  5. 可能有員工為行政人員、也為技術人員，但不為顧問。
  6. 可能有人員為員工，但不為客戶。
  7. 可能有人員不為員工，也不為客戶。
  8. 可能有員工不為行政人員、不為技術人員，也不為顧問。
  9. 可能有人員為行政人員，也為客戶。
  10. 可能有人員為行政人員、為技術人員，也為客戶。

（二）請將圖一之 EERD 轉換成以關聯式資料庫之表格加以描述，並請結合子型態鑑別器（Subtype discriminator）PTypePType 及 ETypeEType，為每位人員判斷其所對應之子類別，同時也正確標示出每一表格的 primary key。當中 PTypePType 及 ETypeEType 兩個屬性，分別描述每位人員所屬類別，以及每位員工所屬類別。試列出將該 EERD 轉換後之最適當表格，並標出每一表格之 primary key。

（三）試詳細說明如何表示 PTypePType 及 ETypeEType 內容。

（四）試寫一 SQL 程式片段，以查找出每一位員工之 SSD、姓名、所屬部門及職務類別（行政人員、技術人員、顧問）。

🖼️ 本題原卷含圖表。基於試題來源之版權考量，本站不轉載原卷影像； 題目文字已完整轉錄，圖表請自行參閱考選部公告之試題原檔。

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核心觀念

本題考查 EERD 的特殊化（specialization）約束：

  1. 完整特殊化（total specialization）：超型態中的每個實體，必須屬於至少一個子型態。
  2. 部分特殊化（partial specialization）：超型態中的實體不一定屬於任何子型態。
  3. 重疊特殊化（overlapping）：同一實體可同時屬於多個子型態，以圓圈內的 o 表示。
  4. 互斥特殊化（disjoint）：同一實體只能屬於一個子型態，以圓圈內的 d 表示。

依圖一：

  • 「人員」至「員工、客戶」為完整且重疊特殊化。
  • 「員工」至「行政人員、技術人員、顧問」為完整且互斥特殊化。

（一）選項分析

1. 每一位人員必是員工或客戶。

正確。第一個特殊化為完整特殊化，因此每位人員至少屬於員工或客戶其中之一。

2. 每一位員工必是行政人員、技術人員或顧問。

正確。第二個特殊化為完整特殊化，因此每位員工至少屬於三種員工子類別之一。

3. 可能有人員為員工，也為客戶。

正確。第一個特殊化標示為重疊，因此人員可同時屬於員工及客戶。

4. 可能有員工為行政人員、為技術人員，也為顧問。

錯誤。第二個特殊化為互斥特殊化，同一位員工只能屬於一種員工子類別。

5. 可能有員工為行政人員、也為技術人員，但不為顧問。

錯誤。行政人員與技術人員仍是兩個不同子類別，互斥約束禁止同一位員工同時屬於兩者。

6. 可能有人員為員工，但不為客戶。

正確。第一個特殊化雖然是完整特殊化，但不是所有人員都必須同時是員工及客戶；人員可只屬於員工。

7. 可能有人員不為員工，也不為客戶。

錯誤。第一個特殊化為完整特殊化，每位人員至少必須屬於員工或客戶之一。

8. 可能有員工不為行政人員、不為技術人員，也不為顧問。

錯誤。第二個特殊化為完整特殊化，每位員工至少必須屬於一個員工子類別。

9. 可能有人員為行政人員，也為客戶。

正確。行政人員是員工的子類別，而員工與客戶之間允許重疊，因此同一人可同時為行政人員及客戶。

10. 可能有人員為行政人員、為技術人員，也為客戶。

錯誤。雖然員工可同時為客戶，但行政人員與技術人員互斥，不能同時具備兩種員工子類別身分。

小結

正確選項為：

1、2、3、6、9\boxed{1、2、3、6、9}

（二）轉換為關聯式資料庫表格

解題方法

採用「超型態一張表、各子型態各自一張表」的轉換方式：

  • 超型態的主鍵會移至子型態表，作為子型態表的 primary key。
  • 子型態表的 primary key 同時是參照超型態表的 foreign key。
  • 由於第一個特殊化允許重疊，人員可以同時出現在 Employee 與 Customer。
  • 由於第二個特殊化互斥，每位員工只會出現在 AdministrativeStaff、TechnicalStaff、Consultant 三表其中之一。

1. 人員表

Person(
 SSD PRIMARY KEY,
 Name,
 PType
)
  • SSD：人員身分識別資料，為 primary key。
  • Name：姓名。
  • PType：人員所屬子類別鑑別器。

2. 員工表

Employee(
 SSD PRIMARY KEY,
 Department,
 EType,
 FOREIGN KEY (SSD) REFERENCES Person(SSD)
)
  • SSD：同時是 primary key 及 foreign key。
  • Department：所屬部門。
  • EType：員工所屬子類別鑑別器。

3. 客戶表

Customer(
 SSD PRIMARY KEY,
 Product,
 FOREIGN KEY (SSD) REFERENCES Person(SSD)
)
  • SSD：同時是 primary key 及 foreign key。
  • Product：客戶相關產品資料。

4. 行政人員表

AdministrativeStaff(
 SSD PRIMARY KEY,
 Business,
 FOREIGN KEY (SSD) REFERENCES Employee(SSD)
)

5. 技術人員表

TechnicalStaff(
 SSD PRIMARY KEY,
 License,
 FOREIGN KEY (SSD) REFERENCES Employee(SSD)
)

6. 顧問表

Consultant(
 SSD PRIMARY KEY,
 Expertise,
 FOREIGN KEY (SSD) REFERENCES Employee(SSD)
)

其中：

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