数据库系统担负着存储和管理业务数据和信息的任务，保证和加强数据库系统的安全性和保密性是信息安全的一个重要方面。传统数据库系统提供的访问控制策略能够满足一般应用的要求，但无法满足一些重要部门或敏感领域的需求。这是因为在传统数据库中，一般访问控制能力只能达到自主访问控制级别，对于敏感信息和普通信息是按照统一的方式管理的，仅通过用户的权限进行访问控制，对于那些蓄意的破坏者，特别是内部人员来讲，就无法达到防护的作用。为了满足越来越高的安全要求，需要提高数据库系统的访问控制能力到强制访问控制级别，给敏感数据提供特殊的保护。为了达到强制访问控制级别需要在数据库系统中应用多层关系模型，迄今为止已经提出了很多多层关系模型，但仍然存在一些不足。主要问题在于模型除了需要具备安全性和功能性以外，还必须具备合理清晰的语义；另外对于理论模型在系统实现中需要考虑的问题以及系统的性能问题等，也没有给予足够的重视。 鉴于以上原因，本文重新设计了多层关系模型，并对模型实现和系统性能的问题提出了解决方法。主要包括以下四方面内容： 1．在对sandhu的MLR模型分析的基础上，改进了数据语义模型，提出了对多层关系中所存储数据的新的解释，解决了关系中的元组与现实世界中的客观事物之间的对应问题。 2．在新的语义模型下，改进了数据借用的规则，使得数据借用操作更加灵活完善；同时对MLR模型的5条完整性约束也做了相应的修改，以适应新的语义和数据借用操作。 3．针对如何根据改进后的MLR理论模型进行系统实现的问题，提出了系统的设计方法。 4．针对增加的安全性会导致系统性能下降的问题，提出了一种适合多层安全数据库的索引方法，并通过实验证明本文的索引方法对提高多层安全数据库的性能是有效的。