李慧珍，唐盼盼

（商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 商丘 476000）

1 密文數(shù)據(jù)庫概述

1.1 關(guān)于密文數(shù)據(jù)庫

密文數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的不同需求，對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行不同程度的加密處理后存儲起來。這樣不僅保護了數(shù)據(jù)庫中的敏感數(shù)據(jù)，而且一個沒有密鑰的用戶即便能夠非法入侵到系統(tǒng)中，但是因為缺少解密密鑰，也就不可能獲得有意義的數(shù)據(jù)。顯然，密文數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用對保護敏感數(shù)據(jù)的安全性具有非常重要的作用。

1.2 密文數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)機制

（1）基于OS層的密文數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)。在OS層實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的加密，可以在很大程度上增強OS對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的保護，基于OS層的密文數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)機制的最大優(yōu)點就是可以從根本上防止非法用戶通過線程或進程及文件、磁盤、內(nèi)存等隱蔽通道訪問數(shù)據(jù)庫敏感數(shù)據(jù)。一般對于大型的數(shù)據(jù)庫來說，在OS層對數(shù)據(jù)庫文件進行加密的數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)，實現(xiàn)起來具有較大難度。所以，該機制主要應(yīng)用于小型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

（2）基于DBMS內(nèi)核層的密文數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)。在DBMS內(nèi)核層實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的加密，是指在對數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)完成庫物理存取之前，就完成對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的加密和解密工作。這種基于DBMS內(nèi)核層的密文數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)機制，雖然具有加密功能強的各種顯著優(yōu)點，但其缺點也是非常明顯的，一般基于DBMS內(nèi)核層的密文數(shù)據(jù)庫在服務(wù)器端進行加密和解密運算時，由于對數(shù)據(jù)加密存在一定的限制，因而就加重了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負載，這對DBMS原有功能也會造成一定的影響。

（3）DBMS外層的密文數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)。在采用基于DBMS外層的密文數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)機制這種加密方式進行數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的加密時，對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的加密和解密運算可以在客戶端進行，這種實現(xiàn)機制的優(yōu)點是不會加重數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負載，而且可以實現(xiàn)加密數(shù)據(jù)的在線傳輸，缺點是加密功能會受一些限制。

2 密文數(shù)據(jù)庫的索引機制

（1）基于直接索引的密文數(shù)據(jù)庫索引機制。基于直接索引的密文數(shù)據(jù)庫索引機制就是在對明文數(shù)據(jù)庫的索引功能進行改造的基礎(chǔ)上來實現(xiàn)的，將索引樹中每個節(jié)點的數(shù)據(jù)用其對應(yīng)的密文代替，生成密文數(shù)據(jù)庫的密文索引樹。基于直接索引的密文數(shù)據(jù)庫索引機制所采用的索引樹多是二叉樹、B+樹等。在進行索引的檢索時，先將根節(jié)點解密并與查詢條件進行比較，由此決定下一個要檢索的節(jié)點，直至找到滿足查詢條件的所有節(jié)點。其中基于直接索引的密文數(shù)據(jù)庫索引機制的優(yōu)點就是可以在查詢時將索引樹調(diào)入內(nèi)存，從而在很大程度上降低了內(nèi)存與外存之間數(shù)據(jù)的交換時間，大大提高了數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)查詢的效率。盡管如此，基于直接索引的密文數(shù)據(jù)庫索引機制也有一定的缺點，因為密文索引樹中的地址數(shù)據(jù)都是以明文的形式來保存的，這樣攻擊者就可以將各節(jié)點的密文數(shù)據(jù)按其對應(yīng)的明文進行排序，然后統(tǒng)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)加密規(guī)律，進而獲得可用于解密的敏感數(shù)據(jù)。

（2）基于地址加密的密文數(shù)據(jù)庫索引機制?；诘刂芳用艿拿芪臄?shù)據(jù)庫索引機制是針對基于地址加密的密文數(shù)據(jù)庫索引機制的缺陷而設(shè)計的，該機制通過對數(shù)據(jù)地址進行加密存儲。然后將每一個記錄對應(yīng)的唯一性字段與記錄的屬性值進行關(guān)聯(lián)，并將密文索引中的數(shù)據(jù)地址以密文的形式進行存儲。這樣攻擊者如果無法獲得密文與索引的對應(yīng)關(guān)系的話，即使擁有密文數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的索引，也無法進行加密數(shù)據(jù)的破解?；诘刂芳用艿拿芪臄?shù)據(jù)庫索引機制的缺點就是如果攻擊者能動態(tài)跟蹤整個密文數(shù)據(jù)庫的訪問過程，就比較有可能找到密文與索引的對應(yīng)關(guān)系，進而就能夠得到可乘之機。

（3）基于地址加密的密文數(shù)據(jù)庫索引機制。基于地址加密的密文數(shù)據(jù)庫索引機制能有效地解決攻擊者對密文數(shù)據(jù)和索引的對應(yīng)關(guān)系進行動態(tài)追蹤分析的問題。該機制可以很好地屏蔽密文數(shù)據(jù)庫中密文與索引地址的對應(yīng)關(guān)系?；诘刂芳用艿拿芪臄?shù)據(jù)庫索引機制訪問索引之后，要對兩個密文數(shù)據(jù)進行訪問，這樣做的目的就是為了產(chǎn)生混淆效果。以至于大大降低攻擊者對密文數(shù)據(jù)和索引的對應(yīng)關(guān)系進行動態(tài)追蹤分析成功的概率，進而在一定程度上就是密文數(shù)據(jù)庫的安全性得到大大的提高。

3 密文數(shù)據(jù)庫的查詢策略

3.1 直接查詢策略

所謂的直接查詢策略，就是對加密的數(shù)據(jù)不需要解密，直接對密文數(shù)據(jù)進行查詢操作的查詢策略，其中，比較常用的直接查詢策略有秘密序列加密技術(shù)策略、同態(tài)加密技術(shù)策略以及保持有序的加密技術(shù)策略。

（1）秘密序列加密技術(shù)策略。采用序列密碼算法對數(shù)據(jù)進行加密存儲時，它使用序列密碼算法將原數(shù)據(jù)與隨機發(fā)生器產(chǎn)生的隨機數(shù)進行異或運算后得到的密文存儲起來。而在查詢時，將密文與查詢詞進行異或運算后將運算結(jié)果與隨機數(shù)進行比較，如果有相同的，就說明查詢的文件中包含所查詢的詞，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢的效果。

（2）同態(tài)加密技術(shù)策略。同態(tài)加密技術(shù)策略是利用秘密同態(tài)函數(shù)對數(shù)據(jù)進行加密后，可以直接在密文上進行查詢操作，進而在很大程度上降低了數(shù)據(jù)加密與解密所需的開銷，從而有效提高了密文數(shù)據(jù)庫的操作性能。

（3）保持有序的加密技術(shù)策略。保持有序的加密技術(shù)策略的實現(xiàn)是先將明文值進行轉(zhuǎn)換得到密文，然后給定一個目標分布函數(shù)，要求經(jīng)加密轉(zhuǎn)換的密文不僅要保持有序，而且要服從給定的目標函數(shù)的分布。這樣一來就可以直接對密文進行帶集函數(shù)查詢、單值查詢以及范圍查詢等查詢操作，大大提高了密文數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢效率。

3.2 兩階段查詢策略

所謂的兩階段查詢策略就是先在密文數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行一次簡單的查詢，然后將臨時查詢的結(jié)果進行解密，然后再對解密的結(jié)果進行一次精確的查詢，所得到的結(jié)果即為查詢結(jié)果。由于在初始查詢階段把一些無關(guān)的記錄給過濾掉了，因此，就大大減少了第二次精確查詢時的密文數(shù)據(jù)量，進而不僅提高了檢索效率，而且降低了不必要的解密開銷。目前兩階段查詢策略的實現(xiàn)方法有兩種，一種方法是通過在表中建立一個索引字段，然后利用建立的索引字段進行模糊查詢，然后將得到的臨時結(jié)果進行解密，最后進行精確查詢得出最終結(jié)果；另外一種方法就是利用 SQL編譯器將查詢語句中所涉及到的加密字段進行加密重寫，進而實現(xiàn)兩階段查詢策略。

密文數(shù)據(jù)庫的索引機制和查詢技術(shù)是數(shù)據(jù)庫加密研究領(lǐng)域中的重要課題?；诟咝У乃饕龣C制的查詢技術(shù)是使密文數(shù)據(jù)庫得以廣泛應(yīng)用的前提。然而，在密文數(shù)據(jù)庫查詢領(lǐng)域中還存在一些關(guān)鍵問題有待解決，如何解決這些問題將成為該領(lǐng)域的研究重點。

[1]劉偉.數(shù)據(jù)庫的密文索引機制[J].華中科技大學(xué)學(xué)報，2009，(13).[2]馬勺布.一種動態(tài)安全的密文數(shù)據(jù)庫檢索方法[J].計算機工程，2010，（6）.

[3]袁丁.基于密文數(shù)據(jù)庫中數(shù)組檢索的研究[J].計算機應(yīng)用，2005，（25）.