数据库加密技术研究

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1、数据库加密技市山东大学网络研究所徳州科技职业技术学院青岛校区本科教育学院刘军［摘要］目前计算机己经渗透到社会牛活的各个领域，而网络技术的发展乂加速了数据的传输和处理，从而缩短了人与人之间的吋间距离和空间距离，进一步方便了人之间的交流；导致人们对计算机尤其对信息系统的依赖程度也越來越高。但是，人们在享受计算机技术带来便捷服务的同时，信息系统的安全尤其是其核心——数据库的安全问题已经引起人们的极大关注及挑战。［关键词］数据库加密算法密钥密钥管理0、引言目前，不仅计算机在社会各个领域的应用更加广泛，而且伴随着开放式INTERNET的日益盛行，计算机大量明文数据存储

2、和传输的安全问题已引起了注意。数据库作为管理信息系统的核心组成部分之一，存储着大量重要的数据。因此，数据库系统很容易成为黑客攻击的重要口标，所以数据库的安全也必然在管理信息系统的安全保障方面占据重要的地位。研究如何保卫数据库的安全，已经是目前亟需解决的课题。虽然目前绝大部分企业都冇一定的安全防范措施：比如采用访问控制、虚拟专用网、防火墙和入侵检测等来保护系统的安全。另外，各DBMs厂商也在自己的产詁屮实现安全功能，比如安全控制策略，数据库的恢复与备份以及审计等。但仅仅拥冇这些功能显然也是不够的。其主要原因是，数据库中数据是以明文方式存在的。1、数据库安全隐患

3、的来源既然造成数据库不安全的一个主要原因是因为原始数据以可读（明文）形式存放在数据库屮。一旦某一用户非法获取用户名和口令，或者绕过操作系统缄DBMs）的控制入侵到系统中，可以访问和修改数据库中的信息。例如：20o6年6月110,福州市民姚某一张建行储蓄卡的账户存款余额为6・7万元。2（）o6年6月底，姚某发现其卡上仅剩4o0元，他到建行查询发现，其存款于20o6年6刀12日在建行福州市连江支行及其凤城分理处被他人取走。经过公安机关调查发现：犯罪嫌疑人使用“木马”程序入侵互联网的网站服务器，窃取了网上银行客户的身份证号码、银行账户及密码。另外，数据存储介质（如

4、磁盘、光盘、磁带等）丢失也会导致数据库屮的数据泄漏。如果我们对数据库屮的数据（明文）进行加密处理，那么上述问题就可以得到解决。即使某一用户非法入侵到系统中或者盗取了数据存储介质，没有相应的解密密钥，他仍然不能得到所需数据。所以，数据库的加密处理对于保证数据的安全性具冇十分重要的意义。2、生成子密钥的字段加密技术根据数据库数据的特点，一个数据库表是由x条记录组成的，而每一条记录又曲Y个字段（属性）组成，一共有xXY个数据。第i个记录中的字段（屈性）j的明文可以表示这样：Dij,其中OWiWx,OWjWY；第i个记录屮第i个字段的密文可以这样表示：xij：E（K

5、,D其中OWiWx,OWjWY；E为某种对称密码算法，K为该算法所使用密钥。其中对同一个数据库表而言，加密算法是相同的。如果使用的加密密钥K也相同，又会很容易受到密文分析与密文替代的攻击。如杲使用不同的加密密钥对全部的字段值进行加密，则密钥K的个数：记录个数(x)X字段个数(Y),很显然会牛成数量过于庞大的密钥。那么密钥的安全管理也就成了一个很棘手的问题。如果能够找出一种管理加密密钥的方案，就能够解决加密密钥过于庞大的问题。如果对数据库表中的数据采用二级密钥管理机制，即一个主密钥，一个工作密钥。主密钥的作用是用来生成工作密钥。工作密钥对数据库数据的加密。主密

6、钥用来保护工作密钥的安全，工作密钥用来保护敏感的数据信息，那么整个数据库表的安全就依赖于主密钥的安全。一般情况下，主密钥经过加密后存放在系统的安全区域内，需要时由系统口动获取并解密。另外也可以把主密钥注入加密卡中保存。在这种情况下，只是主密钥的更换比较麻烦，主密钥一旦更换，工作密钥就需要全部随之发主变化。所以，从安全的角度考虑，密钥在经行更改前，需要对数据库系统全库备份。事实上，在数据库生存期内，只要我们的系统管理不出现漏洞，密钥系统只是需数年更换一次，或者不必更换。总体來说，为保证数据的安全，对数据库表进行加密是一种很有效的方法。很显然，如果采用二级密钥管

7、理机制，它的主密钥只有一个，那么—对于主密钥的管理也就容易多了。可以注意到，每个数据元素D木身就有两个特殊的值即记录号Ri和列号Rj,这样就可以利用上述的两个特殊值为每一个i生成一个特殊的io即Kcl=II(Ri,Ri,K)(其中，K是主密钥)，H是产生密钥函数，它可选取一个密码学的单向函数，也可选用某一个加密算法(如DEs)以K为密钥加密Rj,利用所得结果为密钥加密Ri。由于一个数据库会存在多个数据库表，所以Ri,Ri—般仅可以在一个数据库表内保持其唯一性。因此，对于不同的数据库表应使用不同的密钥K,从而可以避免在不同的表Z间生成相同的密钥。这样，密钥K一

8、般表示成TK即(TK是表密钥)。所以，上述公式可以转