NoSQL数据库安全加密存储的研究与设计

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1、硕士学位论文ＩＩＩ１ｒＮｏＳＱＬ数据库安全加密存储的研宄与设计作者姓名惠冬雨指导教师姓名、职称苏锐丹副教授：：申请学位类别工学硕士学校代码10701__学号1503121663_分类号TP39__密级公开___西安电子科技大学硕士学位论文NoSQL数据库安全加密存储的研究与设计作者姓名：惠冬雨一级学科：计算机科学与技术二级学科：计算机应用技术学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：苏锐丹副教授学院：计算机学院提交日期：2018年6月ResearchandDesignofNoSQLDataBaseAboutSecureEncrypted

2、StorageAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinComputerApplicationTechnologyByHuiDongyuSupervisor:SuRuidanTitle:AssociateProfessorJune2018西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和

3、致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同事对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任。本人签名：４４＾日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定：研宄生在，即校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，

4、允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研宄成果完成的论文，、发明专利等成果署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。＿本人签名：：＿导师签名工上日期：如：糾你‘靖Ｑ日期謂年明摘要摘要NoSQL数据库在高并发及高可用性方面表现优异，目前备受瞩目。但NoSQL数据库出现时间较短，对其研究主要集中在设计具有高可用性以及高可靠性的数据存储模型上，而在安全加密存储方面的研究较少。同时，随着NoSQL数据库云服务化的不断推进，更多用户都将数据存储至云端数据库，为保护用户数据隐私和自主可控，研究NoS

5、QL数据库安全加密存储具有很重要的意义。本文研究并设计出以安全代理为核心的安全加密存储解决方案。在众多NoSQL数据库实例中选择主流的MongoDB数据库为具体研究对象，通过数据库安全代理服务器SNProxy透明地为应用提供加密存储服务。本文首先介绍NoSQL数据库安全存储方面的现状，分析了已有解决方案中存在的不足，明确了研究方向。其次，介绍了解决方案中涉及到的一些关键技术，包括各种加密技术、杂凑算法及密文检索技术。接着，给出SCS密文检索算法设计与实现方案，算法具体包括加密、解密与密文匹配操作，并基于信任与攻击模型对算法安全性进行了分析。SCS密文检索算法是整个解决方案的

6、关键点之一，针对传统密文检索算法仅支持关键词检索操作这一限制，SCS算法针对MongoDB数据库做了适应性改进，增加了支持正则表达式的检索操作，辅助数据库完成密文上的模糊查询操作。然后，针对SNProxy安全代理进行设计与实现，主要涵盖通信代理模块、加解密处理模块和密钥管理模块。通信代理模块维持客户端与数据库之间的网络连接，拦截请求与应答。加解密处理模块采用了洋葱加密模型，使用特殊的加密算法对数据进行处理，从而保留明文可加减、可比较等特性，使得数据库能够在数据为密文状态下完成各种查询操作，并将结果以明文的形式返回给用户。密钥管理模块采用密钥链式管理方案，解决了多用户密钥存储

7、问题，保证用户密钥的安全性。最后，搭建系统测试环境进行功能与性能测试，测试结果说明加密存储引入的时间开销以及数据膨胀率都在可接受的范围。同时，由于代理透明特性，用户应用程序无需进行额外开发，具有实际应用价值。关键词：NoSQL数据库，数据存储，SCS密文检索算法，洋葱加密模型，SNProxy安全代理IABSTRACTABSTRACTNoSQLdatabaseisbecomingincreasinglymorepopularduetoitsoutstandingcapabilitiesofhighconcurrenc