数据库加密技术研究与应用

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浅析数据库加密技术

作者：喻子豪

来源：《智富时代》2019年第06期

【摘 要】近年来，数据库加密系统已经成为一种有前途的方向，它可以保证数据机密性而不影响其他功能，能够实现对密文执行查询操作。本文首先介绍了数据库安全的相关概念，其次对数据库加密技术进行了介绍，并分析了不同技术的优缺点。

【关键词】数据库；加密技术；操作系统；加密粒度

由于数据库系统中存放着大量的数据，并且这些数据被许多用户共享，所以数据库的安全性问题是必须首先要解决的。数据库安全问题的研究最早开始于上世纪七十年代，IBM研宄人员重点研宄了关系数据库系统的访问控制问题，该项研究使得人们逐渐形成了多级安全数据库的概念。美国计算机国家安全中心于1991年颁布的《可信计算机系统评估标准-关于可信数据库系统的解释》（TDI），将计算机系统安全标准扩展到了数据库系统。该标准将数据库系统的安全性划分为A-B-C-D四种类别七个等级，其中A类别最高；等级越高，代表着数据库的可信度越高，安全性随之增强。目前大多数的数据库管理系统的安全性等级为B1级，即为可标识的安全保护。

一、数据库加密技术

数据库加密系统一般可以从三个不同层次实现对数据的加密，分别是操作系统层、DBMS内核层以及应用层。下面对三个加密层次分别进行介绍。

（1）操作系统层。对于操作系统来说，数据库是一种存储在操作系统上的文件。因此对于操作系统层的加密，可以直接对整个数据库文件进行加密。但是由于操作系统中的文件无法分割，因此不能从加密粒度上对加密进行优化。除此之外，在操作系统层进行加密的效率非常低，并且加密时重复使用同一组密钥，导致密钥泄漏的可能性大大增加。

（2）DBMS内核层。为了实现内核层的加密，通常需要对DBMS的内核进行修改，通过内置数据加解密功能，在数据经过系统的存取之前完成加解密的操作。但是对于用户来说，由于大部分数据库厂商没有公开数据库内核的源代码，因此用户只能局限于DBMS提供的加密算法，无法自定义的加密功能，缺乏灵活性。

数据库加密系统是一款基于透明加密技术的数据库防泄漏系统，该产品能够实现对数据库中的敏感数据加密存储、访问控制增强、应用访问安全、安全审计以及三权分立等功能。

数据库安全技术之一，数据库安全技术主要包括：数据库漏扫、数据库加密、数据库防火墙、数据脱敏、数据库安全审计系统。

数据库透明加密是数据库加密技术的关键，避免了应用系统程序需要大量改造，产生很多的附加成本。

应用背景

当前我国涉密部门(军队、军工、政府、金融行业、保险行业、电信行业等)中，80%以上应用系统使用国外数据库产品，特别是Oracle；如何保证系统在高性能、高可用的同时提升数据的安全性，确保关键信息不被泄露、国家利益不受损失已经迫在眉睫。

政策要求

2020年1月1日，《中华人民共和国密码法》正式施行，对数据库加密技术提出了密码技术要求，国家对密码实行分类管理。密码分为核心密码、普通密码和商用密码。

第七条 核心密码、普通密码用于保护国家秘密信息，核心密码保护信息的最高密级为绝密级，普通密码保护信息的最高密级为机密级。

核心密码、普通密码属于国家秘密。密码管理部门依照本法和有关法律、行政法规、国家有关规定对核心密码、普通密码实行严格统一管理。

存在问题

当前主流Oracle安全增强方案包括前置代理、应用加密和Oracle自带加密选件TDE等。前置代理需要应用大幅改造、大量Oracle核心特性无法使用；应用加密必须由应用实现数据加密，加密数据无法检索，已有系统无法透明移植；TDE不能集成国产加密算法，不符合国家密码政策。因此这几种方案一直未能得到有效推广。

成熟的数据库加密软件应该解决两大重要难题，一是应用透明，二是密文索引。在安装了数据库加密软件后，原有的应用系统基本不需要改造，因为大型的应用程序改造起来很困难，有的甚至源程序没有了，导致无法改造；明文转为密文后，原有按明文构造的索引必然失效，这就需要按照密文对应明文查询的顺序构造密文索引，通过密文索引可以让数据库查询速度几乎不减慢。

数据加密技术的原理与实现

近年来，随着互联网技术的飞速发展和人们工作、生活方式的改变，网络安全问题逐渐受到了广泛的关注。数据加密作为保护用户隐私的基石之一，已经得到了越来越多的关注。本文将重点介绍数据加密技术的原理与实现。

一、数据加密技术的基本原理

数据加密技术是将数据通过某种算法进行转换，使其呈现出一种乱码状态，以实现对数据的保护。其基本原理就是通过一定的数学运算将明文（未加密的数据）转化为密文（已加密的数据），而只有拥有密钥的人才能够通过对应的算法将密文还原为明文，从而实现信息安全。

二、数据加密技术的实现方式

1. 对称加密

对称加密也称为共享密钥加密，其基本思想是发送者和接收者使用同一个密钥来加密和解密数据。常用的对称加密算法有DES、3DES、AES等。对称加密方式相对简单，加密解密速度较快，适合对数据量较大、实时性要求高的场景。

2. 非对称加密

非对称加密也称为公钥加密，其基本思想是对称加密的逆过程，使用一对密钥（公钥和私钥）来加密和解密数据。公钥可以公开，而私钥必须严格保管，以确保数据的安全。常用的非对称加密算法有RSA、ECC等。非对称加密方式加密解密速度较慢，但安全性较高，适合对安全性要求较高的场景，如数字签名等。

3. 哈希加密

哈希加密也称为单向加密，其基本思想是将明文进行不可逆的散列计算，生成固定长度的消息摘要，用于验证数据的完整性。哈希函数具有不可逆性，即无法通过算法逆向生成原始数据。常用的哈希算法有MD5、SHA-1等。哈希加密方式适合验证数据完整性，但不能保护数据的机密性。

三、数据加密技术的应用场景

1. 网络通信加密

在网络通信的过程中，数据可能会被黑客窃取或篡改，对于需要保密性和完整性的重要数据，需要使用数据加密技术来保护，以确保信息的安全传输。

2. 数据存储加密

数据存储加密指的是将数据在存储介质上进行加密，以保护数据的机密性和完整性。常见的数据存储加密方式有硬盘加密、文件加密、数据库加密等。

1 绪论

从第一台计算机诞生起，经过几十年的高速发展，信息技术已经进入到我们的生活的方方面面，不断改变着我们的生活。我们已经进入了信息化时代。信息化时代是一个信息爆炸的时代，大量的信息依靠传统的方式难以实现有效的储存和传输，因而以计算机技术和网络技术为基础的信息技术的发展显得尤为重要。

1.1 密码技术的研究意义

在中国，网民的人数已经达到了3亿。每天人们都要通过计算机和网络进行生活、工作、学习、娱乐等活动。这些活动都需要依靠信息在网络中的传输来完成。其中包括了一些十分敏感的个人信息，如银行卡账户信息，公民个人身份信息等。这些信息都是和人民的切身利益紧密相关。如果信息被盗，那将会为人民带来巨大的损失。

近年来，以淘宝，阿里巴巴等为代表的电子商务蓬勃发展。2008年，中国的电子商务交易总额已经突破了3万亿人民币大关，达到了GDP总量的10%，年增长率也达到了50%[1]。电子商务已经成为我国经济发展的强大的助推力。不仅仅是电子商务，其他计算机和网络相关的信息产业在中国也得到了大力的发展。它们所创造的经济效益也在逐年快速增长，已经成为中国经济发展不可或缺的部分和强大动力。

电子政务也是近年来的信息化建设的重点。电子政务是指政府机构运用现代化的网络通讯技术和计算机技术，把政府管理和服务职能通过简单、优化、整合、重组后到网上实现，打破时间、空间以及条块的制约，为社会公众以及自身提供一体化的高效、优质廉洁的管理和服务[2]。它不仅能提高政府的工作效率和工作透明度，也使人民群众更好的实行监督的权利。因此，电子政务的建设受到了政府的极大的关注和投入。政府部门经常通过网络进行传输一些文件资料。有些文件包含了涉及国家安全的机密资料，一旦泄露，将为我国国家安全和社会安定带来巨大威胁。我们需要对这些资料进行保护，保证其安全的传输和储存。

办公自动化是现在企业信息化建设的重要步骤。企业把信息资源和重要文件都以电子文档的形式存放在服务器上，以方便各部门、各公司之间的文档调用，这样能很大程度上提高工作效率。目前，各大公司都纷纷建设办公自动化。有许多涉及商业机密的文件也一同被放在服务器上。这些资料也需要严格保护。