數(shù)據(jù)庫安全機(jī)制(編輯修改稿)
2025-05-12 12:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 密后的數(shù)據(jù)庫功能受到一些限制，例如加密后的數(shù)據(jù)無法正常索引。同時數(shù)據(jù)加密后也會破壞原有的關(guān)系數(shù)據(jù)的完整性與一致性，這些都會給數(shù)據(jù)庫應(yīng)用帶來影響。在目前新興的外包數(shù)據(jù)庫服務(wù)模式中，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器由非可信的第三方提供，僅用來運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的DBMS，要求加密解密都在客戶端完成。 數(shù)據(jù)庫加密的粒度一般來說，數(shù)據(jù)庫加密的粒度可以有4種，即表、屬性、記錄和數(shù)據(jù)元素。不同加密粒度的特點(diǎn)不同，總的來說，加密粒度越小，則靈活性越好且安全性越高，但實現(xiàn)技術(shù)也更為復(fù)雜，對系統(tǒng)的運(yùn)行效率影響也越大。（1）表加密表級加密的對象是整個表，這種加密方法類似于操作系統(tǒng)中文件加密的方法。即每個表與不同的表密鑰運(yùn)算，形成密文后存儲。這種方式最為簡單，但因為對表中任何記錄或數(shù)據(jù)項的訪問都需要將其所在表的所有數(shù)據(jù)快速解密，因而執(zhí)行效率很低，浪費(fèi)了大量的系統(tǒng)資源。在目前的實際應(yīng)用中，這種方法基本已被放棄。（2）屬性加密屬性加密又稱為“域加密”或“字段加密”，即以表中的列為單位進(jìn)行加密。一般而言，屬性的個數(shù)少于記錄的條數(shù)，需要的密鑰數(shù)相對較少。如果只有少數(shù)屬性需要加密，屬性加密是可選的方法。（3）記錄加密記錄加密是把表中的一條記錄作為加密的單位，當(dāng)數(shù)據(jù)庫中需要加密的記錄數(shù)比較少時，采用這種方法是比較好的。（4）數(shù)據(jù)元素加密數(shù)據(jù)元素加密是以記錄中每個字段的值為單位進(jìn)行加密，數(shù)據(jù)元素是數(shù)據(jù)庫中最小的加密粒度。采用這種加密粒度，系統(tǒng)的安全性與靈活性最高，同時實現(xiàn)技術(shù)也最為復(fù)雜。不同的數(shù)據(jù)項使用不同的密鑰，相同的明文形成不同的密文，抗攻擊能力得到提高。不利的方面是，該方法需要引入大量的密鑰。一般要周密設(shè)計自動生成密鑰的算法，密鑰管理的復(fù)雜度大大增加，同時系統(tǒng)效率也受到影響。在目前條件下，為了得到較高的安全性和靈活性，采用最多的加密粒度是數(shù)據(jù)元素。為了使數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)能夠充分而靈活地共享，加密后還應(yīng)當(dāng)允許用戶以不同的粒度進(jìn)行訪問。 加密算法加密算法是數(shù)據(jù)加密的核心，一個好的加密算法產(chǎn)生的密文應(yīng)該頻率平衡，隨機(jī)無重碼，周期很長而又不可能產(chǎn)生重復(fù)現(xiàn)象。竊密者很難通過對密文頻率，或者重碼等特征的分析獲得成功。同時，算法必須適應(yīng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特性，加／解密，尤其是解密響應(yīng)迅速。常用的加密算法包括對稱密鑰算法和非對稱密鑰算法。對稱密鑰算法的特點(diǎn)是解密密鑰和加密密鑰相同，或解密密鑰由加密密鑰推出。這種算法一般又可分為兩類，即序列算法和分組算法。序列算法一次只對明文中的單個位或字節(jié)運(yùn)算；分組算法是對明文分組后以組為單位進(jìn)行運(yùn)算，常用有DES等。非對稱密鑰算法也稱為“公開密鑰算法”，其特點(diǎn)是解密密鑰不同于加密密鑰，并且從解密密鑰推出加密密鑰在計算上是不可行的。其中加密密鑰公開，解密密鑰則是由用戶秘密保管的私有密鑰。常用的公開密鑰算法有RSA等。目前還沒有公認(rèn)的專門針對數(shù)據(jù)庫加密的加密算法，因此一般根據(jù)數(shù)據(jù)庫特點(diǎn)選擇現(xiàn)有的加密算法來進(jìn)行數(shù)據(jù)庫加密。一方面，對稱密鑰算法的運(yùn)算速度比非對稱密鑰算法快很多，二者相差大約2~3個數(shù)量級；另一方面，在公開密鑰算法中，每個用戶有自己的密鑰對。而作為數(shù)據(jù)庫加密的密鑰如果因人而異，將產(chǎn)生異常龐大的數(shù)據(jù)存儲量。因此，在數(shù)據(jù)庫加密中一般采取對稱密鑰的分組加密算法。 密鑰管理對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行加密，一般對不同的加密單元采用不同的密鑰。以加密粒度為數(shù)據(jù)元素為例，如果不同的數(shù)據(jù)元素采用同一個密鑰，由于同一屬性中數(shù)據(jù)項的取值在一定范圍之內(nèi)，且往往呈現(xiàn)一定的概率分布，因此攻擊者可以不用求原文，而直接通過統(tǒng)計方法即可得到有關(guān)的原文信息，這就是所謂的統(tǒng)計攻擊。大量的密鑰自然會帶來密鑰管理的問題。根據(jù)加密粒度的不同，系統(tǒng)所產(chǎn)生的密鑰數(shù)量也不同。越是細(xì)小的加密粒度，所產(chǎn)生的密鑰數(shù)量越多，密鑰管理也就越復(fù)雜。良好的密鑰管理機(jī)制既可以保證數(shù)據(jù)庫信息的安全性，又可以進(jìn)行快速的密鑰交換，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)解密。對數(shù)據(jù)庫密鑰的管理一般有集中密鑰管理和多級密鑰管理兩種體制，集中密鑰管理方法是設(shè)立密鑰管理中心。在建立數(shù)據(jù)庫時，密鑰管理中心負(fù)責(zé)產(chǎn)生密鑰并對數(shù)據(jù)加密，形成一張密鑰表。當(dāng)用戶訪問數(shù)據(jù)庫時，密鑰管理機(jī)構(gòu)核對用戶識別符和用戶密鑰。通過審核后，由密鑰管理機(jī)構(gòu)找到或計算出相應(yīng)的數(shù)據(jù)密鑰。這種密鑰管理方式方便用戶使用和管理，但由于這些密鑰一般由數(shù)據(jù)庫管理人員控制，因而權(quán)限過于集中。目前研究和應(yīng)用比較多的是多級密鑰管理體制，以加密粒度為數(shù)據(jù)元素的三級密鑰管理體制為例，整個系統(tǒng)的密鑰由一個主密鑰、每個表上的表密鑰，以及各個數(shù)據(jù)元素密鑰組成。表密鑰被主密鑰加密后以密文形式保存在數(shù)據(jù)字典中，數(shù)據(jù)元素密鑰由主密鑰及數(shù)據(jù)元素所在行、列通過某種函數(shù)自動生成，一般不需要保存。在多級密鑰體制中，主密鑰是加密子系統(tǒng)的關(guān)鍵，系統(tǒng)的安全性在很大程度上依賴于主密鑰的安全性。 數(shù)據(jù)庫加密的局限性數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)在保證安全性的同時，也給數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可用性帶來一些影響。（1）系統(tǒng)運(yùn)行效率受到影響數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)帶來的主要問題之一是影響效率。為了減少這種影響，一般對加密的范圍做一些約束，如不加密索引字段和關(guān)系運(yùn)算的比較字段等。（2）難以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)完整性約束的定義數(shù)據(jù)庫一般都定義了關(guān)系數(shù)據(jù)之間的完整性約束，如主／外鍵約束及值域的定義等。數(shù)據(jù)一旦加密，DBMS將難以實現(xiàn)這些約束。（3）對數(shù)據(jù)的SQL語言及SQL函數(shù)受到制約SQL語言中的Group by、Order by及Having子句分別完成分組和排序等操作，如果這些子句的操作對象是加密數(shù)據(jù)，那么解密后的明文數(shù)據(jù)將失去原語句的分組和排序作用。另外，DBMS擴(kuò)展的SQL內(nèi)部函數(shù)一般也不能直接作用于密文數(shù)據(jù)。（4）密文數(shù)據(jù)容易成為攻擊目標(biāo)加密技術(shù)把有意義的明文轉(zhuǎn)換為看上去沒有實際意義的密文信息，但密文的隨機(jī)性同時也暴露了消息的重要性，容易引起攻擊者的注意和破壞，從而造成了一種新的不安全性。加密技術(shù)往往需要和其他非加密安全機(jī)制相結(jié)合，以提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的整體安全性。數(shù)據(jù)庫加密作為一種對敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行安全保護(hù)的有效手段，將得到越來越多的重視。總體來說，目前數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)還面臨許多挑戰(zhàn)，其中解決保密性與可用性之間的矛盾
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