講解數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)的功能特性與實(shí)現(xiàn)方法
加入技術(shù)交流群
隨著電子商務(wù)逐漸越來越多的應(yīng)用，數(shù)據(jù)的安全問題越來越受到重視。一是企業(yè)本身需要對自己的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的保護(hù)；二是企業(yè)從應(yīng)用服務(wù)提供商（Application Service Provider，ASP）處獲得應(yīng)用支持和服務(wù)，在這種情況下，企業(yè)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存放在ASP處，其安全性無法得到有效的保障。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的數(shù)據(jù)庫保護(hù)方式是通過設(shè)定口令字和訪問權(quán)限等方法實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)庫管理員可以不加限制地訪問和更改數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)。解決這一問題的關(guān)鍵是要對數(shù)據(jù)本身加密，即使數(shù)據(jù)不幸泄露或丟失，也難以被人破譯，關(guān)于這一點(diǎn)現(xiàn)基本數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品都支持對數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)加密存儲。
對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，主要有三種方式：系統(tǒng)中加密、客戶端(DBMS外層)加密、服務(wù)器端(DBMS內(nèi)核層)加密?？蛻舳思用艿暮锰幨遣粫又?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器的負(fù)載，并且可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上的傳輸加密，這種加密方式通常利用數(shù)據(jù)庫外層工具實(shí)現(xiàn)。而服務(wù)器端的加密需要對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)本身進(jìn)行操作，屬核心層加密，如果沒有數(shù)據(jù)庫開發(fā)商的配合，其實(shí)現(xiàn)難度相對較大。此外，對那些希望通過ASP獲得服務(wù)的企業(yè)來說，只有在客戶端實(shí)現(xiàn)加解密，才能保證其數(shù)據(jù)的安全可靠。
1. 常用數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)
信息安全主要指三個方面。一是數(shù)據(jù)安全，二是系統(tǒng)安全，三是電子商務(wù)的安全。核心是數(shù)據(jù)庫的安全，將數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)加密就抓住了信息安全的核心問題。
對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)加密是為增強(qiáng)普通關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的安全性，提供一個安全適用的數(shù)據(jù)庫加密平臺，對數(shù)據(jù)庫存儲的內(nèi)容實(shí)施有效保護(hù)。它通過數(shù)據(jù)庫存儲加密等安全方法實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲保密和完整性要求，使得數(shù)據(jù)庫以密文方式存儲并在密態(tài)方式下工作，確保了數(shù)據(jù)安全。
1.1 數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)的功能和特性
經(jīng)過近幾年的研究，我國數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)已經(jīng)比較成熟。
一般而言，一個行之有效的數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)主要有以下6個方面的功能和特性。
(1)身份認(rèn)證：
用戶除提供用戶名、口令外，還必須按照系統(tǒng)安全要求提供其它相關(guān)安全憑證。如使用終端密鑰。
(2) 通信加密與完整性保護(hù)：
有關(guān)數(shù)據(jù)庫的訪問在網(wǎng)絡(luò)傳輸中都被加密，通信一次一密的意義在于防重放、防篡改。
(3) 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲加密與完整性保護(hù)：
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)項(xiàng)級存儲加密，即數(shù)據(jù)庫中不同的記錄、每條記錄的不同字段都采用不同的密鑰加密，輔以校驗(yàn)措施來保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲的保密性和完整性，防止數(shù)據(jù)的非授權(quán)訪問和修改。
(4) 數(shù)據(jù)庫加密設(shè)置：
系統(tǒng)中可以選擇需要加密的數(shù)據(jù)庫列，以便于用戶選擇那些敏感信息進(jìn)行加密而不是全部數(shù)據(jù)都加密。只對用戶的敏感數(shù)據(jù)加密可以提高數(shù)據(jù)庫訪問速度。這樣有利于用戶在效率與安全性之間進(jìn)行自主選擇。
(5)多級密鑰管理模式：
主密鑰和主密鑰變量保存在安全區(qū)域，二級密鑰受主密鑰變量加密保護(hù)，數(shù)據(jù)加密的密鑰存儲或傳輸時利用二級密鑰加密保護(hù)，使用時受主密鑰保護(hù)。
(6) 安全備份：
系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫明文備份功能和密鑰備份功能。
1.2 對數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)基本要求
(1) 字段加密；
(2) 密鑰動態(tài)管理；
(3) 合理處理數(shù)據(jù)；
(4) 不影響合法用戶的操作；
(5) 防止非法拷貝；
1.3 數(shù)據(jù)加密的算法
加密算法是一些公式和法則，它規(guī)定了明文和密文之間的變換方法。密鑰是控制加密算法和解密算法的關(guān)鍵信息，它的產(chǎn)生、傳輸、存儲等工作是十分重要的。
數(shù)據(jù)加密的基本過程包括對明文（即可讀信息）進(jìn)行翻譯，譯成密文或密碼的代碼形式。該過程的逆過程為解密，即將該編碼信息轉(zhuǎn)化為其原來的形式的過程。
DES算法， DES(Data Encryption Standard)是由IBM公司在1970年以后發(fā)展起來的，于1976年11月被美國政府采用，DES隨后被美國國家標(biāo)準(zhǔn)局和美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（American National Standard Institute,ANSI）承認(rèn), DES算法把64位的明文輸入塊變?yōu)?4位的密文輸出塊，它所使用的密鑰也是64位，DES算法中只用到64位密鑰中的其中56位。
三重DES， DES的密碼學(xué)缺點(diǎn)是密鑰長度相對比較短，因此，人們又想出了一個解決其長度的方法，即采用三重DES，三重DES是DES的一種變形。這種方法使用兩個獨(dú)立的56位密鑰對交換的信息(如EDI數(shù)據(jù))進(jìn)行3次加密,從而使其有效密鑰長度達(dá)到112位或168位, 對安全性有特殊要求時則要采用它。
RSA算法它是第一個既能用于數(shù)據(jù)加密也能用于數(shù)字簽名的算法。它易于理解和操作，也很流行。算法的名字就是發(fā)明者的名字：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman, 但RSA的安全性一直未能得到理論上的證明， RSA的安全性依賴于大數(shù)的因子分解，但并沒有從理論上證明破譯RSA的難度與大數(shù)分解難度等價。即RSA的重大缺陷是無法從理論上把握它的保密性能如何，而且密碼學(xué)界多數(shù)人士傾向于因子分解不是NPC問題， RSA算法是第一個能同時用于加密和數(shù)字簽名的算法，也易于理解和操作。RSA是被研究得最廣泛的公鑰算法，從提出到現(xiàn)在已近二十年，經(jīng)歷了各種攻擊的考驗(yàn)，逐漸為人們接受，普遍認(rèn)為是目前最優(yōu)秀的公鑰方案之一。
AES是美國高級加密標(biāo)準(zhǔn)算法,將在未來幾十年里代替DES在各個領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，盡管人們對AES還有不同的看法,但總體來說,AES作為新一代的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)匯聚了強(qiáng)安全性、高性能、高效率、易用和靈活等優(yōu)點(diǎn)。AES設(shè)計(jì)有三個密鑰長度:128,192,256位，相對而言，AES的128密鑰比DES的56密鑰強(qiáng)1021倍。AES算法主要包括三個方面：輪變化、圈數(shù)和密鑰擴(kuò)展。在理論上，此加密方法需要國家軍事量級的破解設(shè)備運(yùn)算10年以上時間才可能破譯。
1.4 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)加密的實(shí)現(xiàn)
使用數(shù)據(jù)庫安全保密中間件對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行加密是最簡便直接的方法。主要是通過系統(tǒng)中加密、DBMS內(nèi)核層（服務(wù)器端）加密和DBMS外層（客戶端）加密。
在系統(tǒng)中加密，在系統(tǒng)中無法辨認(rèn)數(shù)據(jù)庫文件中的數(shù)據(jù)關(guān)系，將數(shù)據(jù)先在內(nèi)存中進(jìn)行加密，然后文件系統(tǒng)把每次加密后的內(nèi)存數(shù)據(jù)寫入到數(shù)據(jù)庫文件中去，讀入時再逆方面進(jìn)行解密就，這種加密方法相對簡單，只要妥善管理密鑰就可以了。缺點(diǎn)對數(shù)據(jù)庫的讀寫都比較麻煩，每次都要進(jìn)行加解密的工作，對程序的編寫和讀寫數(shù)據(jù)庫的速度都會有影響。
在DBMS內(nèi)核層實(shí)現(xiàn)加密需要對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)本身進(jìn)行操作。這種加密是指數(shù)據(jù)在物理存取之前完成加解密工作。這種加密方式的優(yōu)點(diǎn)是加密功能強(qiáng)，并且加密功能幾乎不會影響DBMS的功能，可以實(shí)現(xiàn)加密功能與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的無縫耦合。其缺點(diǎn)是加密運(yùn)算在服務(wù)器端進(jìn)行，加重了服務(wù)器的負(fù)載，而且DBMS和加密器之間的接口需要DBMS開發(fā)商的支持。
在DBMS外層實(shí)現(xiàn)加密的好處是不會加重?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器的負(fù)載，并且可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上的傳輸，加密比較實(shí)際的做法是將數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)做成DBMS的一個外層工具，根據(jù)加密要求自動完成對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的加解密處理。
采用這種加密方式進(jìn)行加密，加解密運(yùn)算可在客戶端進(jìn)行，它的優(yōu)點(diǎn)是不會加重?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器的負(fù)載并且可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上傳輸?shù)募用?，缺點(diǎn)是加密功能會受到一些限制，與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的耦合性稍差。
數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)分成兩個功能獨(dú)立的主要部件：一個是加密字典管理程序，另一個是數(shù)據(jù)庫加解密引擎。數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)將用戶對數(shù)據(jù)庫信息具體的加密要求以及基礎(chǔ)信息保存在加密字典中，通過調(diào)用數(shù)據(jù)加解密引擎實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫表的加密、解密及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能。數(shù)據(jù)庫信息的加解密處理是在后臺完成的，對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是透明的。
按以上方式實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的最終用戶是完全透明的，管理員可以根據(jù)需要進(jìn)行明文和密文的轉(zhuǎn)換工作；其次，加密系統(tǒng)完全獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)，無須改動數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密功能；第三，加解密處理在客戶端進(jìn)行，不會影響數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的效率。
數(shù)據(jù)庫加解密引擎是數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)的核心部件，它位于應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間，負(fù)責(zé)在后臺完成數(shù)據(jù)庫信息的加解密處理，對應(yīng)用開發(fā)人員和操作人員來說是透明的。數(shù)據(jù)加解密引擎沒有操作界面，在需要時由操作系統(tǒng)自動加載并駐留在內(nèi)存中，通過內(nèi)部接口與加密字典管理程序和用戶應(yīng)用程序通訊。數(shù)據(jù)庫加解密引擎由三大模塊組成：加解密處理模塊、用戶接口模塊和數(shù)據(jù)庫接口模塊。
2. 結(jié)束語
上面的論述還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒達(dá)到數(shù)據(jù)庫安全需要，比如現(xiàn)在的數(shù)據(jù)庫基本都基于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，網(wǎng)際的安全傳輸?shù)?，也是要重點(diǎn)考慮的方面。一個好的安全系統(tǒng)必須綜合考慮核運(yùn)用這些技術(shù)，以保證數(shù)據(jù)的安全，通過以上論述希望對大家有所幫助，同時也和大家一起討論一起學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。
評論