基于Web平臺的數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)的應(yīng)用
cc 一、Web平臺數(shù)據(jù)庫安全特點
1.1 Web數(shù)據(jù)庫特點
Web數(shù)據(jù)庫又稱網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，是在傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上融合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種的嚴(yán)謹(jǐn)模式，簡單可以理解為因特網(wǎng)與數(shù)據(jù)庫結(jié)合的產(chǎn)物。Web數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)使得網(wǎng)絡(luò)查詢、檢索更容易實現(xiàn)。
相對于傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫而言，Web數(shù)據(jù)庫本身存在相對獨立的特征，主要包括幾個個方面：存儲信息廣泛、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對靈活、能夠?qū)崿F(xiàn)更多樣化的編譯、支持更多的數(shù)據(jù)類型。除此之外，隨著Web數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，為了應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)查詢、檢索的需要，Web數(shù)據(jù)庫也擁有了改進(jìn)的索引機(jī)制，能夠有效提高查詢效率和查詢質(zhì)量，更符合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特點。
1.2 Web數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)
在傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫安全研究領(lǐng)域，最常用的數(shù)據(jù)庫保護(hù)方法是通過設(shè)置復(fù)雜口令和訪問權(quán)限，但是數(shù)據(jù)庫管理員賬戶的安全問題就成為了嚴(yán)重隱患，因此出現(xiàn)了使用數(shù)據(jù)加密技術(shù)保證數(shù)據(jù)庫信息安全的方法。在數(shù)據(jù)庫中，由于數(shù)據(jù)組長度相對較短，存取時間較長，密鑰的相應(yīng)生命周期浮動較大，如果采用單一密鑰無法起到良好的保密效果，如果采用獨立密鑰則會導(dǎo)致密鑰過多致使管理復(fù)雜，進(jìn)而引發(fā)查詢響應(yīng)速度過慢的問題，不符合Web數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的需求，因此Web數(shù)據(jù)庫的加密技術(shù)也出現(xiàn)了相應(yīng)的改進(jìn)。在現(xiàn)代化的Web服務(wù)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫加密方案通常采用DBMS內(nèi)核加密，這一加密技術(shù)可以與DBMS無縫結(jié)合，并實現(xiàn)更為強(qiáng)大的加密功能，但目前DBMS內(nèi)核加密算法的可選性較低，靈活性不足，而且由于在硬件層面進(jìn)行加密，也會在一定程度上增加服務(wù)器負(fù)載，影響Web服務(wù)的高效性。由于內(nèi)核加密的缺陷，因此出現(xiàn)了DBMS外層加密技術(shù)，通過封包對服務(wù)實現(xiàn)加密，能夠有效降低運行復(fù)雜，同時加密過程與加密數(shù)據(jù)被分開，安全性得到再次提升，由于加密本身的條件問題也可以實現(xiàn)端到端的密文傳輸，進(jìn)一步提升加密效果。
二、 B/SWeb平臺構(gòu)架下的數(shù)據(jù)加密模型分析
2.1 B/SWeb平臺構(gòu)架特征
B/S結(jié)構(gòu)是Browser/Server結(jié)構(gòu)的簡稱，即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)的特點是Web應(yīng)用、功能的使用直接通過瀏覽器即可實現(xiàn)，不需要客戶端，在PC端已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)較高的安全保障。在目前Web應(yīng)用領(lǐng)域，ActiveX技術(shù)的普遍使得這一結(jié)構(gòu)的安全性和便利性得到再次提升。在目前常見的Web平臺構(gòu)架中，B/S結(jié)構(gòu)相對于C/S結(jié)構(gòu)而言不需要對PC端應(yīng)用進(jìn)行專門的應(yīng)用管理，但由于訪問的簡便性以及功能的下移，使得安全管理中服務(wù)器安全條件的要求提升，服務(wù)器的負(fù)載有小幅增加的現(xiàn)象。
2.2 典型的DSP加密結(jié)構(gòu)分析
在B/S結(jié)構(gòu)下的Web平臺數(shù)據(jù)庫通過DSP模型，能夠?qū)崿F(xiàn)較佳的加密效果，這一模型本身與B/S結(jié)構(gòu)十分相似能夠充分適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的特點。
用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行增、刪、改等操作時，涉及到明文數(shù)據(jù)到密文數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，需要數(shù)據(jù)加密模塊。數(shù)據(jù)加密模塊通過在數(shù)據(jù)操作過程中隱藏的數(shù)據(jù)窗口來實現(xiàn)，用戶對明文數(shù)據(jù)窗口的操作同步映射到隱藏的密文數(shù)據(jù)窗口中，對明文數(shù)據(jù)的保存操作同步映射到密文數(shù)據(jù)窗口的保存操作。在DSP模型中，敏感信息加密后存放在數(shù)據(jù)庫端，需求用戶發(fā)送查詢請求后會經(jīng)過加密然后再發(fā)送，并能夠同時實現(xiàn)本地的短期查詢與服務(wù)器長期查詢，執(zhí)行密文查詢的過程中，查詢結(jié)果還需要進(jìn)行再次加解密過程，有效增加的數(shù)據(jù)的安全性。
三、加密算法優(yōu)選方案
3.1 常規(guī)數(shù)據(jù)加密方法的對比
數(shù)據(jù)庫加密算法必須適應(yīng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特性，如強(qiáng)度高、加/解密速度快、適應(yīng)明文數(shù)據(jù)長度變化范圍大、數(shù)據(jù)加密后盡量不增加存儲空間等。目前常用的密碼可以分為三類，序列密碼、分組密碼和公開密鑰密碼。序列密碼算法將明文與隨機(jī)序列直接運算，得到的每一位密文與明文其他位數(shù)據(jù)無關(guān)。該類算法運算速度高，并且產(chǎn)生的密文一般與明文長度一樣。但是如果得到數(shù)量較多的密文對，則較容易破譯。該算法常用于一次一密的傳輸加密。分組密碼算法將明文按固定長度分組，對各分組使用不同的密鑰加密。密文中的每位數(shù)據(jù)不僅與密鑰有關(guān)，還與分組中其他明文數(shù)據(jù)有關(guān)。分組加密算法較難破譯，但是密鑰分發(fā)及管理。公開密鑰算法即非對稱密鑰算法，運算速度很慢，不適合用于大數(shù)據(jù)量加/解密。
通過對比來看，能夠同時適應(yīng)數(shù)據(jù)庫加密需求以及Web平臺特點的加密算法為分組加密算法。
3.2 DES加密算法及密鑰管理
通過前文分析可知，適用于Web平臺數(shù)據(jù)庫加密的算法為分組加密算法，而在分組加密算法中，DES算法是運行速度最快的一種。該算法由IBM公司研制，為用戶提供一個雙向通道A和B共享一個密鑰，雙方既可以用該密鑰加密信息形成密文并傳送出去，又可以把收到的密文用該密鑰進(jìn)行解密。加密的數(shù)據(jù)和加密密鑰都是64位，有效長度為56位，其余8位用于奇偶校驗位。由于DES算法密鑰長度有限，在一定程度上影響了加密效果，因此在Web平臺數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中建議使用多重算法，可以有效解決密鑰長度不足的問題。
在密鑰管理中，通信過程中密鑰的保護(hù)問題同樣值得重視。為了保證敏感數(shù)據(jù)信息的安全，我們要計算子密鑰組的結(jié)果M，M為密鑰的乘積的合集。然后將結(jié)果M單獨存放在非系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，專門建立一個非SQLSERVER數(shù)據(jù)庫文件，如數(shù)據(jù)庫中建立一個表，專門放置M。而且對這個文件進(jìn)行加密，防止信息的泄漏。為了保證一個密鑰長期使用，防止被非法分子破解，密鑰必須有更新功能。系統(tǒng)在對新的密鑰進(jìn)行檢查無誤后，對信息表中的所有敏感信息進(jìn)行重新加密。
四、應(yīng)用方案優(yōu)缺點概述
本次設(shè)計的在于實現(xiàn)已有Web平臺基礎(chǔ)的條件下，實現(xiàn)破譯成本增加、加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性的主要目標(biāo)。
在安全性方面，DSP結(jié)構(gòu)下的外圍加密技術(shù)與DES加密算法的結(jié)合，能夠有效保障數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)的安全性，同時采用的密鑰算法與管理技術(shù)能夠在在任何情況下不作明文存儲（包括在數(shù)據(jù)庫內(nèi)）、密鑰在任何情況下不作明文傳輸（主要指在網(wǎng)絡(luò)上）、對密鑰進(jìn)行變換的算法具有最高級的加密強(qiáng)度并永不公布、在密鑰意外泄露時可以通過更改密鑰及更改用戶登錄權(quán)限等簡單手段迅速處理，并且不會影響其它密鑰的安全性。
當(dāng)然此設(shè)計的數(shù)據(jù)庫加密框架方案對系統(tǒng)響應(yīng)速度有一定影響，在有較大量的數(shù)據(jù)訪問查詢需求時可能出現(xiàn)一定的延遲或響應(yīng)緩慢的現(xiàn)象，主要因素有兩點：其一，認(rèn)證請求本身增加了客戶端與認(rèn)證服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)；其二，解析加密數(shù)據(jù)時會產(chǎn)生額外的解析時間。
五、 結(jié)束語
本文對B/S結(jié)構(gòu)特點下的Web平臺數(shù)據(jù)庫加密思路進(jìn)行了分析說明，針對其特點提出了DBMS外圍加密的DSP結(jié)構(gòu)，結(jié)合應(yīng)用需求與特點，提出了采用多層DES加密算法以及基于PKI的私鑰認(rèn)證思路。本文提供的加密系統(tǒng)、算法、密鑰管理方案具有相對良好的加密效果與響應(yīng)速度，能夠有效保證服務(wù)器性能，可作為普通Web平臺數(shù)據(jù)庫加密的參考。
