分类号密级UDC编号中国科学院研究生院博士学位论文外包数据库安全关键技术研究咸鹤群指导教师冯登国研究员博士生导师中国科学院软件研究所申请学位级别博士学位学科专业名称计算机应用技术论文提交日期2009年4月论文答辩日期2009年6月培养单位中国科学院软件研究所学位授予单位中国科学院研究生院答辩委员会主席石文昌教授摘要摘要外包数据库是一种新的数据库应用形态，它在管理成本、数据库可用性与可靠性等诸多方面具有传统数据库应用形态无法比拟的优势。由于信任模型发生了本质性转变，外包数据库带来了许多新的安全问题，研究外包数据库安全关键技术对于保护企业级数据库安全和促进外包数据库的发展具有重要意义。本文针对外包数据库带来的安全挑战展开研究工作，并取得了以下成果：1研究了外包数据库的机密性保护问题，提出了一种支持属性粒度数据库加密的查询重写算法。该算法使用关系代数公式对用户的查询语句进行等价变换，将涉及加密属性的条件谓词与其它条件谓词分离，从而降低了客户端与服务器间的网络传输数据量，缩短了数据库查询执行时间。2对外包数据库完整性保护问题进行了较为全面的总结，提出了一种基于验证数据结构的完整性检测方案。设计并使用了一种新的验证数据结构，证明了其安全性。该方案能够有效的降低完整性验证过程的计算量，与同类方法相比，具有客户端计算量小、更新操作效率高等优势，尤其适用于更新操作频繁的应用场景。3针对数据库共享过程中可能出现的机密数据泄露问题，提出了一种复合型数据库水印方案。该方案包含复合型数据库水印的添加和检测算法以及使用该算法的水印添加和数据分发协议，可以有效的检测机密数据的泄露源，公平的保护所有者和使用者的利益，并且能够对结果可信度进行量化评估。总的来说，本文的研究成果推动了外包数据库安全关键技术的研究，并为我国在外包数据库系统及其相关领域的研究与发展奠定了坚实的基础。关键词:外包数据库安全，查询重写，验证数据结构，数据库水印iAbstractResearchonKeySecurityTechniquesinOutsourcedDatabasesXianHequn(ComputerApplicationTechnology)DirectedbyProfessorFENGDengguoAbstractTheoutsourceddatabaseisanoveldatabaseapplicationparadigm.Ithasremarkableadvantagesovertraditionaldatabaseparadigmsinseveralaspectssuchasmanagementcosts,databaseavailabilityandreliability.However,outsourceddatabasesintroducenewsecuritychallengesduetothecompletechangeofthetrustmodel.Theresearchofkeysecuritytechniquesinoutsourceddatabasesisfundamentaltothedevelopmentofbothoutsourceddatabasesandenterpriseclassdatabasesecurity.Thisthesisfocusesonsecuritychallengesinoutsourceddatabasesandconductsresearchworksresultinginthefollowingachievements:Aqueryrewritingalgorithmsupportingattributegraindatabaseencryptionisproposed，whichaddressestheconfidentialityprotectionprobleminoutsourceddatabases.Itrewritesuserqueriesanddiscriminatesencryptioninvolvingpredicatesfromtheothers.Theschemecanreducethenetworktrafficcausedbytemporaryqueryresulttransferringandshortenthequeryexecutiontimeeffectively.Thei