云數據庫是一種新興的外包數據存儲形式,是在Saa S(Software as a Service)成為應用趨勢的大背景下發(fā)展起來的關系數據存儲技術。出于對數據安全的考慮,外包者更傾向于存儲密文以降低數據風險。然而直接外包密文將導致數據應用難度劇增,并大大提升了本地和云端的交互開銷。因此學術界和工業(yè)界的學者們均在探討直接基于密文完成數據功能的可行性。面向云數據庫的中間件加密框架應用(如Crypt DB)是一種典型的安全數據外包形式,借助數據屬性分拆和中間件改寫查詢的設計實現了密文數據查詢。本文做了三個方面的工作創(chuàng)新:·本文提出一種基于中間件的通用密文數據庫外包框架CPD(the client-proxydatabase framework),將密文列分為主列(對稱算法以完成解密操作)和輔助列(屬性加密算法以完成功能運算),并借助中間件來重寫和追加查詢語句,從而實現與密文數據相關的查詢功能。該框架不依賴輔助進程或數據庫擴展,可在非擴展型云數據庫應用場景下受益�！け疚奶岢鲆环N支持通配符的模糊搜索加密算法ws FSE(wildcards-supported fuzzy search encryption),以支持密文數據上的like子句查詢。該算法構造了兩類輔助列,局部敏感哈希列(支持相似性搜索)和布隆過濾列(支持最大化子串匹配),并通過對查詢語句的自適應改寫,實現了密文數據上的模糊搜索�！け疚奶岢鲆环N分數式動態(tài)保序加密算法Fm OPE(fractional mutable orderpreserving encryption),以支持密文數據上的保序運算。該算法借助分數式編碼方法組織保序密文,以減少密文持久化與動態(tài)化過程中的更新次數,并通過對比平衡策略(AVL樹、紅黑樹、替罪羊樹、伸展樹、堆樹)和應用優(yōu)化方案來獲得良好的執(zhí)行性和效率性。綜上所述,本文針對不支持UDF擴展的云數據庫場景下的密文數據外包問題,給出了一種通用化的解決方案,并提出兩種滿足框架的新型加密算法。本文探討了框架的安全性與應用性,并在人工數據集和真實數據集中進行驗證,結果表明了該方案具有較好的運行效果。
【學位單位】：華東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP311.13;TP309.7
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 本文工作與貢獻
    1.3 組織結構
第二章 研究現狀
    2.1 數據庫安全外包框架研究現狀
    2.2 搜索加密算法研究現狀
    2.3 保序加密算法研究現狀
    2.4 本章小結
第三章 基于中間件的通用密文數據庫外包框架
    3.1 相關知識
        3.1.1 多樣化加密層特性
        3.1.2 框架的不足與改進
    3.2 面向數據庫的通用中間件加密框架
        3.2.1 Crypt-JDBC模型
        3.2.2 多密文列存儲形式
        3.2.3 改進的等值連接列
        3.2.4 列名對應關系改進
        3.2.5 查詢語句的改寫過程
    3.3 實驗結果
    3.4 本章小結
第四章 帶通配符的模糊搜索算法
    4.1 問題定義
        4.1.1 前置知識
        4.1.2 算法功能定義
        4.1.3 安全性分析
    4.2 帶通配符查詢的模糊搜索加密算法
        4.2.1 兩類輔助列：c-LSH和c-BF
        4.2.2 自適應查詢改寫算法
        4.2.3 基于c-LSH列的安全優(yōu)化改進
    4.3 實驗結果
        4.3.1 局部敏感哈希列評估
        4.3.2 布隆過濾器列評估
        4.3.3 自適應查詢重寫算法評估
        4.3.4 算法執(zhí)行效率評估
    4.4 本章小結
第五章 分數式動態(tài)保序加密算法
    5.1 問題定義
    5.2 基于中間件的分數式動態(tài)保序加密算法
        5.2.1 框架概述
        5.2.2 分數式編碼方法
        5.2.3 樹索引平衡策略
        5.2.4 查詢改寫方法
        5.2.5 優(yōu)化改進策略
    5.3 實驗結果
        5.3.1 平衡策略評估
        5.3.2 優(yōu)化方案評估
        5.3.3 算法執(zhí)行效率評估
    5.4 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 本文工作總結
    6.2 未來工作展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間發(fā)表論文和科研情況

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本文編號：2859532