56、云环境下数据库安全存储与模糊查询方案解析

云环境下数据库安全存储与模糊查询方案解析

1. 背景与问题提出

随着云计算的兴起，外包数据库成为应用的热门选择。然而，由于外包数据库通常运行在不可信的服务器上，数据隐私保护成为网络用户的主要关注点。特别是对于远程存储的敏感信息，数据泄露可能带来严重后果。

传统上，对称密码（或块密码）是对频繁处理大量数据的数据库进行加密的常见选择。但传统块密码存在两个主要问题：
- 密文扩展 ：如果明文长度不是密码块长度的倍数，密文会比明文长。
- 格式不可控 ：所有明文都被简单视为二进制字符串，导致密文的类型和格式难以控制。

这些问题使得使用传统块密码加密数据库时，要么需要改变数据库内部结构，要么需要修改应用的基本结构，成本巨大。而且，加密会破坏原始数据的特性，导致许多常见的数据库操作（如 SQL 查询、数据排序、统计分析和数据收集）无法正常进行。

2. 相关工作分析

• 格式保留加密（FPE） ：为设计能满足不同应用（如数据库）需求的块密码而提出。其核心思想是在不破坏目标数据格式的情况下进行加密，是保护数据库中敏感信息的有前途的解决方案。近年来，已经提出了几种具有可证明安全性的 FPE 方案，如 FFSEM、Thorp Shuffle、FFX 模式和 Swap - or - not 等。
• 其他加密工具 ：为了在加密数据库上进行操作，还开发了一些加密工具，如用于对加密数据进行排序的保序加密，以及用于执行任意函数计算的同态加密。同时，研究人员也开发了用