[发明专利]一种支持密文数据操作的关系型数据库安全外包数据处理方法

权利要求书

1.一种支持密文数据操作的关系型数据库安全外包数据处理方法，其步骤为：

(1)数据库拥有者利用私有密钥对待外包数据库进行加密后生成外包密文数据库，并将其发送至云服务供应商；

(2)终端用户通过其口令登录数据库系统，并以SQL语句的形式向该数据库拥有者提交明文数据操作请求；

(3)该数据库拥有者依据访问控制策略，判断该数据操作请求是否已得到授权，如若非法访问，则拒绝操作；若为合法访问，则将该数据操作请求的明文SQL语句转换为密文SQL语句集合，并发送至该云服务供应商；

(4)该云服务供应商在该外包密文数据库上直接执行该密文SQL语句；若为查询请求，则将得到的密文查询结果返回至该数据库拥有者；

(5)该数据库拥有者接收并解密该密文查询结果，向该终端用户返回明文记录；

其中，对待外包数据库进行加密的方法为：设计并实现具有可加性的保序加密算法OPEA，对待外包数据库中的全部数据项进行加密，并使用抗碰撞哈希函数或者对称密码技术对待外包数据库中的数据表名、列名进行加密；该保序加密算法OPEA中采用顺序密文分区构成离散密文域，其加密函数E:X→Y满足条件a)和b)；X和Y分别是OPEA算法的明文与密文空间；a)a<b当且仅当E(a)<E(b)；b)c∈X，若a+b<c，则有E(a)+E(b)<E(c)；

该保序加密算法OPEA包括边界生成子算法、加密子算法和解密子算法，其中：

边界生成子算法为：输入随机非负整数集R＝{R_i}和随机正整数σ作为密钥，设定首个密文分区[L₁,U₁]，满足L[1]＝σ且U[1]＝L[1]+R₁；随后迭代地划定后续密文分区的边界值，满足L[t]＝max_1≤i<t{U[i]+U[t-i]}且U[t]＝L[t]+R_t，输出密文域的密文分区下边界集L＝{L_i}＝{L[i]}和上边界集U＝{U_i}＝{U[i]}；其中，1≤i≤T，2≤t≤T，T是明文域的最大值；R_i是集合R中的第i个元素，L_i和L[i]是第i个密文分区的下边界，U_i和U[i]是第i个密文分区的上边界；σ需要满足关系式σ>max_1≤i≤T{R_i}-R₁；

加密子算法为：输入边界集L、U和正整数明文m，输出密文c＝E(m)；在加密明文值m时，采用一对多的映射结构，根据密文分区的边界集L和U，加密函数E(·)将会从集合{L[m],L[m]+1,…,U[m]}中选择并返回一个随机整数作为密文值c；

解密子算法为：输入边界集L、U和密文c，借助折半查找算法输出密文c所属密文分区的编号作为明文值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，简化OPEA算法的边界生成子算法为：令密钥R_i(1≤i≤T)以非降序排列，得到其线性边界函数U[t]＝L[t]+R_t,1≤t≤T；然后利用该线性边界函数生成边界集L和U。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，扩展OPEA算法的边界生成子算法为：令密钥σ>3·max_1≤i≤T{R_i}，设定首个密文分区U’[1]＝σ且L’[1]＝U’[1]-R₁，后续密文分区应满足上边界U’[t]＝min_1≤i<t{L’[i]+L’[t-i]}且下边界L’[t]＝U’[t]-R_t(R_t<U’[t]-U’[t-1])；其线性边界函数为L’[t]＝U’[t]-R_t,1≤t≤T；得到扩展上边界集U’＝{U’[i]}和扩展下边界集L’＝{L’[i]}，其中，2≤t≤T，1≤i≤T；OPEA扩展算法的加密函数为E’:X→Y’，满足条件a)和b)；X和Y’分别是OPEA扩展算法的明文与密文空间；

a)a<b当且仅当E’(a)<E’(b)；

b)若a+b>c，则有E’(a)+E’(b)>E’(c)。