支持数据互操作的全外包查询关键技术研究

The idea of DBaaS (namely outsourced database) has been widely accepted with the information technology developed and refined social division of labor. Query outsourcing is one of the key factors which hinders the development of outsourced database..The project starts from the theoretical research of homomorphic encryption with data interoperability and ciphertext induction with property of domain holding. Based on these, a three-party secure comparison protocol and a fully outsourced query schema are proposed. After that, a prototype is designed and implemented on PostgreSQL. The serviceability and security of the prototype are verified and the performance is also evaluated..The key issues of this proposal are elimination of extra ring elements, security of three-party comparison protocol, and reversed mapping from compressed ciphertext to compressed plaintext. The novelties are: (1) focusing on domain holding property for computation and induction on ciphertext which is the basis of data interoperability and complex outsourced query. (2) a proposal of three-party security comparison protocol in which neither attack nor collusion will succeed. (3) a proposal of query on compressed ciphertext which greatly improves both temporal and spatial efficiency.

随着信息技术的发展和社会分工的细化，数据库即服务（即外包数据库）的理念深得用户的青睐。目前外包查询技术是掣肘外包数据库技术发展的重要因素。.本项目首先开展支持数据互操作的同态加密方法和满足值域保持特性的密文诱导方法的基础理论研究。在此基础上，提出一个三方安全比较协议，并据此构造一个全外包查询方案。最后，在PostgreSQL数据库管理系统上设计并实现一个全外包查询原型系统，并对该系统进行可用性和安全性验证以及性能评估。.本项目要解决的关键问题是变长环元素的消解、三方安全比较协议的机密性保证和从聚合密文到聚合明文的反向映射。主要创新之处：(1) 重点研究加密运算和密文诱导的值域保持方法。这是密文数据互操作性的基础，为支持复杂的密文外包查询奠定了理论基础；(2) 提出三方安全比较协议，可同时解决抗攻击和抗勾结两个安全问题；(3) 提出面向聚合密文的查询方法，大大提高时间和空间效率。

云数据库是外包数据库在云计算环境中的一种存在形式。外包数据库源于科学技术的发展和专业分工的细化，体现了经济活动的基本规律，受到学术界和工业界广泛关注。数据库外包的核心理念是将数据库作为一种服务来使用，即DBaaS。目前，在DBaaS中仍然存在着问题，比如面向高度机密信息的云数据库管理技术的发展就是一个非常具有挑战性的问题。本项目的核心思想是以同态加密方法为基础，研究可有效控制值域畸变的密文计算和诱导方法，并据此构造一种三方安全计算协议，用于实现无需用户介入（加密原始数据和解密查询结果除外）的全外包查询方法。此外，该方法具备数据互操作性，即查询操作具有值域保持特性，查询结果可以参与后续计算，从而实现复杂的外包查询。本项目的研究，将改善外包数据库的用户体验，提升用户认可度，对推进外包数据库的产业化和市场化具有重要的意义。本课题的研究面向云数据库上进行查询外包的关键问题，较好地解决了三方安全技术的理论模型，同时也完成了实用原型的构建和测试。研究过程中，发表了16篇较高水平的论文，并将研究成果在多个实用的工程项目中加以检验，并申请了相关专利和软件著作权。