CN110719160A - 一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法，应用于数据存储技术领域。方法包括以下步骤：S1，加密系统使用QRNG生成随机数作为主密钥；S2，利用密钥扩展算法，对主密钥进行密钥扩展，生成对称密钥；S3，使用所述对称密钥对明文数据进行加密,得到密文数据；或使用所述对称密钥对所述密文进行解密，获得所述明文数据。本发明基于量子随机数发生器对加密密钥的随机性和加密算法的安全性及可控性，这两方面进行强化，能够得到更高级别的安全性，更为有效地保障用户数据库的数据安全。

Description

一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法
技术领域
本申请涉及一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法，应用于数据存储技术领域。
背景技术
数据库加密，是数据库安全的最后一道保障，其核心思路是，对用户关注的敏感内容，进行加密后再存入数据库。其中，加密过程所涉及的算法与密钥的安全性，决定了加密数据的最终安全性。现有数据库加密技术，在实现上有两个缺陷：首先，加密密钥是由随机数生成算法产生，这个算法通常由编程实现，随机数不是由真随机源生产，密钥的随机性不能得到严格的安全保障。其次，加密算法通常使用国外的标准加密算法，虽然这些算法细节均公开，但无法保证其没有后门。
发明内容
本申请为了解决上述技术问题，提出了一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法。
一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法，包括以下步骤：
S1，使用QRNG生成的随机数作为主密钥；
S2，利用HMAC-SM3密钥扩展算法，对主密钥进行密钥扩展，生成对称密钥；
S3，使用所述对称密钥对明文数据进行加密，得到密文数据；或使用所述对称密钥对所述密文进行解密，得到所述明文数据。
作为优选，步骤S1包括：从QRNG获取量子随机数，作为加密系统的主密钥。
作为优选，所述步骤S2中包括：
S2.1,根据国密SM3密码杂凑算法与HMAC标准,得到HMAC-SM3密钥扩展算法；
S2.2, 采用HMAC-SM3算法，对所述主密钥进行密钥扩展，得到加密解密之密钥,即前面所述对称密钥。密钥扩展算法需要两个参数，一个是主密钥作为数据参数，另一个是随机值作为密钥参数。该随机值也由QRNG生成，密钥参数的随机性使得加密系统的安全性进一步得到增强。
作为优选，所述步骤S3包括：
S3.1,使用所述加密密钥，根据国密SM4分组密码算法，对待存入数据库的所述明文数据进行加密，得到密文数据；
S3.2,将所述密文数据存入数据库中。
作为优选，所述步骤S3还包括：
S3.3,获取所述密文数据；
S3.4,匹配获得对应的所述解密密钥；
S3.5,使用所述解密密钥，根据国密SM4分组密码算法，对所述密文数据进行解密运算，还原得到所述明文数据。
综上所述，本技术方案的有益效果为：
本发明使用量子随机数发生器生成加密系统的主密钥，利用包含国密算法的密钥扩展算法，生成数据库的对称密钥。加密密钥使用国密算法对数据库内容进行加密存储。对加密密钥的随机性和加密算法的安全性及可控性，这两方面进行强化，能够得到更高级别的安全性，更为有效地保障用户数据库的数据安全。
附图说明
图1为本发明一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法的原理图；
图2为本发明一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法的总流程图；
图3为本发明一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法中步骤S2的流程图；
图4为本发明一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法中步骤S3的加密流程图；
图5为本发明一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法中步骤S3的解密流程图。
图6为本发明一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法中步骤S2.1所涉及的HMAC-SM3算法的流程图。
具体实施方式
这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。除非另外定义，否则本文使用的所有术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，常用术语应该被解释为具有与其在相关领域和本公开内容中的含义一致的含义。本公开将被认为是本发明的示例，并且不旨在将本发明限制到特定实施例。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
如图1-2所示，一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法，包括以下步骤：
S1，使用QRNG生成随机数作为主密钥。
其中，通过量子随机数发生器（QRNG）获取随机数源，作为主密钥，解决了随机数不是由真随机源生产的问题，保证主密钥的随机性，使得加密过程在该环节得到严格的安全保障。
S2,根据HMAC-SM3密钥扩展算法，对主密钥进行密钥扩展，生成对称密钥。
进一步的，如图3、图6所示，所述步骤S2中包括：
S2.1, 从国密SM3密码杂凑算法与HMAC标准,得到HMAC-SM3密钥扩展算法。密钥扩展算法的一个参数值，也由QRNG提供，使得扩展后的值具有很强的随机性，密码系统更加安全。
S2.2, 将HMAC-SM3密钥扩展算法，应用到主密钥上，得到加解密密钥，即所述对称密钥。
S3，使用所述对称密钥对明文数据进行加密,形成密文;或使用所述对称密钥对所述密文进行解密,获得所述明文数据。
进一步的，所述步骤S3中分别包含两种应用场景，分别为通过加密密钥加密明文数据的加密场景和通过解密密钥解密密文数据的解密场景。
如图4所示，在加密场景下，所述步骤S3包括：
S3.1, 使用所述加密密钥，根据国密SM4分组密码算法，对待存入数据库的所述明文数据进行加密，得到密文数据；
S3.2,将所述密文数据存入数据库。
如图5所示，在解密场景下，所述步骤S3包括：
S3.3,获取所述密文数据；
S3.4,匹配获得对应的所述解密密钥；
S3.5, 使用所述解密密钥，根据国密SM4分组密码算法，对所述密文数据进行解密运算，还原得到所述明文数据。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (6)

1.一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，使用QRNG生成的随机数作为主密钥；
S2，利用密钥扩展算法，对主密钥进行密钥扩展，生成对称密钥；
S3，使用所述对称密钥对明文数据进行加密，得到密文数据；或使用所述对称密钥对所述密文进行解密，得到所述明文数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法，其特征在于，步骤S1包括：
从所述QRNG获取量子随机数，作为加密系统的主密钥。
3.根据权利要求1所述的一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法，其特征在于，所述步骤S2中包括：
S2.1,根据国密SM3密码杂凑算法与HMAC标准,得到HMAC-SM3密钥扩展算法；
S2.2,采用HMAC-SM3算法，对所述主密钥进行密钥扩展，得到加密解密之密钥。
4.根据权利要求1所述的一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法，其特征在于，所述对称密钥分为加密密钥和解密密钥。
5.根据权利要求4所述的一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
S3.1, 使用所述加密密钥，根据国密SM4分组密码算法，对待存入数据库的所述明文数据进行加密，得到密文数据；
S3.2,将所述密文数据存入数据库中。
6.根据权利要求4所述的一种基于量子随机数和国密算法的数据库加密方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：
S3.3,获取所述密文数据；
S3.4,匹配获得对应的所述解密密钥；
S3.5,使用所述解密密钥，根据国密SM4分组密码算法，对所述密文数据进行解密运算，还原得到所述明文数据。
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