CN118246067A - 基于量子密钥分发的数据库加密方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于量子密钥分发的数据库加密方法及系统，包括：加密存储步骤：本地密钥管理模块根据需求向量子密钥服务器发送密钥请求信息，回传量子密钥和密钥索引信息，用量子密钥加密明文，将密文及相应的密钥索引信息存储到数据库；加密查询步骤：客户端加密查询请求，将查询请求以及密钥索引信息发送给数据中心服务器，数据中心服务器解密查询请求，将数据密文超集以及密钥索引信息回传给客户端，客户端传解密数据密文超集，过滤信息，将数据信息呈现给用户。本发明将量子密钥分发应用于数据库加密，实现信息的安全传输，强化数据库防护和访问控制，防止业务数据泄密和检验数据防篡改，保证数据库的安全。
Description
技术领域
本发明涉及量子保密通信领域，具体地，涉及一种基于量子密钥分发的数据库加密方法及系统。
背景技术
进入二十一世纪之后，量子计算机快速发展，将对现有的主流公钥体系产生巨大的威胁，主流的公钥算法，如基于大数分解的RSA算法将被量子计算机轻易破解。现存的大量数据泄密事件主要是数据库的泄密，现有的数据库大多没有进行加密或者加密强度太低，引入能够抵御量子计算的新型密码机制就尤为重要。
量子密钥分发(QKD)是量子保密通信中最快走向工程实用化的技术，是量子通信中的重要方向。QKD基于量子物理学的基本特性而不是计算的复杂性，可以在空间分离的用户之间通过量子信道以绝对安全的方式共享密钥.QKD技术并不直接传送信息，而是进行密钥的分配，在密钥协商之后通信双方可以得到相同的量子密钥，然后用量子密钥对明文进行加密后，将密文通过经典信道传输。
采用量子密钥分发技术来可以实现对数据库的加密与数据传输。首先在客户端与数据中心协商生成量子密钥，根据现有的对称加密算法，使用量子密钥对数据库进行透明加密，系统将加密后的密文数据储存到数据库中，密钥存储在量子接入站的密钥存储设备中，有效提高数据库的加密强度，当用户需要查询信息时，通信双方进行密钥协商，加密查询信息，强化数据库的访问控制，防止黑客冒充用户或管理员窃取信息。数据库接收并解密查询请求后，加密回传数据信息，实现信息的安全传输，防止业务数据泄密和检验数据防篡改，保证数据库的安全。
专利文献CN107480552A公开了一种基于量子密钥分配技术的加密数据库系统，数据库加密方法及装置，首先，检测所述数据库中的数据是否发生变化；接着，在检测到所述数据库中的数据存在变化时，解析并采用配置文件对变化的数据进行加密，其中所述配置文件包括需要加密数据的数据标识信息；最后，将加密后的数据进行保存。但该发明没有将量子密钥分发应用于数据库加密。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于量子密钥分发的数据库加密方法及系统。
根据本发明提供的一种基于量子密钥分发的数据库加密方法，包括：
加密存储步骤：本地密钥管理模块根据需求向量子密钥服务器发送密钥请求信息，回传量子密钥和密钥索引信息，用量子密钥加密明文得到密文，将密文及相应的密钥索引信息存储到数据库；
加密查询步骤：客户端加密查询请求，将查询请求以及密钥索引信息发送给数据中心服务器，数据中心服务器解密查询请求，将包含密文的列表数据密文超集以及密钥索引信息回传给客户端，客户端传解密数据密文超集，将数据信息呈现给用户。
优选地，在所述加密存储步骤中：
步骤A1：本地密钥管理模块统计明文长度，根据加密算法需求向量子密钥服务器发送密钥请求信息；
步骤A2：经密钥协商后量子密钥服务器根据密钥请求信息回传量子密钥和密钥索引信息；
步骤A3：本地密钥管理模块用量子密钥加密明文，将密文及相应的密钥索引信息存储到数据库。
优选地，在所述加密查询步骤中：
步骤B1：客户端接受用户查询请求，向量子密钥服务器请求密钥；
步骤B2：经密钥协商后量子密钥服务器回传的量子密钥及密钥索引信息；
步骤B3：客户端加密查询请求，再将查询请求以及密钥索引信息发送给数据中心服务器；
步骤B4：数据中心服务器传输密钥索引信息给量子密钥服务器，量子密钥服务器根据密钥索引信息回传相应密钥；
步骤B5：数据服务中心解密查询请求，将回应数据的密文超集以及密钥索引信息回传给客户端；
步骤B6：客户端传输数据的密钥索引信息给量子密钥服务器；
步骤B7：量子密钥服务器回传相应密钥；
步骤B8：客户端解密数据的密文超集，过滤信息，将所需数据信息呈现给用户。
根据本发明提供的一种基于量子密钥分发的数据库加密系统，执行所述的基于量子密钥分发的数据库加密方法，包括：
客户端：包含本地密钥管理模块、查询模块和过滤模块；
数据中心服务器：包含本地密钥管理模块、加解密模块和数据库；
量子密钥管理层及量子密钥分发设备：包含量子密钥服务模块、安全管理模块、密码服务模块、密钥生产控制模块、密钥路由计算模块、量子密钥分发模组和量子密钥分发线路。
优选地，所述客户端包括：
本地密钥管理模块，向量子密钥管理中心请求密钥，加密查询请求以及解密数据密文；
查询模块，记录查询请求信息，统计查询请求明文长度，发送查询请求密文给数据中心服务器；
过滤模块，对数据的密文超集的过滤，将数据信息发送给用户。
优选地，所述数据中心服务器包括：
本地密钥管理模块，进行密钥请求、密钥信息和密钥索引信息的临时存储；
数据库，计算机内数据信息的集合，存储密文、密钥索引信息以及辅助信息；
加解密模块，对数据进行加解密。
优选地，所述量子密钥管理层及量子密钥分发设备包括：
量子密钥管理层包括：量子密钥服务模块接受存储量子层产生的密钥，密钥路由计算模块在接收到数据服务中心密钥请求之后，进行密钥以及密钥索引信息的分配；密钥管理层负责以身份认证、加密、签名为中心的密码服务功能，以及以入侵检测、安全审计、漏洞检测、日志记录为中心的安全管理功能；
量子密钥分发设备模组，分为发射端与接收端，实现量子态的制备和测量，进行密钥协商；
量子密钥分发线路，包括中继与路由，保证量子信号的传输。
优选地，包括：
所述本地密钥管理模块采用任意对称加密算法进行加密。
优选地，包括：
所述数据库类型为关系型数据库。
优选地，包括：
所述中继为可信中继，非量子中继。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明将量子密钥分发应用于数据库加密，实现信息的安全传输，强化数据库防护和访问控制，防止业务数据泄密和检验数据防篡改；
2、本发明所述的量子密钥分发系统只提供密钥，可以与传统的对称加密算法兼容，无需对现有系统进行过多改动；
3、本发明所述的量子密钥分发系统可以抵御量子计算机的攻击，具有无条件的安全性，现有的商业数据库，采用加密算法对数据库里的数据信息进行加密，加密算法是数据库加密的核心，面对量子计算机的攻击易被破解，有数据泄露的风险。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为基于量子密钥分发的数据库加密系统总系统图；
图2为基于量子密钥分发的数据库加密系统加密存储过程流程图；
图3为基于量子密钥分发的数据库加密系统加密查询过程流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
本发明提供了一种基于量子密钥分发的数据库加密系统，包括：加密存储：数据中心服务器根据需求向量子密钥服务器发送密钥请求信息，回传密钥和密钥索引信息发送回本地密钥管理器，用量子密钥加密明文，将密文及相应的密钥索存储到数据库；加密查询：客户端加密查询请求，将查询请求以及查询密钥索引发送给数据中心服务器，数据中心服务器解密查询请求，将数据密文超集以及数据密钥索引回传给客户端，客户端传解密数据密文超集，过滤信息，将数据信息呈现给用户。
根据本发明提供的一种基于量子密钥分发的数据库加密方法，如图1-图3所示，包括：
加密存储步骤：本地密钥管理模块根据需求向量子密钥服务器发送密钥请求信息，回传量子密钥和密钥索引信息，用量子密钥加密明文得到密文，将密文及相应的密钥索引信息存储到数据库；
优选地，在所述加密存储步骤中：
步骤A1：本地密钥管理模块统计明文长度，根据加密算法需求向量子密钥服务器发送密钥请求信息；
步骤A2：经密钥协商后量子密钥服务器根据密钥请求信息回传量子密钥和密钥索引信息；
步骤A3：本地密钥管理模块用量子密钥加密明文，将密文及相应的密钥索引信息存储到数据库。
加密查询步骤：客户端加密查询请求，将查询请求以及密钥索引信息发送给数据中心服务器，数据中心服务器解密查询请求，将包含密文的列表数据密文超集以及密钥索引信息回传给客户端，客户端传解密数据密文超集，将数据信息呈现给用户。
优选地，在所述加密查询步骤中：
步骤B1：客户端接受用户查询请求，向量子密钥服务器请求密钥；
步骤B2：经密钥协商后量子密钥服务器回传的量子密钥及密钥索引信息；
步骤B3：客户端加密查询请求，再将查询请求以及密钥索引信息发送给数据中心服务器；
步骤B4：数据中心服务器传输密钥索引信息给量子密钥服务器，量子密钥服务器根据密钥索引信息回传相应密钥；
步骤B5：数据服务中心解密查询请求，将回应数据的密文超集以及密钥索引信息回传给客户端；
步骤B6：客户端传输数据的密钥索引信息给量子密钥服务器；
步骤B7：量子密钥服务器回传相应密钥；
步骤B8：客户端解密数据的密文超集，过滤信息，将所需数据信息呈现给用户。
实施例2：
实施例2为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
本发明还提供一种基于量子密钥分发的数据库加密系统，所述基于量子密钥分发的数据库加密系统可以通过执行所述基于量子密钥分发的数据库加密方法的流程步骤予以实现，即本领域技术人员可以将所述基于量子密钥分发的数据库加密方法理解为所述基于量子密钥分发的数据库加密系统的优选实施方式。
根据本发明提供的一种基于量子密钥分发的数据库加密系统，执行所述的基于量子密钥分发的数据库加密方法，包括：
客户端：包含本地密钥管理模块、查询模块和过滤模块；
优选地，所述客户端包括：
本地密钥管理模块，向量子密钥管理中心请求密钥，加密查询请求以及解密数据密文；
查询模块，记录查询请求信息，统计查询请求明文长度，发送查询请求密文给数据中心服务器；
过滤模块，对数据的密文超集的过滤，将数据信息发送给用户。
数据中心服务器：包含本地密钥管理模块、加解密模块和数据库；
优选地，所述数据中心服务器包括：
本地密钥管理模块，进行密钥请求、密钥信息和密钥索引信息的临时存储；
数据库，计算机内数据信息的集合，存储密文、密钥索引信息以及辅助信息；
加解密模块，对数据进行加解密。
量子密钥管理层及量子密钥分发设备：包含量子密钥服务模块、安全管理模块、密码服务模块、密钥生产控制模块、密钥路由计算模块、量子密钥分发模组和量子密钥分发线路。
优选地，所述量子密钥管理层及量子密钥分发设备包括：
量子密钥管理层包括：量子密钥服务模块接受存储量子层产生的密钥，密钥路由计算模块在接收到数据服务中心密钥请求之后，进行密钥以及密钥索引信息的分配；密钥管理层负责以身份认证、加密、签名为中心的密码服务功能，以及以入侵检测、安全审计、漏洞检测、日志记录为中心的安全管理功能；
量子密钥分发设备模组，分为发射端与接收端，实现量子态的制备和测量，进行密钥协商；
量子密钥分发线路，包括中继与路由，保证量子信号的传输。
优选地，包括：
所述本地密钥管理模块采用任意对称加密算法进行加密。
优选地，包括：
所述数据库类型为关系型数据库。
优选地，包括：
所述中继为可信中继，非量子中继。
实施例3：
实施例3为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
本发明的目的是提供一种基于量子密钥分发的数据库加密系统，具体包括如下步骤：
加密存储：数据中心服务器根据需求向量子密钥服务器发送密钥请求信息，回传密钥和密钥索引信息，用量子密钥加密明文，将密文及相应的密钥索引存储到数据库，参考如图2所示，具体包括如下步骤：
步骤A1：加解密模块统计明文长度，根据加密算法需求经由本地密钥管理模块向量子密钥服务器发送密钥请求信息；
步骤A2：经密钥协商后量子密钥服务器根据密钥请求信息回传量子密钥和密钥索引信息；
步骤A3：加解密模块用量子密钥加密明文，将密文及相应的密钥索引存储到数据库；
本发明还提供了一种基于量子密钥分发的数据库系统加密查询流程：客户端加密查询请求，将查询请求以及查询密钥索引发送给数据中心服务器，数据中心服务器解密查询请求，将数据密文超集以及数据密钥索引回传给客户端，客户端传解密数据密文超集，过滤信息，将数据信息呈现给用户，所述的数据密文超集，是包含客户所请求密文的列表，在客户端解密后进行筛选后，将客户所请求的信息呈现给用户。
参考图3所示，具体包括如下步骤：
步骤B1：客户端接受用户查询请求，向量子密钥服务器请求密钥；
步骤B2：经密钥协商后量子密钥服务器回传的量子密钥及密钥索引；
步骤B3：客户端加密查询请求，再将查询请求以及密钥索引发送给数据中心服务器；
步骤B4：数据中心服务器传输密钥索引给量子密钥服务器，量子密钥服务器根据密钥索引信息回传相应密钥；
步骤B5：数据服务中心解密查询请求，将回应数据的密文超集以及密文密钥索引回传给客户端；
步骤B6：客户端传输数据密钥索引给量子密钥服务器；
步骤B7：量子密钥服务器回传相应密钥；
步骤B8：客户端解密数据密文超集，过滤信息，将所需数据信息呈现给用户。
参考如图1所示，所述加密系统的系统组成包括：
模块M1：客户端，包含本地密钥管理模块，查询模块，过滤模块；
模块M2：数据中心服务器，包含本地密钥管理模块，加解密模块，数据库；
模块M3：量子密钥管理层及量子密钥分发设备，包含量子密钥服务模块、安全管理模块、密码服务模块、密钥生产控制模块、密钥路由计算模块、量子密钥分发模组、量子密钥分发线路。
其中，所述模块M1包括：
模块M1.1：本地密钥管理模块，可实现向量子密钥管理中心请求密钥，加密查询请求以及解密数据密文；
模块M1.2：查询模块，可实现记录查询请求信息，统计查询请求明文长度，发送查询请求密文给数据中心服务器；
模块M1.3：过滤模块，可实现对数据密文超集的过滤，将最终的数据信息发送给用户。
其中，所述模块M2包括：
模块M2.1：本地密钥管理模块，可实现密钥请求、密钥信息和密钥索引信息的临时存储；
模块M2.2：数据库，计算机内数据信息的集合，存储密文、密钥索引以及辅助信息；
模块M2.3：加解密模块，可实现对数据的加解密。
其中，所述模块M3包括：
模块M3.1：量子密钥管理层，可实现接受存储量子层产生的密钥(量子密钥服务模块)，并在接收到数据服务中心密钥请求之后，进行密钥以及密钥索引信息的分配(密钥路由计算模块)。密钥管理层还负责以身份认证、加密、签名为中心的密码服务功能和以入侵检测、安全审计、漏洞检测、日志记录为中心的安全管理功能。
模块M3.2：量子密钥分发设备模组，分为发射端与接收端，分别实现量子态的制备和测量，并进行密钥协商；
模块M3.3：量子密钥分发线路，包括中继与路由，保证量子信号的传输。
其中，所述加解密模块可采用任意对称加密算法进行加密，不支持非对称加密算法；所述数据库类型为关系型数据库；所述中继为可信中继，而非量子中继。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种基于量子密钥分发的数据库加密方法，其特征在于，包括：
加密存储步骤：本地密钥管理模块根据需求向量子密钥服务器发送密钥请求信息，回传量子密钥和密钥索引信息，用量子密钥加密明文得到密文，将密文及相应的密钥索引信息存储到数据库；
加密查询步骤：客户端加密查询请求，将查询请求以及密钥索引信息发送给数据中心服务器，数据中心服务器解密查询请求，将包含密文的列表数据密文超集以及密钥索引信息回传给客户端，客户端传解密数据密文超集，将数据信息呈现给用户。
2.根据权利要求1所述的基于量子密钥分发的数据库加密方法，其特征在于，在所述加密存储步骤中：
步骤A1：本地密钥管理模块统计明文长度，根据加密算法需求向量子密钥服务器发送密钥请求信息；
步骤A2：经密钥协商后量子密钥服务器根据密钥请求信息回传量子密钥和密钥索引信息；
步骤A3：本地密钥管理模块用量子密钥加密明文，将密文及相应的密钥索引信息存储到数据库。
3.根据权利要求1所述的基于量子密钥分发的数据库加密方法，其特征在于，在所述加密查询步骤中：
步骤B1：客户端接受用户查询请求，向量子密钥服务器请求密钥；
步骤B2：经密钥协商后量子密钥服务器回传的量子密钥及密钥索引信息；
步骤B3：客户端加密查询请求，再将查询请求以及密钥索引信息发送给数据中心服务器；
步骤B4：数据中心服务器传输密钥索引信息给量子密钥服务器，量子密钥服务器根据密钥索引信息回传相应密钥；
步骤B5：数据服务中心解密查询请求，将回应数据的密文超集以及密钥索引信息回传给客户端；
步骤B6：客户端传输数据的密钥索引信息给量子密钥服务器；
步骤B7：量子密钥服务器回传相应密钥；
步骤B8：客户端解密数据的密文超集，过滤信息，将所需数据信息呈现给用户。
4.一种基于量子密钥分发的数据库加密系统，其特征在于，执行权利要求1-3任一项所述的基于量子密钥分发的数据库加密方法，包括：
客户端：包含本地密钥管理模块、查询模块和过滤模块；
数据中心服务器：包含本地密钥管理模块、加解密模块和数据库；
量子密钥管理层及量子密钥分发设备：包含量子密钥服务模块、安全管理模块、密码服务模块、密钥生产控制模块、密钥路由计算模块、量子密钥分发模组和量子密钥分发线路。
5.根据权利要求4所述的基于量子密钥分发的数据库加密系统，其特征在于，所述客户端包括：
本地密钥管理模块，向量子密钥管理中心请求密钥，加密查询请求以及解密数据密文；
查询模块，记录查询请求信息，统计查询请求明文长度，发送查询请求密文给数据中心服务器；
过滤模块，对数据的密文超集的过滤，将数据信息发送给用户。
6.根据权利要求4所述的基于量子密钥分发的数据库加密系统，其特征在于，所述数据中心服务器包括：
本地密钥管理模块，进行密钥请求、密钥信息和密钥索引信息的临时存储；
数据库，计算机内数据信息的集合，存储密文、密钥索引信息以及辅助信息；
加解密模块，对数据进行加解密。
7.根据权利要求4所述的基于量子密钥分发的数据库加密系统，其特征在于，所述量子密钥管理层及量子密钥分发设备包括：
量子密钥管理层包括：量子密钥服务模块接受存储量子层产生的密钥，密钥路由计算模块在接收到数据服务中心密钥请求之后，进行密钥以及密钥索引信息的分配；密钥管理层负责以身份认证、加密、签名为中心的密码服务功能，以及以入侵检测、安全审计、漏洞检测、日志记录为中心的安全管理功能；
量子密钥分发设备模组，分为发射端与接收端，实现量子态的制备和测量，进行密钥协商；
量子密钥分发线路，包括中继与路由，保证量子信号的传输。
8.根据权利要求4所述的基于量子密钥分发的数据库加密系统，其特征在于，包括：
所述本地密钥管理模块采用任意对称加密算法进行加密。
9.根据权利要求4所述的基于量子密钥分发的数据库加密系统，其特征在于，包括：
所述数据库类型为关系型数据库。
10.根据权利要求4所述的基于量子密钥分发的数据库加密系统，其特征在于，包括：
所述中继为可信中继，非量子中继。
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