JP3921892B2

JP3921892B2 - Database management apparatus, database system, and recording medium

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Publication number: JP3921892B2
Application number: JP27920899A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　誠; 恒治竹田
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001101055A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データベースを暗号化して管理するデータベース管理装置と、暗号化データベースを有する検索装置をネットワーク上に配置したデータベースシステム及び記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
データベース管理装置では、データベースのセキュリティを確保するため、管理対象として保有しているデータベースを暗号化して保存しておくことが求められる。
【０００３】
ここでセキュリティを高めるためには、より複雑な暗号処理を施すことで実現することができるが、複雑な暗号処理は演算に要する時間も大きくなることは避けられない。
【０００４】
データベースは膨大なデータを有し、データ検索は、それらのデータの中からある項目について条件に合致するものを選び出し、条件に合う項目データを含むレコード（行データ）を出力するという処理になる。従って、大量のデータを取り扱うデータ検索システムにおいては演算時間の増加は処理効率を悪化させる原因となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、機密性の高いデータを記憶しているデータベースにはセキュリティの要求があり、セキュリティを高めるための暗号化処理はデータベースの利用性を妨げるという問題がある。
【０００６】
本発明は前記のような課題を解決するためになされたもので、データベースのセキュリティを確保すると共に、データの高速検索を可能にしたデータベース管理装置、データベースシステム及び記録媒体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るデータベース管理装置は、１つのレコードが検索に利用される所定の検索対象項目とその他の項目からなるデータベースを記憶するデータベース記憶手段と、データベースの暗号化に用いる鍵であって、各項目に対応する列鍵と、各行に対応する行鍵とを生成する鍵生成手段と、前記データベース記憶手段のデータベースの各レコードについて、前記検索対象項目のデータは当該項目に対応する列鍵を用いて共通に暗号化し、前記その他の項目のデータについては当該項目に対応する列鍵と各行に対応する行鍵とを組み合わせた鍵を用いて暗号化する暗号化手段と、前記検索対象項目を検索する場合に、検索用として入力されたデータを当該項目に対応する列鍵を用いて暗号化し、その暗号化された検索用データと前記記憶手段に記憶された暗号化データベースのデータとを比較して検索処理を行うデータベース検索手段とを具備したことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るデータベースシステムは、データベースを有する第１の情報端末と、この第１の情報端末にデータベースの検索を依頼する第２の情報端末とを有し、これらをネットワークを介して接続してなるデータベースシステムにおいて、前記第１の情報端末は、１つのレコードが検索に利用される所定の検索対象項目とその他の項目からなるデータベースを記憶するデータベース記憶手段と、データベースの暗号化に用いる鍵であって、各項目に対応する列鍵と、各行に対応する行鍵とを生成する鍵生成手段と、前記データベース記憶手段のデータベースの各レコードについて、前記検索対象項目のデータは当該項目に対応する列鍵を用いて共通に暗号化し、前記その他の項目のデータについては当該項目に対応する列鍵と各行に対応する行鍵とを組み合わせた鍵を用いて暗号化する暗号化手段とを有し、前記第２の情報端末は、前記所定の検索対象項目についてデータベースの検索を依頼する際に、検索用として入力されたデータを当該項目に対応する列鍵を用いて暗号化して、その暗号化された検索用データを前記ネットワークを介して前記第１の情報端末に送る検索依頼手段を有し、前記第１の情報端末は、前記検索用データに基づいて前記暗号化データベースの検索処理を行い、その検索結果として得られたデータを暗号化された状態で前記ネットワークを介して前記第２の情報端末に返信することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るデータベース管理装置の構成を示す図である。本装置は、行と列からなるマトリクス形式のデータベースを有し、そのデータベースを暗号化して管理する機能と共に、入力された検索用データを暗号化して、その暗号化された検索用データに基づいてデータベースを検索する機能を備えたものであって、例えば磁気ディスク等の記録媒体に記録されたプログラムを読み込み、このプログラムによって動作が制御されるコンピュータによって実現される。
【００１５】
図１に示すように、本装置には、ＣＰＵ１１、表示装置１２、入力装置１３、プログラム記憶装置１４、鍵記憶装置１５、データ記憶装置１６が設けられている。
【００１６】
ＣＰＵ１１は、本装置全体の制御を行うものであり、プログラム記憶装置１４に記憶されたプログラムを読み込み、そのプログラムに従って各種処理を実行する。本実施形態において、ＣＰＵ１１は図２に示すようなデータベースの暗号化処理や、図３および図４に示すようなデータベースの検索処理を実行する。
【００１７】
表示装置１２は、データを表示するためのデバイスであり、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode-ray tube）等が用いられる。入力装置１３は、データを入力するためのデバイスであり、例えばキーボード、マウス等が用いられる。
【００１８】
プログラム記憶装置１４は、例えばＲＯＭあるいはＲＡＭなどで構成され、本装置に必要なプログラムを記憶する。本装置に必要なプログラムとしては、データベース管理プログラムや暗号化プログラム等がある。
【００１９】
なお、プログラム記憶装置１４は半導体メモリの他に磁気的、光学的記録媒体で構成することができる。この記録媒体はＣＤ-ＲＯＭ等の可搬型の媒体やハードディスク等の固定的な媒体を含む。また、この記録媒体に格納するプログラムは、その一部若しくは全部をサーバやクライアントからネットワーク回線などの伝送媒体を介して伝送制御部から受信する構成にしてもよく、更に、前記記録媒体はネットワーク上に構築されたサーバの記録媒体であってもよい。更に、前記プログラムをネットワーク回線などの伝送媒体を介してサーバーやクライアントへ伝送してこれらの機器にインストールするように構成してもよい。
【００２０】
鍵記憶装置１５は、例えばＲＡＭなどで構成され、データベースの暗号化に用いられる鍵（行鍵と列鍵）を記憶する。
【００２１】
データ記憶装置１６は、本装置に必要な各種のデータを記憶するためのデバイスであり、例えばＲＡＭあるいは磁気ディスク装置等の外部記憶装置で構成される。このデータ記憶装置１６には、データベースを格納しておくためのデータベース格納エリア１６ａ、データベースを暗号化する際にオペレータにより設定された情報（検索対象項目、非暗号化項目等）を格納しておくための暗号化設定情報格納エリア１６ｂ、データベースを検索する際にオペレータにより設定された情報（対象列項目、検索文字列等）を格納しておくための検索設定情報格納エリア１６ｃ、データベース検索時の比較文字列を格納しておくための比較文字列格納エリア１６ｄなどが設けられている。
【００２２】
ここで、本装置の動作を説明する前に、本装置によって実現されるデータベースの暗号化方法について説明しておく。
【００２３】
データベースを暗号化する場合に、各行毎（レコード毎）に異なる鍵を用いて暗号化すると、鍵の解読は困難となり、セキュリティ性を高めることができる。しかし、データベースを検索する際に、暗号化されているデータを各行毎の鍵で復号化するか、または、検索用として入力されたデータ（キーワード）を各行毎の鍵で暗号化しなければならいため、検索結果を得るのに時間がかかることになる。一方、各列毎に異なる鍵を用いてデータベースを暗号化すると、検索対象となる列項目に対応した鍵のみを用いて検索用データを暗号化すれば良いのでデータベース検索を高速に行うことができる。しかし、同じ列の中で同一のデータがあると、暗号化結果も同じになってしまうため、そこから鍵を解読される可能性が高くなる。
【００２４】
そこで、本発明では、データベースを暗号化する際に、検索に頻繁に利用される列項目のデータについては列共通鍵で暗号化し、その他の列項目のデータについては各行毎に異なる鍵を与えて暗号化することを特徴とする。つまり、各行毎に鍵を異ならせることで、セキュリティを高めると共に、検索時には検索に利用される項目に入力されたデータを列鍵で暗号化してデータベース上の暗号化データと比較することで高速検索を可能とするものである。
【００２５】
図５は第１の実施形態におけるデータベースの構成を説明するための図であり、図５（ａ）は暗号化前の状態、同図（ｂ）は暗号化後の状態、同図（ｃ）は復号化後の状態を示している。また、図６は第１の実施形態における列鍵と行鍵の構成を示す図である。
【００２６】
図５（ａ）に示すように、本装置では、行と列からなるマトリクス形式のデータベースを備えている。ここでは、個人データをデータベース化した場合を示している。このデータベースは、１レコードが「ｎｕｍｂｅｒ」，「ｎａｍｅ」，「ｓｔａｔｅ」，「ｗｅｉｇｈｔ」，「ｈｅｉｇｈｔ」，「ａｇｅ」，「ｐｈｏｎｅ」の各項目で構成するようにしている。
【００２７】
このようなデータベースに対し、列鍵と行鍵を用いて暗号化を行う。すなわち、検索に頻繁に利用される列項目を「ｎａｍｅ」，「ｓｔａｔｅ」，「ａｇｅ」とした場合に、これらの列項目の各行のデータについては、図６に示すように、「ａｐｐｌｅ」，「ｏｒａｎｇｅ」，「ｌｅｍｏｎ」といった各列項目に共通の列鍵を用いて暗号化し、その他の列項目「ｗｅｉｇｈｔ」，「ｈｅｉｇｈｔ」，「ｐｈｏｎｅ」の各行のデータについては、各行毎に固有の鍵を用いて暗号化する。
【００２８】
なお、「ｎｕｍｂｅｒ」の列は暗号化を行わないものとする。行鍵としては、「ｔｉｇｅｒ」，「ｄｏｇ」，「ｃａｔ」，「ｍｏｕｓｅ」，「ｅｌｅｐｈａｎｔ」，「ｃｏｗ」，「ｐｉｇ」，「ｒａｂｂｉｔ」，「ｌｉｏｎ」といった鍵が用いられる。これらの鍵は所定の関数を用いて各列または各行毎に数学的に発生させることができる。
【００２９】
図５（ａ）のデータベースを列鍵と行鍵を用いて暗号化した結果を図５（ｂ）に示す。データ記憶装置１６のデータベース格納エリア１６ａには、図５（ｂ）に示すような状態でデータベースが保存されることになる。
【００３０】
データベースを検索する場合には、検索に利用される列項目に対応した列鍵を用いて検索用データを暗号化してから検索処理を行う。例えば、「ｓｔａｔｅ」の中の「Ｆｌｏｒｉｄａ」といったデータを検索する場合には、まず、検索用データとして入力された「Ｆｌｏｒｉｄａ」を「ｓｔａｔｅ」の列鍵「ａｐｐｌｅ」で暗号化して、「ｈ＊／ｆＤＤ」を得る。この「ｈ＊／ｆＤＤ」といったデータを「ｓｔａｔｅ」の列の各行から検索する。これにより、「ｎｕｍｂｅｒ２」と「ｎｕｍｂｅｒ８」に該当するデータが存在することがわかる。
【００３１】
また、暗号化されたデータベースを元に戻す場合には、暗号化の時と同じ列鍵と行鍵を用いる。図５（ｂ）のデータベースを暗号化の時と同じ列鍵と行鍵を用いて復号化すると、図５（ｃ）に示すように元のデータを得ることができる。
【００３２】
以下に、本装置の動作について説明する。
【００３３】
ここでは、（ａ）データベースを暗号化する場合の処理と、（ｂ）データベースを検索する場合の処理に分けて説明する。なお、このフローチャートで示す各機能を実現するプログラムはＣＰＵが読み取り可能なプログラムコードの形態で前記プログラム記憶装置１４の記録媒体に格納されている。また、このプログラムはプログラムコードの形態でネットワーク回線などの伝送媒体を介して伝送することもできる。
【００３４】
（ａ）データベースを暗号化する場合
図２は本装置にて実行されるデータベース暗号化処理の動作を示すフローチャートである。今、データベースが暗号化されていない状態でデータ記憶装置１６のデータベース格納エリア１６ａに記憶されているものとする。この状態が図５（ａ）である。
【００３５】
まず、図示せぬデータベース暗号化設定画面にて、暗号化対象となるデータベースを指定する（ステップＡ１１）。
【００３６】
次に、そのデータベースに設けられた各列項目の中で検索に利用する列項目と、暗号化を必要としない列項目をそれぞれ設定する（ステップＡ１２）。図５（ａ）の例では、検索に利用する列項目は「ｎａｍｅ」，「ｓｔａｔｅ」，「ａｇｅ」であり、暗号化を必要としない列項目は「ｎｕｍｂｅｒ」である。ここでの設定情報はデータ記憶装置１６の暗号化設定情報格納エリア１６ｂに記憶される。
【００３７】
次に、当該データベースの暗号化に用いる行鍵と列鍵を決定する（ステップＡ１３）。ここで決定された行鍵と列鍵の情報は鍵記憶装置１５に記憶される。
【００３８】
このような設定操作の後、データベースの中の各列項目を順次指定していくと（ステップＡ１４）、その指定された列項目に対する暗号化方式が前記設定情報に基づいて判断される（ステップＡ１５）。この場合、データベースの中の「ｎｕｍｂｅｒ」の列項目については非暗号化項目として設定されているので、何もしない。つまり、「ｎｕｍｂｅｒ」の項目は元データのままである。
【００３９】
また、指定された列項目が検索に利用する列項目として設定されている場合には、鍵記憶装置１５に記憶された当該列項目に共通の列鍵が読み出され（ステップＡ１５→Ａ１６）、当該列項目の各行のデータがその列鍵により暗号化される（ステップＡ１７）。すなわち、データベースの「ｎａｍｅ」，「ｓｔａｔｅ」，「ａｇｅ」の項目の各行のデータは、図６に示すように、「ａｐｐｌｅ」，「ｏｒａｎｇｅ」，「ｌｅｍｏｎ」といった各列に固有の鍵を用いて暗号化されることになる。
【００４０】
また、指定された列項目が検索に利用する列項目として設定されていない場合、つまり、他の列項目であった場合には、鍵記憶装置１５に記憶された各行に対応した行鍵が読み出され（ステップＡ１５→Ａ１８）、当該列項目の各行のデータがそれぞれに固有の行鍵により暗号化される（ステップＡ１９，Ａ２０）。すなわち、データベースの中の「ｓｔａｔｅ」，「ｗｅｉｇｈｔ」，「ｈｅｉｇｈｔ」の各項目のデータに関しては、図６に示すように、１行目のデータは「ｔｉｇｅｒ」，２行目のデータは「ｄｏｇ」，３行目のデータは「ｃａｔ」，４行目のデータは「ｍｏｕｓｅ」，５行目のデータは「ｅｌｅｐｈａｎｔ」，６行目のデータは「ｃｏｗ」，７行目のデータは「ｐｉｇ」，８行目のデータは「ｒａｂｂｉｔ」，９行目のデータは「ｌｉｏｎ」といったように、各行に対応した行鍵を用いて暗号化される。
【００４１】
このような暗号化処理がデータベースの各列項目について繰り返し行なわれる。すべての列項目の各行のデータの暗号化が終了すると、その暗号化データベースがデータ記憶装置１６のデータベース格納エリア１６ａに上書き保存される（ステップＡ２２）。この状態が図５（ｂ）である。
【００４２】
（ｂ）データベースを検索する場合
図３は本装置にて実行されるデータベース検索処理の動作を示すフローチャートである。今、前記（ａ）で説明した暗号化処理にて、データベースが暗号化されてデータ記憶装置１６に保存されているものとする。
【００４３】
まず、図３（ａ）のフローチャートに示すように、図示せぬデータベース検索用設定画面にて、検索情報の入力を行う（ステップＢ１１）。検索情報の入力とは、検索対象となる列項目と、検索用の文字列（キーワード）を入力することである。これらの入力情報はデータ記憶装置１６の検索設定情報格納エリア１６ｃに格納される。入力装置１３を通じて検索情報が入力されると、検索前処理が実行される（ステップＢ１２）。
【００４４】
この検索前処理では、図３（ｂ）のフローチャートに示すように、検索対象として入力された列項目が所定の列項目であるか否かが判断され（ステップＣ１１）、所定の列項目であることが判明した場合には（ステップＣ１１のＹｅｓ）、その列項目に共通の列鍵で検索用の文字列が暗号化される（ステップＣ１２）。
【００４５】
所定の列項目とは、前記データベースの暗号化時に設定された検索対象項目（検索に利用される項目）であり、具体的には「ｎａｍｅ」，「ｓｔａｔｅ」，「ａｇｅ」の各項目が該当する。この検索対象項目に関する情報はデータ記憶装置１６の暗号化設定情報格納エリア１６ｂに格納されている。したがって、前記ステップＣ１１では、この暗号化設定情報格納エリア１６ｂを参照して所定の列項目であるか否かの判断を行うことになる。また、列項目に共通の列鍵は鍵記憶装置１５に格納されている。したがって、前記ステップＣ１２では、この鍵記憶装置１５から当該列項目に対応した列鍵を読み出して検索用の文字列を暗号化することになる。例えば、指定項目が「ｓｔａｔｅ」であれば、「ｏｒａｎｇ」といった列鍵を用いて検索用の文字列を暗号化することになる。
【００４６】
また、検索対象として入力された列項目が所定の列項目でなかった場合には（ステップＣ１１のＮｏ）、前記のような検索用文字列の暗号化は行われない。
【００４７】
このような検索前処理の後、データベースの検索処理（図４参照）が行われ（ステップＢ１３）、その検索結果として得られたデータが表示装置１２に表示される（ステップＢ１４）。図４にデータベースの検索処理を示す。
【００４８】
図４は前記ステップＢ１３の検索処理の動作を具体的に示すフローチャートである。
【００４９】
まず、図４（ａ）のフローチャートに示すように、検索用文字列がデータベースとの比較文字列としてデータ記憶装置１６の比較文字列格納エリア１６ｄにセットされる（ステップＤ１１）。この場合、上述したように検索対象として入力された列項目が所定の列項目（「ｎａｍｅ」，「ｓｔａｔｅ」，「ａｇｅ」）であった場合には、前記検索前処理によって、当該検索用文字列がその列項目に対応した列鍵にて暗号化されて比較文字列格納エリア１６ｄにセットされる。その他の列項目の場合には、暗号化されることなく、そのままの状態で比較文字列格納エリア１６ｄにセットされる。
【００５０】
次に、データ記憶装置１６のデータベース格納エリア１６ａに格納された暗号化データベースの列番号による暗号化方式が判断される（ステップＤ１２）。これにより、検索対象が列鍵で暗号化された所定の列項目に該当する場合には、その対象列の各行にあるデータが順次走査され（ステップＤ１２→Ｄ１３）、指定された行に含まれた対象項目のデータの文字列と前記比較文字列格納エリア１６ｄにセットされた検索用文字列（暗号化された文字列）との比較処理が行われる（ステップＤ１４）。
【００５１】
この比較処理では、図４（ｂ）のフローチャートに示すように、データベースから取り出された対象項目のデータの暗号化文字列と検索用の暗号化文字列とを比較して、両者が一致するか否かを判断する（ステップＥ１１）。両者が一致した場合には（ステップＥ１１のＹｅｓ）、その一致した項目を含むレコードデータをデータベース検索結果として抽出する（ステップＥ１２）。
【００５２】
この処理を暗号化データベースの終端まで繰り返して、該当するデータを順次抽出し（ステップＤ１５）、この抽出したデータを検索結果として出力する（ステップＤ２０）。
【００５３】
具体的に説明すると、図５（ｂ）の暗号化データベースの例で、例えば「ｓｔａｔｅ」の項目の中の「Ｆｌｏｒｉｄａ」といったデータを検索することが指定された場合には、まず、検索用データとして入力された「Ｆｌｏｒｉｄａ」を「ｓｔａｔｅ」の列鍵「ａｐｐｌｅ」で暗号化して、「ｈ＊／ｆＤＤ」を得る。この「ｈ＊／ｆＤＤ」といったデータを「ｓｔａｔｅ」の列から検索する。これにより、「ｎｕｍｂｅｒ２」と「ｎｕｍｂｅｒ８」に該当するデータが存在することがわかる。
【００５４】
一方、検索対象が行鍵で暗号化されたその他の列項目に該当する場合には、その対象列の各行にあるデータが順次走査され（ステップＤ１２→Ｄ１６）、指定された行に含まれた対象項目のデータが各行に固有の行鍵によって復号化された後（ステップＤ１７）、前記比較文字列格納エリア１６ｄにセットされた検索用文字列（非暗号化文字列）との比較処理が行われる（ステップＤ１８）。
【００５５】
この比較処理では、図４（ｂ）のフローチャートに示すように、データベースから取り出された対象列のデータの復号化文字列と検索用の非暗号化文字列との比較により、両者が一致するか否かを判断する（ステップＥ１１）。両者が一致した場合には（ステップＥ１１のＹｅｓ）、その一致した項目を含むレコードデータをデータベース検索結果として抽出する（ステップＥ１２）。
【００５６】
この処理を暗号化データベースの終端まで繰り返して、該当するデータを順次抽出し（ステップＤ１９）、この抽出したデータを検索結果として出力する（ステップＤ２０）。
【００５７】
具体的に説明すると、図５（ｂ）の暗号化データベースの例で、例えば「ｗｅｉｇｈｔ」の項目の中の「１６３」といったデータを検索することが指定されたとした場合に、まず、「ｗｅｉｇｈｔ」の１行目のデータを「ｔｉｇｅｒ」といった行鍵で復号化する。同様にして、２行目のデータを「ｄｏｇ」，３行目のデータを「ｃａｔ」，４行目のデータを「ｍｏｕｓｅ」，５行目のデータを「ｅｌｅｐｈａｎｔ」，６行目のデータを「ｃｏｗ」，７行目のデータを「ｐｉｇ」，８行目のデータを「ｒａｂｂｉｔ」，９行目のデータを「ｌｉｏｎ」といったように、各行に対応した行鍵を用いて、それぞれ復号化した後に、検索用データとして入力された「１６３」に基づいて「ｓｔａｔｅ」の列から該当するデータを検索する。これにより、「ｎｕｍｂｅｒ３」と「ｎｕｍｂｅｒ９」に該当するデータが存在することがわかる。
【００５８】
このように、データベースを暗号化する際に、検索に利用される所定の列項目については列共通鍵で暗号化し、検索時には、検索用データをその列共通鍵で暗号化してデータベース上の暗号化データと比較することで高速検索を実現できる。また、所定の列項目以外の列項目については各行毎に異なる鍵を与えて暗号化することでセキュリティを高める。この場合、検索時には各行毎の鍵を用いた復号化を必要とするため、前記所定の列項目に対する検索に比べて時間はかかるものの、検索に頻繁に利用される項目ではないので問題にはならない。
【００５９】
（第２の実施形態）
前記第１の実施形態では、所定の列項目以外の列項目のデータについては、各行毎に固有の行鍵を用いて暗号化するようにしたが、第２の実施形態では、さらにセキュリティを高めるため、各行毎に固有の行鍵と当該列項目に共通の列鍵とを複合的に用いて暗号化することを特徴とする。
【００６０】
図７は第２の実施形態におけるデータベースの構成を示す図であり、図７（ａ）は暗号化前の状態、同図（ｂ）は暗号化後の状態、同図（ｃ）は復号化後の状態を示している。また、図８は第２の実施形態における合成鍵の構成を示す図である。
【００６１】
図７（ａ）に示すように、本装置では、行と列からなるマトリクス形式のデータベースを備えている。ここでは、個人データをデータベース化した場合を示している。このデータベースは、１レコードが「ｎｕｍｂｅｒ」，「ｎａｍｅ」，「ｓｔａｔｅ」，「ｗｅｉｇｈｔ」，「ｈｅｉｇｈｔ」，「ａｇｅ」，「ｐｈｏｎｅ」の各項目で構成するようにしている。
【００６２】
このようなデータベースに対し、合成鍵を用いて暗号化を行う。すなわち、検索に頻繁に利用される列項目を「ｎａｍｅ」，「ｓｔａｔｅ」，「ａｇｅ」とした場合に、これらの列項目の各行のデータについては、図８に示すように、「ａｐｐｌｅ」，「ｏｒａｎｇｅ」，「ｌｅｍｏｎ」といった各列項目に共通の列鍵を用いて暗号化し、その他の列項目「ｗｅｉｇｈｔ」，「ｈｅｉｇｈｔ」，「ｐｈｏｎｅ」の各行のデータについては、「ｂａｎａｎａ＋行鍵」，「ｌｙｃｈｅｅ＋行鍵」，「ａｐｒｉｃｏｔ＋行鍵」といったように、列鍵と行鍵とを組み合わせて暗号化する。
【００６３】
なお、「ｎｕｍｂｅｒ」の列は暗号化を行わないものとする。行鍵としては、「ｔｉｇｅｒ」，「ｄｏｇ」，「ｃａｔ」，「ｍｏｕｓｅ」，「ｅｌｅｐｈａｎｔ」，「ｃｏｗ」，「ｐｉｇ」，「ｒａｂｂｉｔ」，「ｌｉｏｎ」といった鍵が用いられる。これらの鍵は所定の関数を用いて各列または各行毎に数学的に発生させることができる。
【００６４】
図７（ａ）のデータベースを合成鍵を用いて暗号化した結果を図７（ｂ）に示す。データ記憶装置１６のデータベース格納エリア１６ａには、図７（ｂ）に示すような状態でデータベースが保存されることになる。
【００６５】
データベースを検索する場合に、前記第１の実施形態と同様に、検索に利用される列項目に共通の列鍵を用いて検索用データを暗号化してから検索処理を行えば良い。例えば、「ｓｔａｔｅ」の中の「Ｆｌｏｒｉｄａ」といったデータを検索する場合には、まず、検索用データとして入力された「Ｆｌｏｒｉｄａ」を「ｓｔａｔｅ」の列鍵「ａｐｐｌｅ」で暗号化して、「ｈ＊／ｆＤＤ」を得る。この「ｈ＊／ｆＤＤ」といったデータを「ｓｔａｔｅ」の列の各行から検索する。これにより、「ｎｕｍｂｅｒ２」と「ｎｕｍｂｅｒ８」に該当するデータが存在することがわかる。
【００６６】
また、暗号化されたデータベースを元に戻す場合には、暗号化の時と同じ合成鍵を用いる。図７（ｂ）のデータベースを暗号化の時と同じ合成鍵を用いて復号化すると、図７（ｃ）に示すように元のデータを得ることができる。
【００６７】
なお、データベースを暗号化する場合の処理や、暗号化されたデータベースを検索する場合の処理については、所定の列項目以外の列項目の各行のデータに対して列鍵と行鍵を組み合わせて暗号化する点を除いては前記第１の実施形態の処理（図２〜図４）と同様であるため、ここでは、その説明を省略するものとする。
【００６８】
このように、検索に頻繁に利用される列項目については、その列項目に共通の列鍵を用いて暗号化することで、前記第１の実施形態と同様に高速検索を実現できるものであり、また、他の列項目については、列鍵と行鍵とを複合的に用いて暗号化することで、さらにセキュリティを強化することができる。
【００６９】
（第３の実施形態）
前記第１または第２の実施形態では、本発明を装置単体で構成したが、データベースの保管場所を離間させておき、別の情報端末からネットワークを介して検索を依頼するようなデータベースシステムを構築することも可能である。
【００７０】
以下に、このようなデータベースシステムについて説明する。
【００７１】
図９は本発明の第３の実施形態に係るデータベースシステムの構成を示すブロック図である。本システムは、第１の端末装置２０と第２の端末装置３０とを有する。第１の端末装置２０と第２の端末装置３０とはネットワーク４０を介して接続されている。
【００７２】
第１の端末装置２０は、データベースサービスを行うサーバコンピュータとして用いられるものであって、データベースの検索処理を行う検索装置２１と、データベースを保存しておくためのデータ記憶装置２２とで構成される。第２の端末装置３０は、データベースの検索を第１の端末装置２０に依頼し、その結果を第１の端末装置２０から受け取るクライアントコンピュータとして用いられるものであって、検索依頼装置３１と復号化装置３２とで構成される。
【００７３】
このようなデータベースシステムにあっては、第１の端末装置２０において、図２で説明したように、データベースの所定の列項目の各行のデータを当該列項目に共通の列鍵を用いて暗号化し、その他の列項目の各行のデータについては各行毎に固有の行鍵を用いて暗号化してデータ記憶装置２２に保存しておくものとする。
【００７４】
ここで、第２の端末装置３０から第１の端末装置２０に対してデータベースの検索を依頼する際に、図３の検索前処理までを第２の端末装置３０側で実行する。すなわち、第２の端末装置３０の検索依頼装置３１によって、検索対象として入力された列項目が所定の列項目であるか否かを判断し、所定の列項目である場合に、検索用の文字列（キーワード）を当該列項目に共通の列鍵を用いて暗号化する。その他の列項目が検索対象である場合には、このような暗号化は不要である。
【００７５】
検索前処理の後、第２の端末装置３０から検索用文字列をネットワーク４０を介して第１の端末装置２０に送る。第１の端末装置２０側では、この検索用文字列を受けることにより、図４で説明したような検索処理を実行する。
【００７６】
すなわち、第１の端末装置２０の検索装置２１により、検索対象が所定の列項目か否かを判断し、所定の列項目であれば、第２の端末装置３０から取得した検索用文字列（暗号化文字列）とデータ記憶装置２２内の暗号化データベースの当該列項目の各行のデータとを比較して、該当するデータを抽出するといった処理を行う。また、検索対象が所定の列項目以外の列項目であれば、データ記憶装置２２内の暗号化データベースの当該列項目のデータを各行毎の鍵で復号化してから、第２の端末装置３０から取得した検索用文字列（非暗号化文字列）とその復号化された各行のデータとを比較して、該当するデータを抽出するといった処理を行う。
【００７７】
このようにして検索結果が得られると、第１の端末装置２０はその検索結果として得られたデータを暗号化の状態のままでネットワーク４０を介して第２の端末装置３０に返信する。第２の端末装置３０は、第１の端末装置２０と共通の暗号鍵を持っている。したがって、第１の端末装置２０から検索結果を受信すると、内部の復号化装置３２にて、そのデータを暗号鍵を用いて復号化することができる。この場合、第１の端末装置２０と第２の端末装置３０との間で、常に暗号化された状態でデータがやり取りされるので、データベースのセキュリティを確保することができる。
【００７８】
このように、第１の端末装置２０側にデータベースを持たせて、第２の端末装置３０からのアクセスによってデータベース検索を行うようにしたデータベースシステムであっても、検索に頻繁に使う列項目のデータを当該列項目に共通の列鍵を用いて暗号化し、その他の列項目のデータについては各行毎に固有の行鍵を用いて暗号化しておくことで、セキュリティを高めると共に高速検索を実現することができる。
【００７９】
なお、前記所定の列項目以外の列項目のデータについては、前記第２の実施形態で説明したように、各行毎に固有の行鍵と当該列項目に共通の列鍵とを複合的に用いて暗号化することでも良く、このようにすれば、さらにセキュリティを強化することができる。
【００８０】
（暗号化方式）
次に、本発明に適用されるデータベースの暗号化方式について説明する。
【００８１】
本発明では、データベースの暗号化アルゴリズムとして多次元空間回転方式（多次元空間ベクトル方式）を用いる。この多次元空間回転方式は、所定の関数に基づいて多次元空間に逐次ベクトルを発生させ、これらのベクトル成分を暗号のキーストリームとするものである。この多次元空間回転方式では、演算能力の低い情報処理装置でも計算できるので、携帯型の端末に適用するのに相応しい。つまり、本発明のデータベースを外部からアクセスするような環境において、データの機密性を保持して処理するためには、このような暗号化方式を採用することが望ましい。
【００８２】
以下に、図１０および図１１を参照して、多次元空間回転方式を用いた暗号化と復号化の処理を示す。
【００８３】
図１０（ａ）は多次元空間回転方式を用いた場合での暗号化の処理動作を示すフローチャートである。
【００８４】
暗号化の対象となる原データをＭとする（ステップＦ１１）。このデータＭは、バイナリデータである。まず、このデータＭに対してｂｉｔ単位でスクランブル１をかける（ステップＦ１２）。こうして得られたデータをＭ´とする（ステップＦ１３）。
【００８５】
ここで、このデータＭ´に数学的に順次生成される乱数をＸＯＲ（排他的論理和）して暗号化を行う（ステップＦ１４）。このとき、乱数の発生の関数に多次元ベクトルｒを用いることが多次元空間回転方式の特徴である。この場合、多次元ベクトルｒを発生させる関数、あるいは、その関数に用いられる定数は暗号化キー（秘密・公開キー）で決定される。
【００８６】
すなわち、暗号化に際し、秘密キー（Ｐ₁，Ｐ₂）および公開キー（Ｐ₃，Ｐ₄）を定数として用いた関数に従って多次元ベクトルｒを生成し、Ｍ´XOR ｒといった論理演算を行ってデータＭ´を暗号化する。こうして得られた暗号データをＣとする（ステップＦ１５）。
【００８７】
具体的に説明すると、例えば図１１に示すように、ｒが３次元ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）であり、そのベクトル成分ｘ，ｙ，ｚの計算精度が１６ｂｉｔであるとする。この３次元ベクトルｒ（ｘ，ｙ，ｚ）を後述する式（１）に従ってｒ₀，ｒ₁，ｒ₂，ｒ₃…といったように順次発生する。
【００８８】
今、データＭが８ｂｉｔデータの並びとして、ｍ₀ｍ₁ｍ₂ｍ₃ｍ₄ｍ₅ｍ₆…と与えられたとき、Ｍは前記計算精度（１６ｂｉｔ）に基づいて、その要素の２つ（８ｂｉｔ）ずつに分解される。そして、３次元ベクトルがｒ₀である場合には、データＭとｒ₀（ｘ₀，ｙ₀，ｚ₀）とのＸＯＲ（排他的論理和）により、（ｘ XOR ｍ₀ｍ₁）（ｙ XOR ｍ₂ｍ₃）（ｚ XOR ｍ₄ｍ₅）…といった計算が行われ、この計算結果として、Ｃ₀Ｃ₁Ｃ₂Ｃ₃Ｃ₄Ｃ₅…といった暗号データＣが得られる。
【００８９】
このようにして得られたデータＣに対して、さらにｂｉｔ単位でスクランブル２をかける（ステップＦ１６）。こうして得られたデータをＣ´とし、最終的な暗号データとして出力する（ステップＦ１７）。
【００９０】
なお、前記の処理で、Ｃ´を改めてＭ´と見なして前記同様の暗号化を繰り返すことによって、復号化の困難さのレベルを上げることができる。また、このときの多次元ベクトルｒを生成する関数の形を変えれば、復号化の困難さはさらに増すことになる。
【００９１】
次に、復号化の処理動作について説明する。
【００９２】
図６（ｂ）は復号化の処理動作を示すフローチャートである。
【００９３】
復号化は、基本的には前記暗号化処理の逆の処理を行えば良い。
【００９４】
すなわち、暗号データをＣ´とすると（ステップＧ１１）、まず、このデータＣに対してｂｉｔ単位で前記暗号化時に行ったスクランブル２とは逆のスクランブル２をかける（ステップＧ１２）。これにより、スクランブル２をかける前のデータＣが得られる（ステップＧ１３）。
【００９５】
次に、Ｃ XOR ｒといった計算を行ってデータＣを復号化する（ステップＧ１４）。これにより、暗号化を行う前のデータＭ´が得られる（ステップＧ１５）。
【００９６】
そして、このデータＭ´に対してもｂｉｔ単位で前記暗号化時に行ったスクランブル１とは逆のスクランブル１をかける（ステップＧ１２）。これにより、スクランブル１をかける前のデータつまり原データＭが得られる（ステップＧ１７）。
【００９７】
なお、暗号化の処理で、Ｃ´を改めてＭ´と見なして暗号化を繰り返したり、多次元ベクトルｒを生成する関数の形を変えたりする処理が加わっていれば、その処理に対応させて復号化の処理を行うものとする。
【００９８】
ところで、多次元ベクトルｒを用いた暗号化において、多次元ベクトルｒを扱う関数を決定するパラメータ（定数）の集合Ｐを２つの部分に分けて、
Ｐ＝｛Ｐ_s，Ｐ_p｝
と表わす。ここで、Ｐ_sは秘密パラメータであり、暗号化キー（秘密キーＰ₁，Ｐ₂）に相当する。Ｐ_pは公開パラメータであり、暗号化キー（公開キーＰ₃，Ｐ₄）に相当する。
【００９９】
次に、多次元空間回転方式について、さらに詳しく説明する。
【０１００】
ｎ（ｎ≧１）次元の空間を張るベクトルをｒとし、その初期値ｒ₀から逐次的に新しいベクトルｒ_i（ｉ＝０，１，２，３…）を発生する関数をＲとする。このとき、ｒ_iは以下のような式（１）で表わされる。
【０１０１】
ｒ_i＝Ａ・Ｒ（Ｐ，ｒ_i-1）ｒ_i-1＋ｃ …（１）
ここで、Ａは適当な定数係数である。Ｐは関数に使用される定数の集合であり、秘密キーＰ₁，Ｐ₂と、公開キーＰ₃，Ｐ₄が使用される。ｃはベクトルを並進移動する定数ベクトルである。
【０１０２】
前記式（１）において、係数Ａは関数Ｒに適当な制約（例えば｜Ｒ｜≦１）を設けたときに、各ベクトルが多次元空間の閉空間領域内に存在するための条件を与える。定数ベクトルｃはベクトルｒ_iが収斂するとき、「トリビアル」な点（例えばｒ＝０のような無意味な点）にならないことを保証する（勿論ｃ＝０も許される）。
【０１０３】
ｎ次元空間では、ベクトルｒはｎ個の要素を持つ。ｒ＝（ｘ₁，ｘ₂…ｘ_n）。計算機上では、数値データ一般に、コンパイラが定義するビット長（ｍ）の精度（例えば８バイト又は６４ビット）で表現されている。したがって、ベクトルの逐次生成法のある瞬間にｎ×ｍのデータの精度でベクトルｒを再現できないと、それに続くベクトルｒは正確には再現できない（あるいはそうなるような関数Ｒを定義する）。これは、ベクトルｒの初期値ｒ₀についても同様で、初期値ｒ₀をｎ×ｍのデータの精度で再現したときにのみ、それに続くベクトルｒ₁，ｒ₂，ｒ₃…の再現性が保証される。
【０１０４】
前記式（１）を用いて得られたベクトルｒの成分を、そのデータ定義長に応じて１個乃至複数個並べて、その総ビット長に対応した文字列（１文字あたり８ビットが普通）とビット毎の排他論理演算（ＸＯＲ）を行う。これを第１暗号化とする。これについては、前記図１１で述べた通りある。
【０１０５】
この手続きは暗号解読への対策となる。この場合、再度式（１）、関数Ｒを変えてて新しいベクトルを発生させ、第１暗号化と同じ手法により暗号化を行っても良い。これを第２暗号化とする。
【０１０６】
具体的な例として、ｎ＝２の場合を考える。
【０１０７】
まず、ｒ_i-1をこの平面に立てた法線の周りにθだけが回転する演算として、Ｒを定義すれば、Ｒは２×２のマトリックスとなり、次のように表わされる。
【０１０８】
【数１】

【０１０９】
この場合、θは一種の媒介変数となっている。すなわち、媒介変数がｒ_i-1の関数として与えられ、
θ（ｒ）＝ｆ（Ｐ，ｒ） …（３）
で表わされるとき、前記式（２）で表わされる変換は、形式的に前記式（１）で表わされる。
【０１１０】
なお、前記式（３）において、Ｐは関数ｆに使われる定数の集合として定義されるものであり、秘密キーＰ₁，Ｐ₂と、公開キーＰ₃，Ｐ₄が使用される。
【０１１１】
このように、逐次的に発生させた多次元空間を張るベクトルｒを暗号化に使うことで、ＲＳＡのような暗号化に比べ、計算機の処理精度や処理能力に依存しない暗号化を実現できる。
【０１１２】
さて、このような多次元空間回転方式を本発明のデータベースの暗号化に適用する場合には、行鍵と列鍵を
ｒ′＝Ａ・Ｒ（Ｐ，ｒ）ｒ＋ｃ …（４）
の関数ＲのＰとして利用する。前記式（４）のＰは関数Ｒに使用される定数の集合である。本発明の場合には、「ａｐｐｌｅ」，「ｏｒａｎｇｅ」，「ｌｅｍｏｎ」等を秘密キーとして用いる。すなわち、前記の説明では、秘密キーとしてＰ₁，Ｐ₂と定めているので、例えば「ａｐｐｌｅ」を秘密キーとする場合には、Ｐ₁を「ａｐ」、Ｐ₂を「ｐｌｅ」とする。なお、これは一例であり、鍵の設定の仕方はこれに限らず、いろいろな組み合わせが考えられる。
【０１１３】
このように、多次元空間回転方式を本発明のデータベースの暗号化に適用する場合には、行鍵と列鍵を多次元空間回転方式の所定の関数の定数成分として用いる。これにより、高精度の演算能力を必要とせずに、解読困難な暗号結果を得ることができる。
【０１１４】
なお、多次元空間回転方式では、次元数が大きくなると、回転行列Ｒ（関数）の要素も多くなり、暗号化／復号化時の演算負荷が大きくなる問題がある。このような問題を解消する方法として、多次元空間回転方式を用いた暗号化方式における多次元空間回転行列を次数の少ない疑似空間回転行列に置き換えて計算する方法がある。
【０１１５】
具体的に説明すると、例えば、６次元空間における回転行列Ｒの要素は、式（５）のようになり、計算量が膨大に増える。
【０１１６】
【数２】

【０１１７】
そこで、このような回転行列Ｒを疑似回転行列Ｑに置き換えて計算する。疑似回転行列Ｑは、次数の少ない空間回転行列の要素を対角に配置し、残りの要素を０とした擬似的な行列である。例えば、６次元空間の場合には、式（６）のような疑似回転行列Ｑを用いる。
【０１１８】
【数３】

【０１１９】
なお、式（６）において、Ａ，Ｂは３次元回転行列である。
【０１２０】
この疑似回転行列Ｑと前記回転行列Ｒの要素を比較して見ると、Ｑの要素には０が多く、計算量が少なくて済む。しかも、暗号化としての機能も十分に果たす。一般的には、式（７）のように、多次元空間回転行列Ｑを設定すれば良い。
【０１２１】
【数４】

【０１２２】
このように、多次元空間回転方式における回転行列を次元数の少ない複数の回転行列の要素を対角に配置し、残りを０要素とした疑似回転行列に置き換えて計算することで、計算量を大幅に減らして速やかに暗号化または復号化の処理を実行することができる。
【０１２３】
また、別の方法として、
Ｐ＝Ｓ・Ｑ・Ｓ^T …（８）
として得られるＰを新たな疑似空間回転行列として用いても良い。
【０１２４】
式（８）において、Ｑは前記疑似回転行列である。Ｓは置換行列であり、式（９）のように、各行各列に１の要素が１つ含まれた正方行列である。
【０１２５】
【数５】

【０１２６】
例えば、疑似回転行列Ｑが前記式（６）で表現される場合（６次元の場合）には、疑似空間回転行列Ｐは、式（１０）のように表せる。
【０１２７】
【数６】

【０１２８】
これは、置換行列Ｓが式（１１）のような場合である。
【０１２９】
【数７】

【０１３０】
このように、多次元空間回転方式における回転行列を次元数の少ない複数の回転行列の要素を対角に配置し、残りを０要素とした疑似回転行列に置換行列を組み合わせてできる新たな疑似回転行列に置き換えて計算すれば、計算の行程が複雑化するため、暗号の解読をさらに困難なものにできる。
【０１３１】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、データベースを暗号化する際に、検索に利用される列項目のデータについては当該列項目に対応する列鍵を用いて各レコード共通に暗号化し、その他のデータについては項目に対応する列鍵と各行に対応する行鍵とを組み合わせた鍵を用いて暗号化するようにしたため、セキュリティを高めることができ、検索時には、検索用として入力されたデータを前記所定の列項目の列鍵を用いて暗号化し、その暗号化された検索用データと暗号化データベースとを比較することで高速検索を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデータベース管理装置の構成を示す図。
【図２】前記データベース管理装置にて実行されるデータベース暗号化処理の動作を示すフローチャート。
【図３】前記データベース管理装置にて実行されるデータベース検索処理の動作を示すフローチャート。
【図４】前記図３のステップＢ１３の検索処理の動作を具体的に示すフローチャート。
【図５】第１の実施形態におけるデータベースの構成を説明するための図であり、図５（ａ）は暗号化前の状態、同図（ｂ）は暗号化後の状態、同図（ｃ）は復号化後の状態を示す図。
【図６】第１の実施形態における列鍵と行鍵の構成を示す図。
【図７】本発明の第２の実施形態におけるデータベースの構成を示す図であり、図７（ａ）は暗号化前の状態、同図（ｂ）は暗号化後の状態、同図（ｃ）は復号化後の状態を示す図。
【図８】第２の実施形態における合成鍵の構成を示す図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るデータベースシステムの構成を示すブロック図。
【図１０】多次元空間回転方式を用いた場合での暗号化処理と復号化処理の動作を示すフローチャート。
【図１１】多次元空間回転方式を用いた場合での暗号化の演算方法を説明するための図。
【符号の説明】
１１…ＣＰＵ
１２…表示装置
１３…入力装置
１４…プログラム記憶装置
１５…鍵記憶装置
１６…データ記憶装置
１６ａ…データベース格納エリア
１６ｂ…暗号化設定情報格納エリア
１６ｃ…検索設定情報格納エリア
１６ｄ…比較文字列格納エリア
２０…第１の端末装置
２１…検索装置
２２…データ記憶装置
３０…第２の端末装置
３１…検索依頼装置
３２…復号化装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a database system in which a database management device for encrypting and managing a database and a search device having an encrypted database are arranged on a network.as well asThe present invention relates to a recording medium.
[0002]
[Prior art]
A database management apparatus is required to encrypt and store a database held as a management target in order to ensure the security of the database.
[0003]
Here, in order to increase security, it can be realized by performing more complicated encryption processing, but complicated encryption processing inevitably increases the time required for calculation.
[0004]
The database has an enormous amount of data, and the data search is a process of selecting items that meet a condition for a certain item from those data and outputting a record (row data) including item data that meets the condition. Therefore, in a data search system that handles a large amount of data, an increase in calculation time causes deterioration in processing efficiency.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, there is a security requirement for a database storing highly confidential data, and there is a problem that the encryption processing for increasing security hinders the usability of the database.
[0006]
  The present invention has been made in order to solve the above-described problems. A database management apparatus and a database system that ensure database security and enable high-speed data retrieval.as well asAn object is to provide a recording medium.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  The database management apparatus according to the present invention has one record.Predetermined search target items used for search and other itemsDatabase storage means for storing a database of items, a key used for database encryption, a column key corresponding to each item, and each rowCorresponding toKey generation means for generating a row key, and each record in the database of the database storage means,SaidThe data of the search target item is encrypted in common using the column key corresponding to the item,SaidFor other item data, column key and each row corresponding to the itemCorresponding toAn encryption means for encrypting using a key combined with a row key; andSearch for items to searchData entered for searchIn the item concernedAnd database search means for performing a search process by encrypting using the corresponding column key and comparing the encrypted search data with the data of the encrypted database stored in the storage means. And
[0008]
  The database system according to the present invention includes a first information terminal having a database and a second information terminal that requests the first information terminal to search the database, and connects these via a network. In the database system, the first information terminal has one record.Predetermined search target items used for search and other itemsDatabase storage means for storing a database of items, a key used for database encryption, a column key corresponding to each item, and each rowCorresponding toKey generation means for generating a row key, and each record in the database of the database storage means,SaidThe data of the search target item is encrypted in common using the column key corresponding to the item,SaidFor other item data, column key and each row corresponding to the itemCorresponding toEncryption means for encrypting using a key combined with a row key, and the second information terminal comprises:About the predetermined search target itemWhen requesting a database search, data input for search is encrypted using a column key corresponding to the item, and the encrypted search data is sent to the first information via the network. Search request means for sending to the terminal, wherein the first information terminal performs a search process of the encrypted database based on the search data, and the data obtained as a result of the search is encrypted. A reply is made to the second information terminal via the network.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a database management apparatus according to the first embodiment of the present invention. This device has a matrix-format database consisting of rows and columns, and has a function of encrypting and managing the database, encrypting the input search data, and based on the encrypted search data The computer has a function of searching a database, and is realized by a computer that reads a program recorded on a recording medium such as a magnetic disk and whose operation is controlled by the program.
[0015]
As shown in FIG. 1, this apparatus includes a CPU 11, a display device 12, an input device 13, a program storage device 14, a key storage device 15, and a data storage device 16.
[0016]
The CPU 11 controls the entire apparatus, reads a program stored in the program storage device 14, and executes various processes according to the program. In this embodiment, the CPU 11 executes a database encryption process as shown in FIG. 2 and a database search process as shown in FIGS.
[0017]
The display device 12 is a device for displaying data, and for example, an LCD (Liquid Crystal Display), a CRT (Cathode-ray tube), or the like is used. The input device 13 is a device for inputting data, and for example, a keyboard, a mouse, or the like is used.
[0018]
The program storage device 14 is composed of, for example, a ROM or a RAM, and stores a program necessary for this device. Programs necessary for this apparatus include a database management program and an encryption program.
[0019]
Note that the program storage device 14 can be formed of a magnetic or optical recording medium in addition to the semiconductor memory. This recording medium includes a portable medium such as a CD-ROM and a fixed medium such as a hard disk. The program stored in the recording medium may be configured such that a part or all of the program is received from a transmission control unit via a transmission medium such as a network line from a server or a client. It may be a recording medium of a server constructed in the above. Furthermore, the program may be transmitted to a server or a client via a transmission medium such as a network line and installed in these devices.
[0020]
The key storage device 15 is composed of, for example, a RAM and stores keys (row key and column key) used for database encryption.
[0021]
The data storage device 16 is a device for storing various data necessary for the present device, and is composed of an external storage device such as a RAM or a magnetic disk device, for example. The data storage device 16 stores a database storage area 16a for storing the database, and information (search target items, non-encrypted items, etc.) set by the operator when the database is encrypted. An encryption setting information storage area 16b for searching, a search setting information storage area 16c for storing information (target column items, search character strings, etc.) set by the operator when searching the database, A comparison character string storage area 16d for storing a comparison character string is provided.
[0022]
Here, before describing the operation of the present apparatus, a database encryption method realized by the present apparatus will be described.
[0023]
If the database is encrypted using a different key for each row (each record), it becomes difficult to decrypt the key and security can be improved. However, when searching the database, the encrypted data must be decrypted with the key for each row, or the data (keyword) input for retrieval must be encrypted with the key for each row. , It will take time to get search results. On the other hand, if the database is encrypted using a different key for each column, it is only necessary to encrypt the search data using only the key corresponding to the column item to be searched, so that the database search can be performed at high speed. . However, if there is the same data in the same column, the encryption result will be the same, so there is a high possibility that the key will be decrypted from there.
[0024]
Therefore, in the present invention, when encrypting a database, column item data frequently used for retrieval is encrypted with a column common key, and other column item data is assigned a different key for each row. It is characterized by encryption. In other words, different keys are used for each row to increase security, and at the time of searching, the data entered in the items used for searching is encrypted with the column key and compared with the encrypted data in the database. Is possible.
[0025]
FIG. 5 is a diagram for explaining the configuration of the database according to the first embodiment. FIG. 5A is a state before encryption, FIG. 5B is a state after encryption, and FIG. Indicates the state after decryption. FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the column key and row key in the first embodiment.
[0026]
As shown in FIG. 5 (a), the present apparatus includes a matrix database composed of rows and columns. Here, a case where personal data is made into a database is shown. In this database, one record is composed of items “number”, “name”, “state”, “weight”, “height”, “age”, and “phone”.
[0027]
Such a database is encrypted using a column key and a row key. That is, when column items frequently used for retrieval are “name”, “state”, and “age”, the data of each row of these column items is “apple”, Encryption is performed using a common column key for each column item such as “orange” and “lemon”, and the data in each row of the other column items “weight”, “height”, and “phone” is a unique key for each row. Encrypt using.
[0028]
It is assumed that the “number” column is not encrypted. As the row key, keys such as “tiger”, “dog”, “cat”, “mouse”, “elephant”, “cow”, “pig”, “rabbit”, “lion” are used. These keys can be generated mathematically for each column or row using a predetermined function.
[0029]
FIG. 5B shows the result of encrypting the database of FIG. 5A using the column key and the row key. The database is stored in the database storage area 16a of the data storage device 16 in a state as shown in FIG.
[0030]
When searching the database, the search processing is performed after the search data is encrypted using the column key corresponding to the column item used for the search. For example, when searching for data such as “Florida” in “state”, first, “Florida” input as search data is encrypted with the column key “apple” of “state” and “h *” / FDD ". Data such as “h * / fDD” is searched from each row of the “state” column. As a result, it can be seen that there is data corresponding to “number2” and “number8”.
[0031]
Also, when restoring the encrypted database, the same column key and row key as in the encryption are used. When the database in FIG. 5B is decrypted using the same column key and row key as in the encryption, the original data can be obtained as shown in FIG.
[0032]
The operation of this apparatus will be described below.
[0033]
Here, (a) the process for encrypting the database and (b) the process for searching the database will be described separately. A program for realizing each function shown in this flowchart is stored in a recording medium of the program storage device 14 in the form of a program code readable by the CPU. The program can also be transmitted in the form of a program code via a transmission medium such as a network line.
[0034]
(A) When encrypting a database
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the database encryption processing executed in this apparatus. Assume that the database is stored in the database storage area 16a of the data storage device 16 in an unencrypted state. This state is shown in FIG.
[0035]
First, a database to be encrypted is specified on a database encryption setting screen (not shown) (step A11).
[0036]
Next, among the column items provided in the database, a column item used for search and a column item that does not require encryption are set (step A12). In the example of FIG. 5A, the column items used for the search are “name”, “state”, and “age”, and the column item that does not require encryption is “number”. The setting information here is stored in the encryption setting information storage area 16b of the data storage device 16.
[0037]
Next, a row key and a column key used for encryption of the database are determined (step A13). The row key and column key information determined here is stored in the key storage device 15.
[0038]
After such setting operation, when each column item in the database is sequentially designated (step A14), the encryption method for the designated column item is determined based on the setting information (step A15). ). In this case, the column item “number” in the database is set as an unencrypted item, so nothing is done. That is, the item “number” remains as the original data.
[0039]
If the designated column item is set as a column item used for the search, a column key common to the column item stored in the key storage device 15 is read (step A15 → A16). Data of each row of the column item is encrypted with the column key (step A17). That is, as shown in FIG. 6, the data in each row of the items “name”, “state”, and “age” in the database uses a unique key for each column such as “apple”, “orange”, and “lemon”. Will be encrypted.
[0040]
If the designated column item is not set as a column item to be used for the search, that is, if it is another column item, the row key corresponding to each row stored in the key storage device 15 is read. (Step A15 → A18), and the data of each row of the column item is encrypted with the unique row key (Steps A19 and A20). That is, regarding the data of each item of “state”, “weight”, and “height” in the database, as shown in FIG. 6, the data on the first line is “tiger” and the data on the second line is “dog”. , 3rd line data is “cat”, 4th line data is “mouse”, 5th line data is “elephant”, 6th line data is “cow”, 7th line data is “pig” ”, The data in the eighth line is“ rabit ”, the data in the ninth line is“ lion ”, and the like.
[0041]
Such encryption processing is repeated for each column item in the database. When the encryption of the data in each row of all the column items is completed, the encrypted database is overwritten and saved in the database storage area 16a of the data storage device 16 (step A22). This state is shown in FIG.
[0042]
(B) When searching the database
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the database search process executed by this apparatus. Now, it is assumed that the database is encrypted and stored in the data storage device 16 by the encryption processing described in (a) above.
[0043]
First, as shown in the flowchart of FIG. 3A, search information is input on a database search setting screen (not shown) (step B11). The input of search information means inputting a column item to be searched and a character string (keyword) for search. These pieces of input information are stored in the search setting information storage area 16c of the data storage device 16. When search information is input through the input device 13, search pre-processing is executed (step B12).
[0044]
In this search pre-processing, as shown in the flowchart of FIG. 3B, it is determined whether or not the column item input as a search target is a predetermined column item (step C11), and is a predetermined column item. If it is found (Yes in step C11), the search character string is encrypted with a common column key for the column item (step C12).
[0045]
The predetermined column item is a search target item (item used for search) set at the time of encrypting the database. Specifically, each item of “name”, “state”, and “age” is applicable. To do. Information about the search target item is stored in the encryption setting information storage area 16b of the data storage device 16. Therefore, in step C11, it is determined whether or not the column item is a predetermined column item with reference to the encryption setting information storage area 16b. A column key common to the column items is stored in the key storage device 15. Therefore, in step C12, the column key corresponding to the column item is read from the key storage device 15 and the search character string is encrypted. For example, if the designated item is “state”, the search character string is encrypted using a column key such as “orang”.
[0046]
If the column item input as the search target is not a predetermined column item (No in step C11), the search character string is not encrypted as described above.
[0047]
After such pre-search processing, database search processing (see FIG. 4) is performed (step B13), and data obtained as a result of the search is displayed on the display device 12 (step B14). FIG. 4 shows a database search process.
[0048]
FIG. 4 is a flowchart specifically showing the search processing operation of step B13.
[0049]
First, as shown in the flowchart of FIG. 4A, the search character string is set in the comparison character string storage area 16d of the data storage device 16 as a comparison character string with the database (step D11). In this case, as described above, when the column item input as the search target is a predetermined column item (“name”, “state”, “age”), the search pre-processing performs the search character. The column is encrypted with the column key corresponding to the column item and set in the comparison character string storage area 16d. Other column items are set in the comparison character string storage area 16d as they are without being encrypted.
[0050]
Next, the encryption method based on the column number of the encrypted database stored in the database storage area 16a of the data storage device 16 is determined (step D12). As a result, when the search target corresponds to a predetermined column item encrypted with the column key, data in each row of the target column is sequentially scanned (step D12 → D13) and included in the designated row. A comparison process between the character string of the data of the target item and the search character string (encrypted character string) set in the comparison character string storage area 16d is performed (step D14).
[0051]
In this comparison process, as shown in the flowchart of FIG. 4B, the encrypted character string of the data of the target item retrieved from the database is compared with the encrypted character string for search, and the two match. It is determined whether or not (step E11). If they match (Yes in step E11), record data including the matched item is extracted as a database search result (step E12).
[0052]
This process is repeated until the end of the encrypted database, and the corresponding data is sequentially extracted (step D15), and the extracted data is output as a search result (step D20).
[0053]
More specifically, in the example of the encrypted database in FIG. 5B, when it is specified to search for data such as “Florida” in the “state” item, first, the search data The “Florida” input as is encrypted with the “state” column key “apple” to obtain “h * / fDD”. Data such as “h * / fDD” is searched from the column “state”. As a result, it can be seen that there is data corresponding to “number2” and “number8”.
[0054]
On the other hand, when the search target corresponds to another column item encrypted with the row key, the data in each row of the target column is sequentially scanned (step D12 → D16) and included in the designated row. After the data of the target item is decrypted with the row key unique to each row (step D17), the comparison processing with the search character string (unencrypted character string) set in the comparison character string storage area 16d is performed. (Step D18).
[0055]
In this comparison process, as shown in the flowchart of FIG. 4B, whether the two match by comparing the decrypted character string of the data in the target column retrieved from the database with the unencrypted character string for search. It is determined whether or not (step E11). If they match (Yes in step E11), record data including the matched item is extracted as a database search result (step E12).
[0056]
This process is repeated until the end of the encrypted database, and the corresponding data is sequentially extracted (step D19), and the extracted data is output as a search result (step D20).
[0057]
More specifically, in the example of the encrypted database in FIG. 5B, when it is designated to search for data such as “163” in the item “weight”, first, “weight” The first row of data is decrypted with a row key such as “tiger”. Similarly, the data on the second line is “dog”, the data on the third line is “cat”, the data on the fourth line is “mouse”, the data on the fifth line is “elephant”, and the data on the sixth line is Decrypt using the row key corresponding to each row, such as “cow”, the seventh row data “pig”, the eighth row data “rabit”, and the ninth row data “lion”. After that, the corresponding data is searched from the “state” column based on “163” input as the search data. As a result, it is understood that data corresponding to “number3” and “number9” exists.
[0058]
In this way, when encrypting the database, the predetermined column items used for the search are encrypted with the column common key, and during the search, the search data is encrypted with the column common key and encrypted on the database. High-speed search can be realized by comparing with data. In addition, column items other than the predetermined column items are encrypted by giving a different key for each row to enhance security. In this case, since the decryption using the key for each row is required at the time of retrieval, it takes time compared with the retrieval for the predetermined column item, but it is not a problem because it is not an item frequently used for the retrieval. .
[0059]
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the data of column items other than the predetermined column item is encrypted using a unique row key for each row. However, in the second embodiment, security is further improved. Therefore, encryption is performed using a composite row key unique to each row and a column key common to the column item.
[0060]
FIG. 7 is a diagram showing the structure of the database in the second embodiment. FIG. 7A shows a state before encryption, FIG. 7B shows a state after encryption, and FIG. 7C shows decryption. The later state is shown. FIG. 8 is a diagram showing the composition of the composite key in the second embodiment.
[0061]
As shown in FIG. 7 (a), this apparatus includes a matrix database composed of rows and columns. Here, a case where personal data is made into a database is shown. In this database, one record is composed of items “number”, “name”, “state”, “weight”, “height”, “age”, and “phone”.
[0062]
Such a database is encrypted using a composite key. That is, when column items frequently used for retrieval are “name”, “state”, and “age”, the data of each row of these column items is “apple”, The column items such as “orange” and “lemon” are encrypted using a common column key, and the data of each row of the other column items “weight”, “height”, “phone” is “banana + row key”, Encryption is performed by combining a column key and a row key, such as “lychee + row key” and “apricot + row key”.
[0063]
It is assumed that the “number” column is not encrypted. As the row key, keys such as “tiger”, “dog”, “cat”, “mouse”, “elephant”, “cow”, “pig”, “rabbit”, “lion” are used. These keys can be generated mathematically for each column or row using a predetermined function.
[0064]
FIG. 7B shows the result of encrypting the database of FIG. 7A using the synthetic key. The database is stored in the database storage area 16a of the data storage device 16 in a state as shown in FIG.
[0065]
When searching the database, as in the first embodiment, the search processing may be performed after the search data is encrypted using a common column key for the column items used for the search. For example, when searching for data such as “Florida” in “state”, first, “Florida” input as search data is encrypted with the column key “apple” of “state” and “h *” / FDD ". Data such as “h * / fDD” is searched from each row of the “state” column. As a result, it can be seen that there is data corresponding to “number2” and “number8”.
[0066]
Further, when restoring the encrypted database, the same composite key as that used for encryption is used. When the database shown in FIG. 7B is decrypted using the same synthetic key as that used for encryption, the original data can be obtained as shown in FIG. 7C.
[0067]
As for the process for encrypting the database and the process for searching the encrypted database, the column key and the row key are combined for the data of each row of the column items other than the predetermined column item. Since the processing is the same as the processing of the first embodiment (FIGS. 2 to 4) except for the points to be changed, the description thereof is omitted here.
[0068]
As described above, the column item frequently used for the search can be encrypted by using a common column key for the column item, so that the high-speed search can be realized as in the first embodiment. In addition, the other column items can be further strengthened by encrypting them using the column key and the row key in combination.
[0069]
(Third embodiment)
In the first or second embodiment, the present invention is configured as a single device, but a database system is constructed in which a database storage location is separated and a search is requested from another information terminal via a network. It is also possible to do.
[0070]
Hereinafter, such a database system will be described.
[0071]
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a database system according to the third embodiment of the present invention. The system includes a first terminal device 20 and a second terminal device 30. The first terminal device 20 and the second terminal device 30 are connected via a network 40.
[0072]
The first terminal device 20 is used as a server computer that performs a database service, and includes a search device 21 that performs a database search process and a data storage device 22 that stores the database. . The second terminal device 30 is used as a client computer that requests the first terminal device 20 to search the database and receives the result from the first terminal device 20, and is decrypted with the search request device 31. Device 32.
[0073]
In such a database system, as described with reference to FIG. 2, the first terminal device 20 encrypts the data of each row of a predetermined column item in the database using a column key common to the column item. The data of each row of the other column items is encrypted using a unique row key for each row and stored in the data storage device 22.
[0074]
Here, when the second terminal apparatus 30 requests the first terminal apparatus 20 to search the database, the second terminal apparatus 30 side executes the pre-search process in FIG. That is, the search request device 31 of the second terminal device 30 determines whether or not the column item input as the search target is a predetermined column item. A column (keyword) is encrypted using a column key common to the column item. When other column items are search targets, such encryption is not necessary.
[0075]
After the pre-search process, the search character string is sent from the second terminal device 30 to the first terminal device 20 via the network 40. On the first terminal device 20 side, the search process described with reference to FIG. 4 is executed by receiving this search character string.
[0076]
That is, the search device 21 of the first terminal device 20 determines whether or not the search target is a predetermined column item. If the search target is a predetermined column item, the search character string ( The encrypted character string) is compared with the data in each row of the column item of the encrypted database in the data storage device 22 and the corresponding data is extracted. If the search target is a column item other than the predetermined column item, the data of the column item in the encrypted database in the data storage device 22 is decrypted with the key for each row, and then the second terminal device 30 The obtained search character string (non-encrypted character string) is compared with the decrypted data of each row, and the corresponding data is extracted.
[0077]
When the search result is obtained in this way, the first terminal device 20 returns the data obtained as the search result to the second terminal device 30 via the network 40 in an encrypted state. The second terminal device 30 has a common encryption key with the first terminal device 20. Therefore, when the search result is received from the first terminal device 20, the internal decryption device 32 can decrypt the data using the encryption key. In this case, since data is always exchanged between the first terminal device 20 and the second terminal device 30 in an encrypted state, the security of the database can be ensured.
[0078]
Thus, even in a database system in which a database is provided on the first terminal device 20 side and a database search is performed by access from the second terminal device 30, column items frequently used for the search are included. Data is encrypted using a common column key for the relevant column item, and the data of other column items is encrypted using a unique row key for each row, thereby improving security and realizing high-speed search. be able to.
[0079]
For data of column items other than the predetermined column item, a unique row key for each row and a column key common to the column item are used in combination as described in the second embodiment. This can be encrypted, and in this way, security can be further enhanced.
[0080]
(Encryption method)
Next, a database encryption method applied to the present invention will be described.
[0081]
In the present invention, a multidimensional space rotation method (multidimensional space vector method) is used as an encryption algorithm for a database. In this multidimensional space rotation method, vectors are sequentially generated in a multidimensional space based on a predetermined function, and these vector components are used as encryption key streams. This multi-dimensional space rotation method can be calculated even by an information processing device with low calculation capability, and is suitable for application to a portable terminal. In other words, it is desirable to employ such an encryption method in order to maintain and process data confidentiality in an environment where the database of the present invention is accessed from the outside.
[0082]
Hereinafter, with reference to FIGS. 10 and 11, encryption and decryption processing using the multidimensional spatial rotation method will be described.
[0083]
FIG. 10A is a flowchart showing an encryption processing operation when the multidimensional spatial rotation method is used.
[0084]
The original data to be encrypted is set to M (step F11). This data M is binary data. First, scramble 1 is applied to this data M in units of bits (step F12). The data thus obtained is designated as M ′ (step F13).
[0085]
Here, the data M ′ is encrypted by XOR (exclusive OR) random numbers generated mathematically sequentially (step F14). At this time, the feature of the multidimensional spatial rotation method is that the multidimensional vector r is used as a random number generation function. In this case, the function for generating the multidimensional vector r or the constant used for the function is determined by the encryption key (secret / public key).
[0086]
In other words, the secret key (P₁, P₂) And public key (P_Three, P_Four) As a constant, a multidimensional vector r is generated, and a logical operation such as M′XOR r is performed to encrypt data M ′. The encrypted data thus obtained is set as C (step F15).
[0087]
Specifically, for example, as shown in FIG. 11, it is assumed that r is a three-dimensional vector (x, y, z) and the calculation accuracy of the vector components x, y, z is 16 bits. This three-dimensional vector r (x, y, z) is expressed as r according to the equation (1) described later.₀, R₁, R₂, R_Three... and so on.
[0088]
Now, if the data M is an array of 8-bit data, m₀m₁m₂m_Threem_Fourm_Fivem₆... is given, M is decomposed into two (8 bits) of its elements based on the calculation accuracy (16 bits). And the three-dimensional vector is r₀The data M and r₀(X₀, Y₀, Z₀) And XOR (exclusive OR) with (x XOR m₀m₁) (Y XOR m₂m_Three) (Z XOR m_Fourm_Five) ... and the result of this calculation is C₀C₁C₂C_ThreeC_FourC_FiveEncryption data C such as... Is obtained.
[0089]
The data C obtained in this way is further scrambled 2 in bit units (step F16). The data thus obtained is set as C ′ and output as final encrypted data (step F17).
[0090]
In the above process, it is possible to raise the level of difficulty of decryption by reiterating the same encryption as above by regarding C ′ as M ′. If the form of the function that generates the multidimensional vector r at this time is changed, the difficulty of decoding will further increase.
[0091]
Next, the decoding processing operation will be described.
[0092]
FIG. 6B is a flowchart showing the decoding processing operation.
[0093]
For the decryption, basically, the reverse process of the encryption process may be performed.
[0094]
That is, assuming that the encrypted data is C ′ (step G11), first, scramble 2 opposite to scramble 2 performed at the time of the encryption is applied to the data C in units of bits (step G12). Thereby, data C before being scrambled 2 is obtained (step G13).
[0095]
Next, a calculation such as C XOR r is performed to decode the data C (step G14). Thereby, the data M ′ before encryption is obtained (step G15).
[0096]
The data M ′ is also scrambled 1 in units of bits opposite to the scramble 1 performed at the time of encryption (step G12). Thereby, data before scramble 1, that is, original data M is obtained (step G 17).
[0097]
In addition, in the encryption process, if C ′ is re-recognized as M ′ and encryption is repeated, or if the process of changing the shape of the function for generating the multidimensional vector r is added, it is made to correspond to that process. It is assumed that decryption processing is performed.
[0098]
By the way, in the encryption using the multidimensional vector r, the set P of parameters (constants) for determining the function that handles the multidimensional vector r is divided into two parts.
P = {P_s, P_p}
It expresses. Where P_sIs a secret parameter and the encryption key (secret key P₁, P₂). P_pIs a public parameter and the encryption key (public key P_Three, P_Four).
[0099]
Next, the multidimensional space rotation method will be described in more detail.
[0100]
Let r be a vector spanning a space of n (n ≧ 1) dimensions, and its initial value r₀New vector r sequentially from_iLet R be a function that generates (i = 0, 1, 2, 3,...). At this time, r_iIs represented by the following formula (1).
[0101]
r_i= AR (P, r_i-1) R_i-1+ C (1)
Here, A is an appropriate constant coefficient. P is a set of constants used for the function and the secret key P₁, P₂And public key P_Three, P_FourIs used. c is a constant vector that translates the vector.
[0102]
In the equation (1), the coefficient A gives a condition for each vector to exist in the closed space region of the multidimensional space when an appropriate constraint (for example, | R | ≦ 1) is provided for the function R. The constant vector c is the vector r_iEnsures that it does not become a “trivial” point (eg, a pointless point such as r = 0) (of course c = 0 is also allowed).
[0103]
In the n-dimensional space, the vector r has n elements. r = (x₁, X₂... x_n). On a computer, numerical data is generally expressed with a precision (for example, 8 bytes or 64 bits) of a bit length (m) defined by a compiler. Therefore, if the vector r cannot be reproduced with the accuracy of n × m data at a certain moment in the vector sequential generation method, the subsequent vector r cannot be accurately reproduced (or a function R is defined so). This is the initial value r of the vector r₀The same applies to the initial value r.₀Followed by the vector r only when it is reproduced with the accuracy of n × m data₁, R₂, R_ThreeReproducibility of ... is guaranteed.
[0104]
One or a plurality of components of the vector r obtained by using the equation (1) are arranged according to the data definition length, and a character string corresponding to the total bit length (usually 8 bits per character) and A bitwise exclusive logic operation (XOR) is performed. This is the first encryption. This is as described in FIG.
[0105]
This procedure is a countermeasure against decryption. In this case, the expression (1) and the function R may be changed again to generate a new vector, and encryption may be performed by the same method as the first encryption. This is the second encryption.
[0106]
As a specific example, consider the case of n = 2.
[0107]
First, r_i-1If R is defined as an operation in which only θ is rotated around a normal line standing on this plane, R becomes a 2 × 2 matrix and is expressed as follows.
[0108]
[Expression 1]

[0109]
In this case, θ is a kind of parameter. That is, the parameter is r_i-1Given as a function of
θ (r) = f (P, r) (3)
The transformation represented by the formula (2) is formally represented by the formula (1).
[0110]
In Equation (3), P is defined as a set of constants used for the function f, and the secret key P₁, P₂And public key P_Three, P_FourIs used.
[0111]
In this way, by using the vector r extending the sequentially generated multidimensional space for encryption, encryption independent of the processing accuracy and processing capacity of the computer can be realized as compared with encryption such as RSA.
[0112]
Now, when such a multidimensional space rotation method is applied to the encryption of the database of the present invention, the row key and the column key are
r ′ = A · R (P, r) r+ C (4)
Is used as P of the function R. P in the equation (4) is a set of constants used for the function R. In the present invention, “apple”, “orange”, “lemon”, etc. are used as the secret key. That is, in the above description, P is used as the secret key.₁, P₂For example, when “apple” is used as a secret key, P₁"Ap", P₂Is “ple”. This is an example, and the method of setting the key is not limited to this, and various combinations are conceivable.
[0113]
As described above, when the multidimensional space rotation method is applied to the encryption of the database of the present invention, the row key and the column key are used as constant components of a predetermined function of the multidimensional space rotation method. As a result, it is possible to obtain a cryptographic result that is difficult to decipher without requiring high-precision computing capability.
[0114]
In the multidimensional space rotation method, when the number of dimensions increases, the number of elements of the rotation matrix R (function) increases, and there is a problem that the calculation load during encryption / decryption increases. As a method for solving such a problem, there is a method of calculating by replacing the multidimensional spatial rotation matrix in the encryption system using the multidimensional spatial rotation system with a pseudo-space rotation matrix having a low degree.
[0115]
More specifically, for example, the elements of the rotation matrix R in the 6-dimensional space are as shown in Expression (5), and the amount of calculation increases enormously.
[0116]
[Expression 2]

[0117]
Therefore, such a rotation matrix R is replaced with a pseudo rotation matrix Q for calculation. The pseudo rotation matrix Q is a pseudo matrix in which elements of a spatial rotation matrix with a low degree are arranged diagonally and the remaining elements are set to zero. For example, in the case of a 6-dimensional space, a pseudo rotation matrix Q as shown in Expression (6) is used.
[0118]
[Equation 3]

[0119]
In Equation (6), A and B are three-dimensional rotation matrices.
[0120]
Comparing the elements of the pseudo rotation matrix Q and the rotation matrix R, the element of Q has a large number of 0, and the amount of calculation is small. In addition, the function as an encryption is sufficiently fulfilled. In general, a multidimensional spatial rotation matrix Q may be set as shown in Expression (7).
[0121]
[Expression 4]

[0122]
In this way, by calculating the rotation matrix in the multi-dimensional spatial rotation method by replacing the elements of a plurality of rotation matrices with a small number of dimensions diagonally and replacing them with a pseudo rotation matrix with the remaining 0 elements, the amount of calculation is reduced. Encryption or decryption processing can be executed promptly with a significant reduction.
[0123]
Alternatively,
P = S ・ Q ・ S^T ... (8)
P obtained as follows may be used as a new pseudo-space rotation matrix.
[0124]
In Equation (8), Q is the pseudo rotation matrix. S is a permutation matrix, and is a square matrix in which one element is included in each row and column, as in Equation (9).
[0125]
[Equation 5]

[0126]
For example, when the pseudo rotation matrix Q is expressed by the above equation (6) (in the case of 6 dimensions), the pseudo space rotation matrix P can be expressed by the following equation (10).
[0127]
[Formula 6]

[0128]
This is the case where the permutation matrix S is as in equation (11).
[0129]
[Expression 7]

[0130]
In this way, a new pseudo-rotation can be created by combining the rotation matrix in the multi-dimensional spatial rotation method with multiple rotation matrix elements with a small number of dimensions diagonally and combining the permutation matrix with a pseudo-rotation matrix with the rest as 0 elements. If the calculation is performed by replacing with a matrix, the calculation process becomes complicated, so that the decryption of the code can be made more difficult.
[0131]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, when encrypting a database, the column item data used for the search is encrypted in common with each record using the column key corresponding to the column item. Corresponds to the item forEncryption is performed using a key that combines the column key and the row key corresponding to each row.Security can be enhanced, and at the time of search, data input for search is encrypted using the column key of the predetermined column item, and the encrypted search data is compared with the encrypted database. High-speed search can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a database management apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an operation of database encryption processing executed by the database management apparatus.
FIG. 3 is a flowchart showing an operation of a database search process executed by the database management apparatus.
FIG. 4 is a flowchart specifically showing the search processing operation in step B13 of FIG. 3;
5A and 5B are diagrams for explaining the configuration of a database according to the first embodiment. FIG. 5A is a state before encryption, FIG. 5B is a state after encryption, and FIG. ) Is a diagram showing a state after decoding.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of column keys and row keys in the first embodiment.
7A and 7B are diagrams showing the configuration of a database according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7A shows a state before encryption, FIG. 7B shows a state after encryption, and FIG. ) Is a diagram showing a state after decoding.
FIG. 8 is a diagram showing a composition of a composite key in the second embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a database system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing operations of encryption processing and decryption processing when a multidimensional spatial rotation method is used.
FIG. 11 is a diagram for explaining an encryption calculation method when a multidimensional space rotation method is used.
[Explanation of symbols]
11 ... CPU
12 ... Display device
13 ... Input device
14 ... Program storage device
15 ... Key storage device
16: Data storage device
16a ... Database storage area
16b ... Encryption setting information storage area
16c ... Search setting information storage area
16d: Comparison character string storage area
20 ... 1st terminal device
21 ... Search device
22 Data storage device
30: Second terminal device
31 ... Search request device
32. Decoding device

Claims

Database storage means for storing a database consisting of a predetermined search target item and other items in which one record is used for search ;
A key used to encrypt the database, a column key corresponding to each item, and the key generation means for generating a Gyokagi for each row,
For each record in the database of the database storage means, the retrieval data of the target item is encrypted in common with columns key corresponding to the item, the column key and each row corresponding to the item for other items of data Encryption means for encryption using a key combined with a row key corresponding to
When searching for the search target item, the data input for search is encrypted using a column key corresponding to the item , the encrypted search data and the encrypted database stored in the storage means A database management device comprising: database search means for performing a search process by comparing with the data.

In a database system having a first information terminal having a database and a second information terminal requesting the first information terminal to search the database, and connecting them via a network,
The first information terminal is
Database storage means for storing a database consisting of a predetermined search target item and other items in which one record is used for search ;
A key used to encrypt the database, a column key corresponding to each item, and the key generation means for generating a Gyokagi for each row,
For each record in the database of the database storage means, the retrieval data of the target item is encrypted in common with columns key corresponding to the item, the column key and each row corresponding to the item for other items of data Encrypting means using a key combined with a row key corresponding to
The second information terminal is
When requesting a database search for the predetermined search target item, data input for search is encrypted using a column key corresponding to the item, and the encrypted search data is stored in the network. Search request means for sending to the first information terminal via
The first information terminal performs a search process of the encrypted database based on the search data, and the second information is transmitted via the network in a state where the data obtained as a result of the search is encrypted. A database system characterized by replying to a terminal.

Computer used for database management device
Database storage means for storing a database consisting of a predetermined search target item used for searching and other items;
A key used to encrypt the database, a column key corresponding to each item, key generating means for generating a Gyokagi for each row,
For each record in the database of the database storage means, the retrieval data of the target item is encrypted in common with columns key corresponding to the item, the column key and each row corresponding to the item for other items of data Encryption means for encryption using a key combined with a row key corresponding to
When searching for the predetermined search target item, the data input for search is encrypted using a column key corresponding to the item, and the encrypted search data and the encryption stored in the storage means A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for functioning as database search means for performing search processing by comparing with data in a computerized database.