大數(shù)據(jù)環(huán)境下密碼安全技術(shù)研究

于文奇

（山東省青島市中國(guó)石油大學(xué)（華東）理學(xué)院 山東 青島 266580）

1 引言

隨著大數(shù)據(jù)環(huán)境的到來，使人們的生活更加信息化、數(shù)據(jù)化，但是在帶來一定優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也存在一些弊端，比如帶來的信息安全隱患。為了保護(hù)信息的私密性，最直接的方式便是設(shè)置密碼。如今密碼安全技術(shù)也得以發(fā)展進(jìn)步，為了進(jìn)一步滿足大數(shù)據(jù)環(huán)境下的信息安全需求，還應(yīng)對(duì)密碼技術(shù)加大研究力度。

2 當(dāng)前密碼安全技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 安全多方技術(shù)

安全多方計(jì)算（SMC）是常用的一種云存儲(chǔ)中數(shù)據(jù)保護(hù)的方法，其為了對(duì)敏感數(shù)據(jù)加強(qiáng)保護(hù)，采用多個(gè)參與方的交互進(jìn)行計(jì)算，因此使用SMC技術(shù)時(shí)需要各方進(jìn)行信息交換、協(xié)作完成，而大數(shù)據(jù)的來源較為廣泛，具有較強(qiáng)的時(shí)效性，如運(yùn)用SMC技術(shù)需要付出較大的通信代價(jià)，且無法滿足大數(shù)據(jù)處理對(duì)時(shí)效性和擴(kuò)散的需求[1]。這種計(jì)算方式只適用于兩方計(jì)算，而不適合在多方來源大數(shù)據(jù)計(jì)算中應(yīng)用。

2.2 密文檢索技術(shù)

密文檢索技術(shù)是促使隱私數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)安全共享的重要途徑，這種設(shè)計(jì)的原理為：現(xiàn)將數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵詞提取出來，然后對(duì)關(guān)鍵詞采取加密措施，將加密的關(guān)鍵詞與數(shù)據(jù)制作成一個(gè)密文整體，進(jìn)而傳輸?shù)皆品?wù)器中[2]。當(dāng)前，密文檢索的方式主要有兩種，即對(duì)稱檢索加密與非對(duì)稱檢索加密。

對(duì)稱檢索加密思想在最初始提出的目的是為了對(duì)數(shù)據(jù)檢索的內(nèi)容進(jìn)行加密，也可將其用到關(guān)鍵詞可檢索的對(duì)稱加密中。為了進(jìn)一步優(yōu)化檢索性能和安全性能，接連很多研究成果都顯示，對(duì)稱檢索加密具有較高的安全性和極高的運(yùn)算效率，但是也有一定缺點(diǎn)，即功能不多。有研究人員提出了雖然安全索引方案能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的索引更新，而其服務(wù)器搜索的效率卻不高。截至目前，已經(jīng)有研究人士提出可檢索對(duì)稱加密算法具有良好的綜合性，但是這種方式的缺陷在于數(shù)據(jù)索引的更新過于繁瑣。

非對(duì)稱檢索具有較強(qiáng)的加密算法功能，但是其運(yùn)算方式通常為橢圓曲線算法，與哈希函數(shù)及分組密碼運(yùn)算相比其運(yùn)算效率較低。隨著時(shí)間的推移，很多研究人員都對(duì)非對(duì)稱加密方案進(jìn)行了研究改進(jìn)，最終，關(guān)鍵詞能夠?qū)崿F(xiàn)公鑰加密，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對(duì)關(guān)鍵詞的加密，使得對(duì)關(guān)鍵詞檢索人員在不知道關(guān)鍵詞真實(shí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上判斷密文中是否含有此關(guān)鍵詞。公鑰加密的安全性較強(qiáng)，但是其檢索效率關(guān)系到云儲(chǔ)存空間，因此在檢索效率方面還不能滿足實(shí)際需求，這也是公鑰加密的最大缺陷[3]，非對(duì)稱檢索加密算法能夠?qū)㈥P(guān)鍵詞檢索和區(qū)間詢問緊密聯(lián)系在一起。但是，截至目前，檢索還處于模糊狀態(tài)，只能對(duì)返回結(jié)果排序給予支持，而對(duì)于關(guān)鍵詞檢索的數(shù)據(jù)加密還有待加強(qiáng)。

2.3 全同動(dòng)態(tài)加密技術(shù)

全同動(dòng)態(tài)加密技術(shù)（FHE）可以在不解密的情況下便能隨意處理加密數(shù)據(jù)，其有望成為對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行安全分析的重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象[4]。全同態(tài)加密相較于同態(tài)加密而言，區(qū)別重點(diǎn)在于一個(gè)“全”字，其表示沒有全面限制加密數(shù)據(jù)，也就是說有利于實(shí)現(xiàn)多個(gè)任意同態(tài)加或乘。要想達(dá)到這一效果并不容易，直到2009年全同態(tài)加密方案才出現(xiàn)。

與數(shù)據(jù)匿名化技術(shù)相比，全同態(tài)加密能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)密文的直接處理，更有利于大數(shù)據(jù)安全；而相比多方安全計(jì)算來說，由于全同態(tài)加密具有非交互特點(diǎn)，因此更適合在多來源的大數(shù)據(jù)中應(yīng)用。當(dāng)然，運(yùn)存儲(chǔ)中處理加密數(shù)據(jù)還包括可搜索加密以及保序加密的方式。比如，保序加密能將數(shù)據(jù)的順序泄露出去；而可搜索加密緊密關(guān)聯(lián)于其他信息，從而導(dǎo)致書庫分布被揭露。而全動(dòng)態(tài)加密能夠?qū)崿F(xiàn)任意處理，其中包含排序和查詢的內(nèi)容，并且無需其他信息獨(dú)立完成保密。

然而，利用當(dāng)前的全同態(tài)加密技術(shù)對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，隨著數(shù)據(jù)規(guī)模的范圍逐漸擴(kuò)增以及處理難度逐漸上升，其性能便存在下降狀況，比如密文尺寸、公鑰尺寸、處理效率等都呈現(xiàn)上漲趨勢(shì)，導(dǎo)致擴(kuò)展性和效率受到不良影響。

3 未來研究的發(fā)展方向

3.1 對(duì)加密大數(shù)據(jù)的研究

Hall等人在2011年對(duì)密文數(shù)據(jù)集采取了低維線性回歸的研究；Graepel等人在2012年學(xué)習(xí)了加密數(shù)據(jù)的機(jī)器，用于Fisher線性的分類器的訓(xùn)練。上述研究只能體現(xiàn)出對(duì)一些特殊機(jī)器的學(xué)習(xí)算法，還無法滿足當(dāng)前大數(shù)據(jù)加密的實(shí)際需求，因此還應(yīng)對(duì)加密大數(shù)據(jù)相關(guān)機(jī)器的學(xué)習(xí)與分類方法加大研究力度。

3.2 對(duì)加密大數(shù)據(jù)的檢索

大數(shù)據(jù)檢索是一種有效分析大數(shù)據(jù)安全的方式，大數(shù)據(jù)安全分析所檢索的加密大數(shù)據(jù)更為復(fù)雜。當(dāng)前，檢索加密大數(shù)據(jù)工作，可能不能絕對(duì)安全，可能只能進(jìn)行簡(jiǎn)答的檢索，也可能缺乏對(duì)大數(shù)據(jù)集的支持。因此，有必要對(duì)加密大數(shù)據(jù)檢索加強(qiáng)研究，主要內(nèi)容為：檢索支持的數(shù)據(jù)類型不一致，比如非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；檢索支持的查詢類型不一致，比如Skyline查詢、余弦相似度的查詢等，進(jìn)一步促進(jìn)更為復(fù)雜的加密大數(shù)據(jù)檢索提供支持。

3.3 對(duì)加密大數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)

大數(shù)據(jù)分析能夠?yàn)榇髷?shù)據(jù)安全提供保障，大數(shù)據(jù)安全分析需要分析較為復(fù)雜的加密大數(shù)據(jù)。當(dāng)前所分析統(tǒng)計(jì)的加密數(shù)據(jù)在數(shù)量和規(guī)模方面還比較小，數(shù)據(jù)集記錄只能達(dá)到上千，維度也都在4維之內(nèi)，對(duì)海量加密數(shù)據(jù)來說并不適用。因此，有必要對(duì)加密大數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)進(jìn)行研究。研究?jī)?nèi)容主要為：分析加密大數(shù)據(jù)的多變量；分析加密大數(shù)據(jù)的主分量；分析加密大數(shù)據(jù)的線性回歸。促進(jìn)加密大數(shù)據(jù)的發(fā)展。

4 結(jié)語

綜上所述，我國(guó)已經(jīng)邁入大數(shù)據(jù)時(shí)代，社會(huì)還處于飛速發(fā)展建設(shè)階段，大數(shù)據(jù)在給人們生活帶來便利的同時(shí)也會(huì)帶來一定信息安全隱患。為了將此類不良影響降到最低，就需要密碼安全技術(shù)作為保障，因此對(duì)安全密碼技術(shù)進(jìn)行研究具有重要意義。