在当今大数据生产环境下,越来越多的企业和个人将其本地数据外包至第三方数据中心,以降低数据存储管理的成本并提高应用服务的性能与可靠性。非关系型数据库作为数据外包服务的重要组成部分,在数据分布式存储、高并发处理等方面发挥着关键作用。但由于非关系型数据库起步晚,发展时间较短,现有的非关系型数据库产品很少考虑其存储数据的安全性问题,加之近年来数据泄露事件的频繁发生,使得数据外包服务中数据的隐私安全问题变得更为严峻。目前已有不少基于非关系型数据库的加密方案被提出,但在这些方案中加密数据库可完成的功能都过于单一,并不能满足用户多样化的数据访问需求。此外,在这些方案中默认用户具有相同的密钥并且可以解密所有的数据,缺少了针对非关系型加密数据库的访问控制研究。为了应对当前加密方案的不足与局限性,本文在不同的应用场景下开展了基于非关系型数据库的数据保护技术研究,在多用户Web应用场景中设计并实现了基于非关系型数据库的加密系统,在C/S架构的应用场景中对加密系统进行了扩展,设计出基于非关系型加密数据库的密文访问控制方案。具体成果如下:(1)设计并实现了一种基于非关系型数据库的加密处理系统。在加密系统中,通过所设计的加密模块实现多种密码算法的整合,通过所设计的数据加密策略为明文数据提供多级别的安全机制,通过所设计的数据加密模式对明文数据进行统一的加密处理。在非关系型数据库中存储加密后的数据,并使数据库可在密文环境下完成多种数据请求的处理。经实验表明,加密系统在密文状态下仍然具有良好的数据处理效率。(2)设计了一种基于非关系型加密数据库的密文访问控制方案。在密文访问控制方案中,通过对加密数据库结构以及用户权限访问控制矩阵的处理,实现了一种简单灵活的授权方式,支持用户权限的新增、修改以及撤销操作,并能有效控制攻击者与用户合谋时明文数据的泄露量。在密文访问控制方案中,针对用户权限的撤销过程提出了一种优化方式,使得部分数据的重加密处理可由第三方服务器安全地执行。经实验表明,密文访问控制方案的权限处理过程是高效的,并且具有适度的通信开销以及存储开销。