数据库是信息系统的核心,其安全性毋容置疑,基本的安全措施(用户标识、身份鉴别、访问控制等)对于严格的数据安全要求远远不够,必须使用一些更为精细的措施,如推理通道、隐私保护和数据加密等。数据库加密是当前比较安全有效的防护措施,密文存储数据,用户掌握密钥,即使数据丢失或者泄露也难以识别,提高了数据库安全性。密钥管理是密文数据库系统急需解决的问题,大致归纳为:如何产生和存储数据加密密钥,保证数据的机密性;数据密钥量较大的问题,需要实施高效的密钥管理方案;多级密钥之间的推导计算会面临效率和安全性等问题。围绕上述问题,本文研究了密文数据库在不同应用场景下的密钥管理方案,主要研究的工作如下:(1)云环境中常采用属性基加密机制进行一对多的数据共享,但是效率较低,更新加密密钥操作复杂。针对此问题,提出一种支持快速密钥更新的数据分享方案。利用混合加密分别处理数据和密钥。数据和密钥均以密文形式进行分发和存储,避免数据泄露。基于重加密机制的密钥更新方法,降低了用户和服务器的工作量,并提高系统安全性。方案基于双线性迪菲-赫尔曼假设(Decision bilinear Diffie-Hellman,DBDH),在标准模型下能够抵抗选择明文攻击。(2)针对密文数据库中密钥量大和安全需求高的问题,提出了一种基于角色访问控制和中国剩余定理的密钥管理方案。方案解决了大量数据项密钥带来的数据处理时间长、占用系统资源多等问题,提高了密文数据库中密钥管理的效率和安全性,实现了对资源的细粒度访问控制。本文还研究了基于椭圆曲线密码体制的等级访问控制密钥管理,方案中高级别用户利用关系参数和用户密钥可推导出低级别用户的密钥信息,然后利用密钥信息解密低级别用户的密文数据库。(3)针对外包数据库的数据机密性和完整性等安全问题,提出一种基于数据库加密和NTRU(Number theory research unit)签名技术的密钥管理方案。方案中数据密钥由数据表的属性参数产生,数据加密之后对其进行NTRU签名,然后将密文数据和签名结果存放到DAS(Database as a Service)中,数据密钥存放在本地安全数据库中,并有系统主密钥加密保护。使用硬件安全模块保存系统主密钥和签名验证密钥。在使用数据时,需要先验证签名结果,验证通过则说明数据是完整的,可以解密,否则无需解密数据。