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行业领域

电子信息技术,新一代信息技术产业,计算机及网络技术,互联网与云计算、大数据服务

需求背景

数据库在数据存储中扮演者非常重要的作用，安全性直接关系到用户信息是否泄露以及重要信息是否被篡改等问题。大规模的数据泄露和篡改可能对社会经济和公众造成巨大的损失，因此数据库的安全性问题需要引起高度关注。在此背景下，数据库水印技术发挥了一定的安全保障作用，但往往黑客们通过一些属性删除攻击，元组删除攻击，元组排序攻击等一些攻击手段导致水印无法被完整提取，传统的最低有效位（LSB）水印插入方法通常没有充分考虑水印的容量和数据的失真问题。这可能导致在用户使用数据库时获得的结果不如预期。因此，数据库安全性问题的解决需要更为创新的方法，以应对各种攻击和保证数据的完整性。在水印技术方面，需要进一步研究和发展更强大、更鲁棒的水印算法，以确保在面对各种威胁时数据的安全性和可靠性得到充分保障。

目前，传统数据库水印方法通常采用随机选择嵌入水印的位置，虽然这种方法操作简单，但它可能导致插入的水印造成原始属性值的失真，有时甚至超出了原本值的范围。相比之下，采用优化算法来找到最佳的水印嵌入位置，然后使用差分拓展的DEW（Differential Expansion Watermarking）方法来嵌入水印，能够保证数据失真最小化，并且在提取水印时能够恢复原始数据。与传统随机插入水印的方式相比，这种方法显著提高了嵌入水印后数据的可用性。

使用优化算法来检测最佳嵌入位置确实是这个问题的关键之一。其中，萤火虫优化算法是一个出色的选择。这种算法中将每个元组视为一个萤火虫，将水印容量和失真变成一个带权重的优化函数。目标是不断改进这个优化函数。在该算法中的优化函数被称为亮度，当亮度达到一定阈值时，将水印嵌入到当前亮度所对应的萤火虫中。然而，通常情况下，单一的优化函数容易陷入局部最优解，从而导致水印容量较低。为了克服这个问题，选择了结合模拟退火算法，该算法的一个有点是在一定条件下它会接受较差的解，并在这些差解的基础上继续迭代，这有助于避免陷入局部最优解的困境。因此，使用萤火虫和模拟退火的混合算法可以不断优化水印嵌入位置。这种组合算法提高了水印嵌入的效率和安全性。

需解决的主要技术难题

1.水印的稳定性和鲁棒性： 水印应该能够在数据操作（例如查询、更新、删除）后保持稳定，不易受到攻击或数据修改的影响。确保水印能够长期存在且保持有效。

2.性能影响：在数据库中嵌入水印可能会增加存储和处理的开销，对数据库性能产生一定影响。优化水印嵌入和提取的算法，以降低性能损耗是必要的。

3.水印的隐蔽性和不可察觉性：水印需要足够隐蔽，以防止被攻击者检测到并删除或篡改。同时，水印的存在不应该影响数据的正常使用。

4.抗攻击性：数据库水印需要能够抵抗各种攻击，如针对水印信息的刻意破坏、攻击者的隐蔽查询或修改尝试等。

期望实现的主要技术目标

在原有的数据中，通过一些算法在数据中嵌入水印，在必要时，可以通过这些水印进行溯源操作，保证数据不被非法传播，声明数据的版权。但是如何保证数据的失真和水印的鲁棒性成为了制约数据库水印建模的关键问题。采用混合优化算法的机制，将水印嵌入到数据中，实现数据保真和水印鲁棒性达到平衡。确保数据的机密性和隐私性不受损害。水印技术应能在数据被篡改或泄露时提供额外的保护，在数据传输后，通过DEW技术将数据逆向恢复成原始数据，实现嵌入的水印不影响数据的正常使用，尽可能减少对数据库性能的影响，避免对正常操作造成明显的延迟或资源消耗。

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