Giải Pháp Truy Vấn Trực Tiếp Trên Dữ Liệu Mã Hóa Để Nâng Cao Tính Bảo Mật Cơ Sở Dữ Liệu Trực Tuyến

Khám phá giải pháp truy vấn trực tiếp trên dữ liệu mã hóa, nâng cao tính bảo mật cho cơ sở dữ liệu trực tuyến hiệu quả và an toàn.

• Tác giả: ThS. Hoàng Ngọc Cảnh
• Trường học: Đại học Thương mại
• Đề tài: Giải Pháp Nâng Cao Tính Bảo Mật Cơ Sở Dữ Liệu Trực Tuyến Qua Truy Vấn Trực Tiếp Trên Dữ Liệu Mã Hóa
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
• 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.1.1. Giải pháp tìm kiếm trực tiếp trên dữ liệu mã hóa
• 1.1.2. Giải pháp tìm kiếm dựa trên chỉ mục mã hóa
• 1.1.3. Một số sản phẩm SE đã được xây dựng
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3. Nhận xét về tình hình nghiên cứu các giải pháp hỗ trợ truy vấn trên dữ liệu mã
• 1.4. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.5. Đối tượng nghiên cứu
• 1.6. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 1.8. Nội dung nghiên cứu
• 2. BÀI TOÁN BẢO MẬT CƠ SỞ DỮ LIỆU TRỰC TUYẾN
• 2.1. Yêu cầu đối với bài toán bảo mật Cơ sở dữ liệu
• 2.2. Hệ quản trị CSDL
• 2.3. Vấn đề an toàn CSDL
• 2.3.1. Một số biện pháp an toàn trong môi trường máy tính
• 2.3.2. Các biện pháp an toàn ngoài môi trường máy tính
• 2.4. Bảo mật CSDL bằng mật mã
• 2.4.1. Các phương pháp mã hóa tại mức ứng dụng và tại mức CSDL
• 2.4.2. Một số phương pháp bảo mật trên các hệ quản trị Cơ sở dữ liệu
• 2.4.2.1. Bảo mật trên hệ quản trị CSDL MS SQLSERVER
• 2.4.2.1.1. Phương pháp mã hóa mức ô
• 2.4.2.1.2. Phương pháp mã hóa TDE
• 2.4.2.1.3. Phương pháp luôn luôn mã hóa (Always Encrypted)
• 2.4.2.2. Bảo mật trên hệ quản trị CSDL Oracle
• 3. BẢO MẬT CƠ SỞ DỮ LIỆU DỰA TRÊN TRUY VẤN TRỰC TIẾP TRÊN DỮ LIỆU MÃ
• 3.1. Mô hình triển khai máy chủ Proxy
• 3.2. Các nguyên tắc thiết kế Framework cho máy chủ Proxy
• 3.2.1. Nguyên tắc thiết kế 1
• 3.2.1. Nguyên tắc thiết kế 2
• 3.2.3. Nguyên tắc thiết kế 3
• 3.2.4. Nguyên tắc thiết kế 4
• 3.3. Thực nghiệm và đánh giá
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Tài liệu tham khảo nước ngoài
• Tài liệu tham khảo trong nước

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Bảo Mật Cơ Sở Dữ Liệu Trực Tuyến Hiện Nay

Trong bối cảnh số hóa ngày càng sâu rộng, việc ứng dụng các hệ thống thông tin quản lý đã trở thành xu hướng tất yếu của các tổ chức và doanh nghiệp. Cơ sở dữ liệu (CSDL) đóng vai trò trung tâm, nơi lưu trữ, quản lý và phân phối thông tin cho mọi hoạt động. Hiện nay, có hai hình thức triển khai CSDL phổ biến: triển khai nội bộ và thuê ngoài từ các nhà cung cấp dịch vụ (DSP) như Amazon RDS, Microsoft SQL Azure. Việc thuê ngoài CSDL (ODBS) ngày càng được ưa chuộng nhờ khả năng tối ưu chi phí và nâng cao hiệu quả hoạt động. Tuy nhiên, điều này cũng đặt ra những thách thức lớn về bảo mật dữ liệu trực tuyến. Các tổ chức cần đảm bảo an toàn thông tin trước nguy cơ truy cập trái phép, đặc biệt khi dữ liệu được lưu trữ trên hạ tầng của bên thứ ba.

1.1. Các Hình Thức Triển Khai Cơ Sở Dữ Liệu Phổ Biến

Có hai hình thức triển khai CSDL chính: triển khai nội bộ (in-house) và triển khai trên nền tảng thuê ngoài (ODBS). Triển khai nội bộ đòi hỏi doanh nghiệp đầu tư vào hệ thống máy chủ, phần mềm và nhân lực vận hành. Trong khi đó, ODBS cho phép doanh nghiệp thuê hạ tầng từ các nhà cung cấp dịch vụ, giúp giảm chi phí đầu tư ban đầu và quản lý. Tuy nhiên, ODBS cũng mang lại rủi ro về an toàn dữ liệu do dữ liệu được lưu trữ trên hệ thống của bên thứ ba.

1.2. Rủi Ro Bảo Mật Khi Triển Khai Cơ Sở Dữ Liệu Thuê Ngoài

Khi triển khai CSDL thuê ngoài, các tổ chức phải đối mặt với nhiều rủi ro bảo mật. Nhà cung cấp dịch vụ (DSP) có thể truy cập vào máy chủ và hệ quản trị CSDL thông qua quyền quản trị cao nhất. Điều này làm tăng nguy cơ truy cập trái phép và rò rỉ dữ liệu. Do đó, việc đảm bảo an toàn dữ liệu và ngăn chặn truy cập bất hợp pháp trở nên vô cùng quan trọng. Các tổ chức cần có chính sách bảo vệ dữ liệu nghiêm ngặt và biện pháp che giấu nội dung dữ liệu trong tất cả các khâu.

II. Thách Thức Bảo Mật CSDL Trực Tuyến Mã Hóa Dữ Liệu

Để giải quyết bài toán bảo mật CSDL trực tuyến, một trong những giải pháp hiệu quả là mã hóa dữ liệu. Tuy nhiên, việc mã hóa dữ liệu truyền thống có thể gây ra nhiều khó khăn khi áp dụng vào CSDL thuê ngoài (ODBS). Dữ liệu sau khi mã hóa sẽ không còn giữ được các tính chất ban đầu như thứ tự, so sánh, tính toán. Điều này làm cho việc thực thi truy vấn trên dữ liệu mã trở thành một thách thức lớn. Do đó, cần có các mô hình và lược đồ hỗ trợ tìm kiếm/truy vấn trên dữ liệu mã (Searchable Encryption - SE) để đảm bảo vừa bảo mật dữ liệu, vừa duy trì khả năng truy vấn hiệu quả.

2.1. Hạn Chế Của Mã Hóa Dữ Liệu Truyền Thống

Các giải pháp mã hóa dữ liệu truyền thống như mã hóa toàn bộ bảng (TDE) hoặc mã hóa ở mức ứng dụng có thể không phù hợp với môi trường CSDL thuê ngoài. Nhà cung cấp dịch vụ có thể truy cập vào khóa mã hóa, làm mất đi tính bảo mật. Hơn nữa, việc giải mã toàn bộ dữ liệu để thực hiện truy vấn sẽ gây tốn kém về hiệu năng và tài nguyên. Cần có các phương pháp mã hóa cho phép truy vấn trực tiếp trên dữ liệu đã mã hóa.

2.2. Yêu Cầu Đối Với Giải Pháp Truy Vấn Trên Dữ Liệu Mã Hóa

Các giải pháp truy vấn trực tiếp trên dữ liệu mã hóa (Searchable Encryption - SE) cần đáp ứng nhiều yêu cầu khắt khe. Phải có một khu vực an toàn để quản lý khóa và thực hiện các thao tác mã/giải mã. Dữ liệu nhạy cảm phải được mã hóa bằng các thuật toán an toàn, đồng thời hỗ trợ tìm kiếm trên các bản mã này. Câu truy vấn phải được biến đổi về dạng mã trước khi gửi lên DSP. Dữ liệu trả về sau truy vấn cũng phải ở dạng mã hóa để ngăn chặn DSP suy luận thông tin.

III. Giải Pháp Truy Vấn Trực Tiếp Trên Dữ Liệu Mã Hóa SE

Các mô hình và lược đồ hỗ trợ tìm kiếm/truy vấn trên dữ liệu mã (Searchable Encryption - SE) được quan tâm nghiên cứu và cải tiến liên tục. Mục tiêu là thỏa mãn các yêu cầu về mức độ bảo mật, hiệu năng, đa dạng biểu thức truy vấn và khả năng triển khai. Một mô hình phổ biến là sử dụng máy chủ Proxy, đóng vai trò trung gian giữa người dùng và CSDL thuê ngoài. Proxy sẽ thực hiện các thao tác mã hóa, biến đổi truy vấn và giải mã kết quả, đảm bảo an toàn dữ liệu trong suốt quá trình truy vấn.

3.1. Mô Hình Máy Chủ Proxy Trong Truy Vấn Dữ Liệu Mã Hóa

Mô hình máy chủ Proxy là một giải pháp hiệu quả để bảo mật truy vấn trên dữ liệu mã hóa. Máy chủ Proxy đóng vai trò trung gian giữa người dùng và CSDL thuê ngoài. Nó thực hiện các thao tác mã hóa dữ liệu trước khi lưu trữ, biến đổi câu truy vấn thành dạng mã hóa trước khi gửi đến CSDL, và giải mã kết quả trả về trước khi chuyển cho người dùng. Điều này đảm bảo rằng nhà cung cấp dịch vụ không thể truy cập vào dữ liệu rõ hoặc nội dung truy vấn.

3.2. Các Yêu Cầu Quan Trọng Của Mô Hình Searchable Encryption SE

Để đảm bảo hiệu quả, mô hình SE cần đáp ứng các yêu cầu quan trọng. Cần có một khu vực độc lập và tin cậy để quản lý khóa và thực hiện các thao tác mã/giải mã. Dữ liệu nhạy cảm phải được mã hóa bằng các thuật toán an toàn, hỗ trợ tìm kiếm trên các bản mã. Câu truy vấn phải được biến đổi hoàn toàn về dạng mã, chống lại các tấn công suy diễn từ DSP. Dữ liệu trả về phải ở dạng mã hóa, đảm bảo tính bảo mật cao nhất.

IV. Tình Hình Nghiên Cứu Về Truy Vấn Trên Dữ Liệu Mã Hóa SE

Tìm kiếm trên dữ liệu mã (Searchable Encryption - SE) đã thu hút sự quan tâm lớn của các nhà nghiên cứu trên thế giới. Có hai nhóm giải pháp chính: giải pháp tìm kiếm trực tiếp trên dữ liệu mã hóa và giải pháp tìm kiếm dựa trên chỉ mục mã hóa. Các giải pháp tìm kiếm trực tiếp tập trung vào việc phát triển các thuật toán mã hóa mới cho phép truy vấn trực tiếp trên dữ liệu mã. Trong khi đó, các giải pháp dựa trên chỉ mục mã hóa tạo ra các chỉ mục đặc biệt để hỗ trợ tìm kiếm mà không cần giải mã dữ liệu.

4.1. Giải Pháp Tìm Kiếm Trực Tiếp Trên Dữ Liệu Mã Hóa

Các giải pháp này tập trung vào việc nghiên cứu các thuật toán mã hóa mới, cho phép người dùng truy vấn trực tiếp trên dữ liệu đã mã hóa. Một số kỹ thuật phổ biến bao gồm Searchable Symmetric Encryption (SSE), Public Key with Keyword Search (PEKS) và Fully Homomorphic Encryption (FHE). Tuy nhiên, các giải pháp này thường gặp phải các vấn đề về hiệu năng và khả năng hỗ trợ đa dạng các truy vấn.

4.2. Giải Pháp Tìm Kiếm Dựa Trên Chỉ Mục Mã Hóa

Giải pháp này tạo ra các "chỉ mục mã hóa" từ dữ liệu rõ, sao cho các chỉ mục này hỗ trợ tìm kiếm mà không cần giải mã dữ liệu. Việc tìm kiếm hoàn toàn diễn ra trên chỉ mục, và kết quả trả về là tập dữ liệu mã tương ứng. Phương pháp này giúp cải thiện tốc độ và độ chính xác của truy vấn, nhưng cũng làm tăng không gian lưu trữ.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn và Triển Vọng của Giải Pháp SE

Các giải pháp truy vấn trực tiếp trên dữ liệu mã hóa (SE) có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong môi trường CSDL thuê ngoài. Chúng giúp các tổ chức bảo vệ dữ liệu nhạy cảm của mình, đồng thời vẫn duy trì khả năng truy vấn và khai thác thông tin hiệu quả. Trong tương lai, các nghiên cứu về SE sẽ tiếp tục tập trung vào việc cải thiện hiệu năng, tăng cường tính bảo mật và mở rộng khả năng hỗ trợ các loại truy vấn phức tạp.

5.1. Ứng Dụng Trong Các Ngành Công Nghiệp

Các giải pháp SE có thể được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như tài chính, y tế, và chính phủ. Trong ngành tài chính, SE có thể bảo vệ thông tin tài khoản và giao dịch của khách hàng. Trong ngành y tế, nó có thể bảo vệ hồ sơ bệnh án và thông tin cá nhân của bệnh nhân. Trong chính phủ, SE có thể bảo vệ thông tin mật và dữ liệu quốc gia.

5.2. Hướng Phát Triển Trong Tương Lai

Trong tương lai, các nghiên cứu về SE sẽ tập trung vào việc cải thiện hiệu năng, tăng cường tính bảo mật và mở rộng khả năng hỗ trợ các loại truy vấn phức tạp. Các nhà nghiên cứu cũng sẽ tìm cách tích hợp SE với các công nghệ mới như điện toán đám mây và trí tuệ nhân tạo. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra các giải pháp SE mạnh mẽ, dễ sử dụng và có thể triển khai rộng rãi trong thực tế.

VI. Kết Luận Tầm Quan Trọng Của Bảo Mật Dữ Liệu Mã Hóa

Trong kỷ nguyên số, bảo mật dữ liệu là một vấn đề sống còn đối với mọi tổ chức. Các giải pháp truy vấn trực tiếp trên dữ liệu mã hóa (SE) đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thông tin nhạy cảm, đặc biệt là trong môi trường CSDL thuê ngoài. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp SE hiệu quả sẽ góp phần xây dựng một không gian mạng an toàn và tin cậy hơn.

6.1. Tổng Kết Các Giải Pháp Bảo Mật Dữ Liệu

Bài viết đã trình bày tổng quan về các giải pháp bảo mật dữ liệu trong môi trường CSDL trực tuyến, tập trung vào các phương pháp truy vấn trực tiếp trên dữ liệu mã hóa. Các giải pháp này giúp bảo vệ dữ liệu khỏi các nguy cơ truy cập trái phép, đồng thời vẫn duy trì khả năng truy vấn và khai thác thông tin hiệu quả.

6.2. Lời Khuyên Cho Các Tổ Chức

Các tổ chức nên xem xét việc triển khai các giải pháp truy vấn trực tiếp trên dữ liệu mã hóa (SE) để bảo vệ dữ liệu nhạy cảm của mình. Cần lựa chọn các giải pháp phù hợp với nhu cầu và điều kiện cụ thể của tổ chức, đồng thời tuân thủ các quy định và tiêu chuẩn về bảo mật dữ liệu.

Nội dung chính

Báo Cáo Khoa Học: Giải Pháp Truy Vấn Trực Tiếp Trên Dữ Liệu Mã Hóa Nhằm Nâng Cao Tính Bảo Mật Cơ Sở Dữ Liệu Trực Tuyến

---

Tóm tắt nghiên cứu (Research Summary)

• Câu hỏi nghiên cứu chính (Main Research Question): Làm thế nào để thực thi các câu lệnh truy vấn phức tạp (tìm kiếm văn bản, so sánh số học, lọc khoảng giá trị và thời gian) trực tiếp trên cơ sở dữ liệu quan hệ (RDBMS) thuê ngoài đã được mã hóa mà không làm suy giảm tính bí mật của dữ liệu hoặc gây tắc nghẽn hiệu năng xử lý của hệ thống?
• Phương pháp luận tóm tắt (Methodology Snapshot): Đề tài thiết kế kiến trúc bảo mật ba lớp dựa trên mô hình Database-as-a-Service (DAS) có tích hợp máy chủ trung gian (Proxy Framework). Hệ thống kết hợp giải thuật mã hóa tựa AES chế độ OFB với vector khởi tạo ngẫu nhiên để bảo vệ dữ liệu tĩnh, đồng thời phát triển cơ chế lập chỉ mục mù (Blind Indexing) thông qua hàm băm có khóa HMAC-SHA256 và kỹ thuật phân khoảng thích ứng (Adaptive Interval Partitioning) cho dữ liệu số và văn bản. Mọi câu truy vấn T-SQL/PL-SQL từ phía người dùng được máy chủ Proxy tự động phân tích cú pháp và viết lại thành câu truy vấn trên chỉ mục mã hóa.
• Phát hiện chính (Key Findings): Giải pháp hỗ trợ trọn vẹn các biểu thức truy vấn phổ biến (=, >, <, >=, <=, LIKE, IN, NOT IN, WILDCARD) với độ chính xác tuyệt đối thông qua cơ chế lọc kép. Cơ chế phân khoảng thích ứng đã triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ tấn công suy diễn dựa trên phân bố tần suất từ khóa trên các trường văn bản tiếng Việt. Thử nghiệm thực tế trên cơ sở dữ liệu quy mô hơn 20 triệu bản ghi cho thấy thời gian phản hồi truy vấn đạt mức tối ưu, giảm thiểu tối đa lượng dữ liệu dư thừa tải về máy chủ Proxy.
• Hàm ý thực tiễn (Implications): Nghiên cứu mở ra khả năng triển khai thực tế các dịch vụ CSDL thuê ngoài (ODBS) an toàn tuyệt đối cho các cơ quan chính phủ và doanh nghiệp mà không phụ thuộc vào độ tin cậy của nhà cung cấp hạ tầng điện toán đám mây (Cloud Service Provider).

---

Bối cảnh và tầm quan trọng (Context & Significance)

Hiện trạng tri thức và bối cảnh chuyển dịch số

Trong kỷ nguyên số hóa, cơ sở dữ liệu (CSDL) được ví như trái tim của mọi hệ thống thông tin quản lý. Trước áp lực tối ưu hóa chi phí đầu tư phần cứng, bản quyền phần mềm và nhân sự vận hành, xu hướng chuyển dịch từ CSDL nội bộ (In-house Database) sang mô hình CSDL thuê ngoài (Outsourced Database Services - ODBS / Database-as-a-Service - DAS) trên nền tảng điện toán đám mây (Amazon RDS, Microsoft Azure SQL, Google Cloud SQL, v.v.) đang trở thành lựa chọn tất yếu của các tổ chức và doanh nghiệp.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                           MÔ HÌNH BẢO MẬT DAS                           |
|                                                                         |
|  [ Người dùng cuối ] <---> [ Máy chủ Proxy ] <---> [ CSDL Thuê Ngoài ]   |
|   (Truy vấn bản rõ)        (Khu vực tin cậy:       (Khu vực không       |
|                             - Quản lý khóa          tin cậy: Dữ liệu    |
|                             - Viết lại câu lệnh     mã hóa & Chỉ mục    |
|                             - Giải mã & Lọc kép)    bảo mật)            |
+-------------------------------------------------------------------------+

Khoảng trống nghiên cứu (Research Gap)

Mặc dù mang lại hiệu quả kinh tế vượt trội, môi trường lưu trữ thuê ngoài về bản chất là một mô hình không tin cậy (Untrusted Model). Nhà cung cấp dịch vụ CSDL (DSP) hoàn toàn có khả năng lạm dụng đặc quyền quản trị cao nhất để tiếp cận, khai thác trái phép dữ liệu nhạy cảm của khách hàng. Các giải pháp an ninh truyền thống bộc lộ những hạn chế cố hữu:

• Mã hóa dữ liệu trong suốt (TDE): Chỉ bảo vệ dữ liệu ở trạng thái nghỉ (Data-at-Rest). Khi CSDL nạp lên bộ nhớ RAM hoặc thực thi xử lý, dữ liệu vẫn tồn tại ở dạng rõ và bị kiểm soát bởi quản trị viên máy chủ.
• Mã hóa mức ứng dụng cổ điển: Biến toàn bộ dữ liệu thành chuỗi byte ngẫu nhiên, làm mất hoàn toàn cấu trúc, thứ tự và tính chất toán học của dữ liệu, khiến máy chủ CSDL không thể thực hiện các thao tác tìm kiếm, lọc hay sắp xếp.
• Mã hóa đồng cấu toàn phần (Fully Homomorphic Encryption - FHE): Dù cho phép tính toán trực tiếp trên bản mã nhưng độ phức tạp tính toán quá cao, tiêu tốn tài nguyên khổng lồ và không thể áp dụng cho các hệ thống giao dịch trực tuyến (OLTP) quy mô lớn.
• Các sản phẩm hiện hành: CryptDB có kiến trúc nhiều lớp phức tạp (Onion Encryption) làm giảm đáng kể hiệu năng và dễ bị hạ cấp độ bảo mật; Microsoft Always Encrypted chỉ hỗ trợ hạn chế phép so sánh bằng (=) và phụ thuộc hoàn toàn vào hệ sinh thái MS SQL Server; CipherSweet hay Acra chủ yếu hướng đến ngôn ngữ PHP và điều kiện tìm kiếm đơn giản.

Tính cấp thiết và tác động tiềm năng

Nghiên cứu này giải quyết bài toán cốt lõi: Làm thế nào để đạt được sự cân bằng hài hòa giữa bốn tiêu chí xung đột: "Mức độ bảo mật cao – Hiệu năng tối ưu – Biểu thức truy vấn đa dạng – Khả năng ứng dụng thực tiễn". Đề tài mang ý nghĩa chiến lược trong việc bảo vệ dữ liệu nhạy cảm cho các cơ quan Đảng, Nhà nước và khối doanh nghiệp khi ứng dụng chính phủ điện tử và kinh tế số.

---

Phương pháp nghiên cứu và tiếp cận (Methodology & Approach)

Thiết kế nghiên cứu và Kiến trúc hệ thống

Đề tài xây dựng một khung kiến trúc bảo mật ba lớp (Three-tier Security Architecture) phân định rõ ràng giữa ranh giới tin cậy và không tin cậy:

+--------------------------------------------------------------------------+
| 1. LỚP TRÌNH DIỄN (Presentation Layer):                                  |
|    - Ứng dụng Web / Ứng dụng Desktop tương tác với người dùng.           |
|    - Gửi nhận câu lệnh SQL nguyên bản và nhận dữ liệu bản rõ hoàn chỉnh. |
+--------------------------------------------------------------------------+
                                    |
                                    v (Kênh bảo mật)
+--------------------------------------------------------------------------+
| 2. LỚP TRUNG GIAN (Proxy Layer - Khu vực Tin cậy của Chủ sở hữu):        |
|    - Quản lý khóa mật mã an toàn (AES Key, HMAC Key, Salt).              |
|    - Bộ phân tích cú pháp và chuyển đổi câu lệnh (SQL Query Rewriter).    |
|    - Module lập chỉ mục mù (Blind Index Generator) theo phân bố dữ liệu. |
|    - Module giải mã và lọc tinh kết quả (Two-stage Decryption & Filter). |
+--------------------------------------------------------------------------+
                                    |
                                    v (Câu truy vấn đã biến đổi)
+--------------------------------------------------------------------------+
| 3. LỚP CƠ SỞ DỮ LIỆU (Database Layer - Đám mây / DSP Không Tin cậy):     |
|    - Lưu trữ Bảng dữ liệu mã hóa (Encrypted Data) bằng AES-OFB.          |
|    - Lưu trữ Bảng chỉ mục bảo mật (Searchable Index) bằng HMAC-SHA256.   |
|    - Thực thi các thủ tục tìm kiếm, khớp nối trực tiếp trên chỉ mục.     |
+--------------------------------------------------------------------------+

Kỹ thuật lập chỉ mục mù và Cơ chế mã hóa

Nhóm nghiên cứu thiết kế nguyên tắc sinh chỉ mục chuyên biệt hóa cho từng loại dữ liệu nhằm đảm bảo tính bảo mật và khả năng tìm kiếm:

1. Xử lý dữ liệu dạng ký tự (Text/String Data):

• Nguyên tắc 1 (Áp dụng cho trường có phân bố tần suất từ khóa lệch - ví dụ: Họ tên tiếng Việt):
  • Phân tích thống kê tần suất từ khóa trong tập dữ liệu.
  • Sử dụng HMAC-SHA256 băm từng từ khóa và sắp xếp theo thứ tự không gian.
  • Chia không gian băm thành các khoảng dữ liệu (Buckets/Intervals) và gán nhãn ngẫu nhiên một giá trị đại diện cho mỗi khoảng.
  • Cột chỉ mục trên CSDL chỉ lưu giá trị định danh khoảng đại diện. Điều này giúp triệt tiêu hoàn toàn khả năng kẻ tấn công suy đoán bản rõ thông qua thống kê tần suất xuất hiện của mã băm.
• Nguyên tắc 2 (Áp dụng cho trường có tính ngẫu nhiên, phân bố đều):
  • Tách chuỗi thành các từ tố (Tokens) và băm trực tiếp bằng HMAC-SHA256 có độ dài cắt tỉa phù hợp để tạo chỉ mục ánh xạ 1-1 với dữ liệu mã hóa.

2. Xử lý dữ liệu dạng số và Thời gian (Numeric & DateTime Data):

• Chuyển đổi dữ liệu ngày tháng về định dạng số học.
• Xác định miền giá trị $[Min, Max]$, thiết lập các khoảng lượng tử hóa cố định.
• Dữ liệu trong cột chỉ mục lưu trữ giá trị băm của khoảng tương ứng.
• Kỹ thuật biến đổi toán tử quan hệ: Biến đổi các phép so sánh toán học (>, <, >=, <=) thành phép tìm kiếm tập hợp (IN hoặc NOT IN) trên danh sách các định danh khoảng đã được tính toán trước tại Proxy.

Cơ chế thực thi truy vấn lọc kép (Two-Stage Query Processing)

Quá trình xử lý truy vấn diễn ra qua ba bước khép kín:

1. Bước 1 (Tại Proxy): Tiếp nhận câu truy vấn SQL gốc từ người dùng, bóc tách các toán hạng trong mệnh đề WHERE, thực hiện băm/ánh xạ khoảng và viết lại câu lệnh SQL thành câu truy vấn trên các cột chỉ mục mã hóa.
2. Bước 2 (Tại Cloud Server): Hệ quản trị CSDL thực thi câu lệnh đã viết lại trên các cột chỉ mục và trả về tập bản ghi mã hóa tiềm năng (chấp nhận một tỷ lệ dư thừa có kiểm soát).
3. Bước 3 (Tại Proxy): Nhận tập dữ liệu mã hóa trả về, sử dụng khóa giải mã AES để lấy bản rõ, sau đó áp dụng lại bộ lọc của câu truy vấn gốc trong bộ nhớ RAM của Proxy để loại bỏ toàn bộ dữ liệu dư thừa trước khi trả về kết quả chuẩn xác duy nhất cho ứng dụng.

---

Phát hiện chính và Kết quả thực nghiệm (Major Findings)

Nghiên cứu đã tiến hành kiểm thử toàn diện trên bộ dữ liệu chuẩn TPC-H với quy mô mở rộng lên tới hơn 20 triệu bản ghi, được triển khai thử nghiệm trên cả hai hệ quản trị CSDL thương mại lớn nhất hiện nay là Microsoft SQL Server và Oracle Database.

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                      BẢNG SO SÁNH CÁC GIẢI PHÁP SE VÀ ĐỀ TÀI                  |
+----------------------+--------------------+--------------------+--------------+
| Tiêu chí             | MS Always Encrypted| MIT CryptDB        | Đề tài CS20-41|
+----------------------+--------------------+--------------------+--------------+
| Phép so sánh bằng (=)| Có hỗ trợ          | Có hỗ trợ          | Có hỗ trợ    |
| Truy vấn LIKE / Khóa | Không hỗ trợ       | Hạn chế            | Toàn diện    |
| So sánh số học/Khoảng| Không hỗ trợ       | Có (OPE yếu)       | Có (Bảo mật) |
| Chống phân tích TS   | Không              | Không              | Có (Chia băm)|
| Tính độc lập RDBMS   | Không (Chỉ MS SQL) | Hạn chế (MySQL)    | Rất cao      |
| Độ phức tạp cấu hình | Thấp               | Rất phức tạp       | Tối ưu       |
+----------------------+--------------------+--------------------+--------------+

Các kết quả nổi bật:

1. Khả năng biểu đạt câu lệnh truy vấn vượt trội: Framework hỗ trợ trọn vẹn các phép toán tìm kiếm chuỗi con có độ dài bất kỳ (LIKE '%chuỗi%'), tìm kiếm đa từ khóa, tìm kiếm phạm vi số học (BETWEEN, >, <, >=) mà các giải pháp thương mại như SQL Server Always Encrypted hoàn toàn bất lực.
2. Kháng triệt để tấn công phân tích tần suất (Frequency Analysis Attacks): Bằng việc gom nhóm các giá trị băm vào các khoảng đại diện ngẫu nhiên (Nguyên tắc 1), kẻ tấn công chiếm quyền kiểm soát máy chủ CSDL không thể phân biệt được các từ khóa phổ biến (như các họ phổ biến chiếm tới 39% dân số như họ "Nguyễn") với các từ khóa hiếm gặp, bảo vệ toàn vẹn tính riêng tư của dữ liệu danh tính.
3. Kiểm soát độ dư thừa dữ liệu và tối ưu hóa băng thông: Việc thiết kế kích thước bước nhảy khoảng thích ứng giúp tỷ lệ bản ghi dư thừa trả về Proxy luôn duy trì ở mức dưới $5%$, giúp giảm tải lưu lượng đường truyền mạng và giải phóng năng lực xử lý giải mã tại tầng trung gian.
4. Hiệu năng thực thi cao và độ trễ thấp: Thử nghiệm với các câu truy vấn phức tạp kết hợp nhiều điều kiện (AND, OR, JOIN) trên bảng dữ liệu 20 triệu dòng cho thấy độ trễ bổ sung do tầng Proxy xử lý chỉ dao động từ vài mili-giây đến vài chục mili-giây, hoàn toàn đáp ứng tốt các yêu cầu khắt khe của hệ thống xử lý giao dịch trực tuyến (OLTP).

---

Đóng góp khoa học và Ý nghĩa thực tiễn (Contributions & Implications)

+-------------------------------------------------------------------------+
|                        CÁC ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI                          |
|                                                                         |
|  [ Lý thuyết ]      Mô hình hóa toán học cho không gian chỉ mục bảo mật  |
|  [ Phương pháp ]    Kỹ thuật biến đổi truy vấn T-SQL & chia khoảng tối ưu|
|  [ Ứng dụng ]       Bộ công cụ SQL_Proxy_Framework hoàn chỉnh            |
|  [ Thực tiễn ]      Ứng dụng thành công vào Quản lý CSDL Đảng viên       |
+-------------------------------------------------------------------------+

1. Đóng góp về mặt lý thuyết và học thuật

• Hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về các lược đồ mã hóa có thể tìm kiếm (Searchable Encryption - SE), phân tích chi tiết ưu nhược điểm của các nhánh công nghệ từ SSE, PEKS đến FHE.
• Đề xuất mô hình toán học giải quyết bài toán xung đột giữa việc bảo toàn tính bảo mật trước các kỹ thuật tấn công suy diễn và khả năng hỗ trợ toán tử quan hệ trên dữ liệu mã hóa.

2. Cải tiến về mặt phương pháp luận

• Đột phá trong kỹ thuật lập chỉ mục mù kết hợp chia khoảng động (Dynamic Quantization Blind Indexing), cho phép xử lý đồng thời cả dữ liệu phi cấu trúc (văn bản) và dữ liệu có cấu trúc (số, ngày tháng).
• Phát triển thuật toán chuyển đổi câu lệnh truy vấn bất đối xứng (Asymmetric Query Rewriting), cho phép biên dịch các cấu trúc lệnh T-SQL/PL-SQL phức tạp sang cấu trúc tìm kiếm chỉ mục tương đương mà không làm rò rỉ ngữ nghĩa điều kiện lọc.

3. Đóng góp về mặt ứng dụng thực tiễn

• Phát triển thành công bộ phần mềm hoàn chỉnh mang tên SQL_Proxy_Framework độc lập, sẵn sàng tích hợp dạng module trung gian (Middleware) vào bất kỳ hệ thống phần mềm sẵn có nào mà không yêu cầu viết lại toàn bộ mã nguồn ứng dụng.
• Đã ứng dụng và kiểm chứng thực tế thành công trong hệ thống phần mềm nghiệp vụ "Quản lý CSDL Đảng viên", chứng minh tính khả thi, độ tin cậy và sự ổn định của giải pháp trong môi trường triển khai thực tế.

---

Đối tượng hưởng lợi và Giá trị ứng dụng (Target Audience & Benefits)

• Các nhà nghiên cứu và Giảng viên chuyên ngành An toàn thông tin / Khoa học máy tính: Tài liệu cung cấp bức tranh toàn cảnh, phương pháp luận nghiên cứu thực nghiệm chuẩn mực và các thuật toán chi tiết làm cơ sở phát triển các công trình chuyên sâu về mật mã ứng dụng.
• Kỹ sư phần mềm và Kiến trúc sư hệ thống (Software / Solutions Architects): Nhận được bộ nguyên tắc thiết kế thực tế để xây dựng các giải pháp phần mềm dạng dịch vụ (SaaS) tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn an ninh quốc tế (ISO 27001, GDPR, HIPAA) trên nền tảng đám mây công cộng.
• Giám đốc an ninh thông tin (CISO) và Chuyên gia bảo mật: Cung cấp phương án kỹ thuật khả thi để hóa giải triệt để rủi ro từ các mối đe dọa nội bộ (Insider Threats) xuất phát từ chính các nhà cung cấp dịch vụ lưu trữ hoặc quản trị viên hạ tầng.
• Cơ quan quản lý nhà nước và Doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMEs): Giúp tự tin chuyển dịch dữ liệu lên hạ tầng Cloud để tiết kiệm hàng tỷ đồng chi phí đầu tư trung tâm dữ liệu cục bộ mà vẫn bảo đảm tuyệt đối bí mật thông tin quốc gia và bí mật kinh doanh.

---

Câu hỏi thường gặp (Frequently Asked Questions - FAQ)

1. Phát hiện quan trọng nhất của đề tài này là gì?

Trả lời: Đề tài đã giải quyết thành công bài toán tìm kiếm văn bản theo mẫu (LIKE '%...%') và truy vấn khoảng số học trên dữ liệu mã hóa mà vẫn ngăn chặn được hoàn toàn kỹ thuật tấn công suy diễn tần suất, đồng thời duy trì hiệu năng cao trên cơ sở dữ liệu lớn (>20 triệu bản ghi).

2. Giải pháp của đề tài khác gì so với công nghệ Microsoft Always Encrypted?

Trả lời: Always Encrypted của Microsoft chỉ hỗ trợ phép so sánh bằng (=) trong chế độ mã hóa tất định và phụ thuộc chặt chẽ vào hệ sinh thái SQL Server. Giải pháp của đề tài thông qua máy chủ Proxy hỗ trợ đa dạng mọi toán tử so sánh, tìm kiếm chuỗi con và có thể áp dụng linh hoạt cho nhiều hệ quản trị CSDL khác nhau như Oracle, MySQL hay PostgreSQL.

3. Kỹ thuật chia khoảng (Interval Partitioning) có làm sai lệch kết quả truy vấn không?

Trả lời: Hoàn toàn không. Nhờ cơ chế lọc kép hai giai đoạn (Two-stage Filtering), CSDL đám mây chỉ làm nhiệm vụ lọc sơ bộ tập ứng viên. Toàn bộ tập dữ liệu này sẽ được máy chủ Proxy giải mã an toàn trong bộ nhớ nội bộ và lọc lại chính xác theo điều kiện gốc trước khi trả về cho người dùng.

4. Giải pháp có đòi hỏi phải thay đổi cấu trúc mã nguồn ứng dụng hiện có không?

Trả lời: Mức độ can thiệp là tối thiểu. Nhờ kiến trúc Proxy trung gian, ứng dụng ở lớp người dùng vẫn gửi nhận câu lệnh SQL và dữ liệu bản rõ như bình thường. Toàn bộ quá trình mã hóa, sinh chỉ mục, biến đổi câu lệnh và giải mã được thực thi hoàn toàn trong suốt tại lớp Proxy.

5. Hướng phát triển tiếp theo của nghiên cứu là gì?

Trả lời: Nhóm nghiên cứu định hướng tích hợp các giải thuật Học máy (Machine Learning) để tự động hóa hoàn toàn việc phân tích và tối ưu hóa kích thước các khoảng chia dữ liệu, đồng thời mở rộng mô hình sang các hệ quản trị CSDL phi quan hệ (NoSQL/NewSQL) và hệ thống xử lý dữ liệu lớn (Big Data).

---

Kết luận (Conclusion)

Đề tài nghiên cứu khoa học "Giải pháp truy vấn trực tiếp trên dữ liệu mã hóa nhằm nâng cao tính bảo mật cơ sở dữ liệu trực tuyến" (Mã số: CS20-41) do ThS. Hoàng Ngọc Cảnh chủ nhiệm đã giải quyết thành công một trong những thách thức kỹ thuật lớn nhất của kỷ nguyên điện toán đám mây: Bảo mật dữ liệu tuyệt đối nhưng vẫn duy trì năng lực khai thác, xử lý linh hoạt.

Bằng việc kết hợp sáng tạo giữa mô hình kiến trúc Proxy trung gian, thuật toán mã hóa khối chuẩn mực và kỹ thuật lập chỉ mục mù phân khoảng thích ứng, công trình không chỉ mang lại giá trị học thuật xuất sắc mà còn mở ra hướng ứng dụng thực tiễn to lớn cho công cuộc bảo vệ dữ liệu trong chính phủ điện tử và chuyển đổi số doanh nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ngày nay, việc ứng dụng các hệ thống thông tin quản lý tại các tổ chức, doanh nghiệp đã trở thành xu hướng tất yếu và ngày càng phổ biến. Trái tim của các hệ thống này chính là cơ sở dữ liệu (CSDL), nơi mà người chủ sở hữu dữ liệu (Data Owner - DO) có thể dễ dàng lưu trữ, quản lý và phân phối thông cho các hoạt động của tổ chức, doanh nghiệp. Có hai hình thức triển khai CSDL: là triển khai trong hạ tầng của nội bộ tổ chức (in house database) và triển khai trên nền tảng hạ tầng thuê ngoài của các nhà cung cấp dịch vụ (Database Service Provider – DSP) như Amazon RDS, Microsoft SQL Azure, Heroku PostegreSQL, VNPT, Mắt bão, … Với hình thức triển khai nội bộ, DO phải đầu tư hệ thống máy chủ gồm: máy tính, hệ điều hành, hệ quản trị CSDL và nhân viên vận hành hệ thống. Khi nhu cầu lưu trữ và xử lý dữ liệu tăng đòi hỏi DO phải tốn chi phí cho nâng cấp phần cứng, cập nhập bản quyền phần mềm, phát triển đội ngũ nhân viên.

Vì vậy hình thức triển khai CSDL trên hạ tầng thuê ngoài từ các nhà cung cấp dịch vụ (DSP) hay còn gọi là CSDL thuê ngoài (Outsourced Database Service – ODBS) ngày càng được các tổ chức, doanh nghiệp quan tâm lựa chọn [1] (Hình 1 mô tả xu hướng sử dụng điện toán đám mây trong đó bao gồm cả ODBS) nhằm tối ưu chi phí và nâng cao hiệu quả hoạt động. Trong trường hợp này, chủ sở hữu dữ liệu không phải quan tâm tới vấn đề quản trị và đầu tư phần cứng, phần mềm, đường mạng, đội ngũ nhân viên…, tất cả đều được đảm bảo tốt bởi DSP. Nhu cầu sử dụng điện toán đám mây tại các tổ chức – doanh nghiệp (Nguồn: https://www.com/whitepaper/2017-spotlight-report-cloud- security8123195/) Theo nghiên cứu trong tài liệu [2], các đối tượng tham gia mô hình quản lý CSDL thuê ngoài cũng như CSDL nội bộ đều bao gồm: - Server/CloudServer: lưu trữ dữ liệu, cũng là nơi cài đặt hệ quản trị cơ sở dữ liệu và các dịch vụ hỗ trợ quản lý dữ liệu. - Người sở hữu dữ liệu (Data Owner – DO): là người có quyền kiểm soát, quản lý dữ liệu, cấp và phân quyền truy cập dữ liệu tới người dùng.

- Người khai thác dữ liệu/ Người dùng cuối (Data User -DU): là đối tượng được 4 DO cấp quyền truy vấn hoặc cập nhật CSDL thuê ngoài nằm trên DSP thông qua các hệ thống phần mềm quản lý. Để đảm bảo an toàn thông tin tin cho cơ sở dữ liệu, DO thường sử dụng các phương pháp- kỹ thuật – chức năng bảo mật được cung cấp sẵn trên các Hệ quản trị CSDL quan hệ phổ biến như Oracle, SQL Server, My SQL,. Cụ thể, sử dụng khả năng kiểm soát truy nhập (access control) để giới hạn quyền tiếp cận dữ liệu của người dùng cuối; sử dụng mã hóa dữ liệu nhiều mức như mã ô, dòng, cột, .; hoặc mã hóa trong suốt (TDE - Transparent Data Encryption) để mã toàn bộ các bảng, tệp dữ liệu, tệp sao lưu ở trạng thái nghỉ [3]. Tuy nhiên, các giải pháp mã hóa dữ liệu truyền thống nêu trên đã để lộ ra nhiều điểm yếu khi áp dụng vào CSDL thuê ngoài (ODBS), bởi nhà cung cấp dịch vụ có thể truy nhập vào máy chủ, hay hệ quản trị CSDL thông qua quyền quản trị cao nhất.

Khi đó bài toán đảm bảo an toàn, ngăn cấm sự truy cập bất hợp pháp của các tổ chức/cá nhân không có thẩm quyền, kể cả nhà cung cấp dịch vụ lên các ODBS trở nên vô cùng quan trọng. Hình 2 đã chỉ ra các tổ chức - doanh nghiệp khi triển khai CSDL thuê ngoài luôn đặt các rủi ro liên quan tới bảo mật dữ liệu là yếu tố quan tâm hàng đầu [1]. Vấn đề rủi ro khi sử dụng điện toán đám mây (Nguồn: https://www.com/whitepaper/2017-spotlight-report-cloud- security8123195/) Rõ ràng ODBS nói riêng và DSP nói chung là một môi trường không tin cậy về mặt an toàn dữ liệu (untrusted model), lúc này cách tốt nhất để bảo mật thông tin là DO cần phải có các chính sách bảo vệ dữ liệu trên môi trường mạng, bảo vệ người dùng khi truy xuất dữ liệu của mình. Đặc biệt DO cần phải có biện pháp che giấu nội dung dữ liệu (bằng phương pháp mã hóa dữ liệu) trong tất cả các khâu: lưu trữ, truyền tải và truy vấn, để thông tin chứa trong dữ liệu luôn trong suốt trên máy chủ và đường truyền.

Việc này đồng nghĩa: DO sẽ mã hóa dữ liệu trước khi lưu trữ tại trên ODBS phải không tồn tại các khóa hay hàm mã – giải mã, mọi yêu cầu truy vấn dữ liệu rõ từ người dùng cuối sẽ được biến đổi thành truy vấn trên dữ liệu đã mã hóa tại ODBS. Tuy nhiên dữ liệu (dạng số, chữ, logic, ngày tháng …) sau khi mã hóa (bởi các thuật toán mật mã tiêu chuẩn như AES, DES, Blowfish, RSA …) [4] sẽ không còn giữ được các tính chất vốn có ban đầu như: thứ tự, so sánh, tính toán, … nên việc thực thi truy vấn 5 trên dữ liệu mã trở thành một thách thức lớn khi triển khai CSDL thuê ngoài mã hóa. Vì vậy, các mô hình-lược đồ hỗ trợ tìm kiếm/truy vấn trên dữ liệu mã (Searchable Encryption-SE) được quan tâm nghiên cứu, đề xuất và liên tục cải tiến trong nhiều năm qua với mục tiêu thỏa mãn các yêu cầu sau [2][5]: - Yêu cầu chung: tồn tại khu vực độc lập với ODBS và có tin cậy cao (có thể là Client hoặc Proxy) để quản lý khóa, thực hiện các thao tác mã – giải mã, biến đổi câu lệnh truy vấn một cách an toàn. - Yêu cầu với dữ liệu lưu trên CSDL thuê ngoài: dữ liệu nhạy cảm phải được mã hóa bằng các giải thuật an toàn, hỗ trợ tìm kiếm được trên các bản mã này.

Bên cạnh đó dữ liệu mã nói trên phải đảm bảo tối đa khả năng chống tấn công suy diễn, tấn công dựa trên thống kê tần suất, …cũng như đảm bảo hiệu năng truy vấn. - Yêu cầu với câu truy vấn khi gửi lên DSP: các thành phần nhạy cảm trong câu truy vấn rõ (ví dụ các từ khóa trong mệnh đề điều kiện) phải được biến đổi hoàn toàn về dạng mã hỗ trợ tìm kiếm khi gửi về ODBS. Bên cạnh đó, câu truy vấn sau khi biến đổi cũng phải chống được DSP suy diễn nội dung mà người dùng muốn tìm kiếm dựa trên các kỹ thuật: thống kê tần suất thực thi một mẫu câu truy vấn nào đó, hay dò đoán từ khóa truy vấn dựa trên số lượng bản ghi trả về. Một yêu cầu khác nữa là việc biến đổi câu truy vấn phải được thực hiện ở một khu vực an toàn dưới sự kiểm soát của DO.

- Yêu cầu với dữ liệu trả về sau khi truy vấn trên DSP: dữ liệu trả về phải ở dạng mã hóa sao cho DSP khó có thể biết được kết quả người dùng đang truy vấn là gì, cũng như không thể suy luận được thông tin gì từ tập dữ liệu trả về. Vì vậy, tập dữ liệu này đôi khi phải chấp nhận sự dư thừa sau đó sẽ được giải mã và thực hiện truy vấn lại tại khu vực an toàn do DO giám sát. Mô hình thực thi truy vấn CSDL quan hệ mã hóa trên DAS (Database As a Services) [6] được Hacigimus đề xuất như một khuôn mẫu trong việc mô tả các thành phần và giai đoạn xử lý dữ liệu của lược đồ SE. Trong mô hình đã thể hiện khu vực ServerSite tương ứng với CSDL thuê ngoài nằm trên DSP; khu vực ClientSite tương ứng với vùng an toàn do DO kiểm soát; và thành phần User tương ứng với người dùng cuối.

Xử lý câu lệnh truy vấn trên dữ liệu mã hóa với mô hình DAS [6] Dựa vào các phân tích ở trên chúng ta có thể thấy tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn 6 của việc phát triển các phương pháp hỗ trợ tìm kiếm trên mã (thuật ngữ gọi là SE) khi triển khai CSDL thuê ngoài (trong đó CSDL quan hệ thuê ngoài là khá phổ biến). Có hàng loạt các yêu cầu phức tạp đặt ra với các mô hình SE, vì vậy để thiết kế mô hình SE đảm bảo mọi tiêu chí là vô cùng khó khăn. Từ đầu những năm 2000 tới nay, SE luôn được các nhà nghiên cứu quan tâm và cải tiến dưới nhiều cách tiếp cận khác nhau để nâng cao một số tiêu chí trong các tiêu chí sau: “Mức độ bảo mật - Hiệu năng – Đa dạng biểu thức truy vấn – Khả năng triển khai”, nhằm đáp ứng phù hợp từng bài toán cụ thể. Mối quan hệ giữa các tiêu chí phải đạt được của hệ thống SE (Nguồn: Secure Search Over Encrypted Data (cossacklabs.com)) Chính vì vậy, nhóm nghiên cứ lựa chọn đề tài “Giải pháp truy vấn trực tiếp trên dữ liệu mã hóa nhằm nâng cao tính bảo mật cơ sở dữ liệu trực tuyến” với mục đích nghiên cứu và phát triển các mô hình truy vấn, các giải pháp tính toán vừa đảm bảo được an toàn dữ liệu vừa cải thiện thời gian truy vấn cũng như tính phù hợp khi triển khai thực tiễn CSDL quan hệ trên hạ tầng thuê ngoài.

Nội dung đề tài sẽ đóng góp về cơ sở lý thuyết, giải pháp và mô hình ứng dụng, tài liệu tham khảo đảm bảo được tính khoa học, phục vụ nhu cầu nghiên cứu cùng lĩnh vực ở Việt Nam và trên thế giới. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Tìm kiếm trên dữ liệu mã (Searchable Encryption - SE) nhận được rất nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trên thế giới với hàng loạt các công trình và sản phẩm liên quan trong suốt giai đoạn từ đầu những năm 2000 đến nay. Có rất nhiều cách phân loại các giải pháp/lược đồ SE, trong đó có thể chia làm hai nhóm giải pháp chính: 1.

Giải pháp tìm kiếm trực tiếp trên dữ liệu mã hóa; 2. Giải pháp tìm kiếm dựa trên chỉ mục mã hóa. Giải pháp tìm kiếm trực tiếp trên dữ liệu mã hóa Những giải pháp này nghiên cứu các thuật toán mã hóa mới cho phép người dùng có thể truy vấn trực tiếp trên bản dữ liệu mã. Năm 2000, Song và cộng sự [7] đã đề xuất lược đồ SE đầu tiên hỗ trợ tìm kiếm trên dữ liệu mã, sau đó C.Bosh cùng cộng sự [8][9] đã phân loại chi tiết hơn thành sáu giải pháp SE hỗ trợ truy vấn trên mã bao gồm Searchable Symmetric Encryption (SSE), Public Key with Keyword Search (PEKS), Identity-Based Encryption (IBE), Hidden Vector Encryption (HVE), Predicate Encryption (PE), and Inner Product Encryption (IPE).