Oracle 11g透明数据加密安全特性解析-技术开发专区

Oracle 11g透明数据加密安全特性解析

作者：IT168 开心果译编辑：晓熊 2009-04-13 11:22 来源：IT168�

　　DICOM：存储病人医疗影像和元数据的工业标准

　　美国放射学会(ACR)和国家电气制造联合会(NEMA)在1993年通过协作将医学影像和通讯(DICOM)标准化了，为医学影像设备和相关应用程序的开发提供了可供参照执行的依据，后来成为存储和传输放射影像通用的标准，Oracle 10g R2完全支持DICOM 3.0标准，但是直到Oracle 11g才实现了对DICOM数据进行加密。

　　Oracle 11g扩展了Oracle 10g R2 中ORDImage对象类型的能力，增加了一个新的ORDDicom对象类型，以便更有效地存储DICOM影像，由于ORDDicom对象可以存储在SecureFile LOB中，这样就可以实现压缩、重复数据删除和加密存储在DICOM文件中的影像和相关的元数据的能力，医生、大学和医院使用计算的病人信息，特别是诊断和研究。

　　Oracle 10gR2提供了转储病人信息到XML文件的能力，但现在的ORDDicom对象扩展了这些能力，使得可以直接在Oracle 11g数据库查询病人的元数据，这就意味着可以使用新的高级索引特性如XMLIndex数据类型来检索特殊的病人信息，此外，Oracle 11g现在还可以创建、存储、展现和检索存储在ORDDicom对象内的数据影像的指纹特征，也就是说将会更容易选中正确的病人信息，ORDDicom数据模型也可以帮助保证病人信息的机密性，因为它提供了一个方法可以避免泄露来自DICOM文件病人元数据中的私密信息。

　　1、创建DICOM对象

　　为了说明如何使用这些强大的功能特性增强Oracle 11g SecureFile的加密能力，我创建了一个新的方案和表MIPS.PATIENT_IMAGES，我将使用这个表存储DICOM元数据，并在ORDDicom和ORDImage数据类型列中存储影像数据，DICOM_IMAGE列将会存储来自对应的源文件直接载入的DICOM信息，ANONYMOUS列将会存储病人的敏感数据，THUMBPRINT列将会存储来自每个DICOM文件中第一个影像的指纹图像，清单4显示了我创建这个表的DDL语句。

　　清单4 创建加密的SecureFile LOB存储敏感信息　

创建一个用户(MIPS)

　　DROP USER mips CASCADE;

　　CREATE USER mips

　　IDENTIFIED BY mips

　　DEFAULT TABLESPACE patimages

　　TEMPORARY TABLESPACE temp

　　QUOTA UNLIMITED ON patimages;

　　GRANT CONNECT, RESOURCE TO mips;

　　GRANT EXECUTE ANY PROCEDURE to mips;

　　GRANT CREATE ANY DIRECTORY TO mips;

　　创建一个新的目录　　

DROP DIRECTORY mips_imgs;

　　CREATE OR REPLACE DIRECTORY mips_imgs

　　AS '/home/oracle/dicom';

　　GRANT READ ON DIRECTORY mips_imgs TO mips;

　　创建一个新表MIPS.PATIENT_IMAGES使用SecureFile LOB存储DICOM文件。

　DROP TABLE mips.patient_images PURGE;

　　CREATE TABLE mips.patient_images (

　　patient_id NUMBER

　　,name VARCHAR2(30)

　　,ssn VARCHAR2(11)

　　,dob DATE

　　,dicom_image ORDSYS.ORDDICOM

　　,anonymous ORDSYS.ORDDICOM

　　,thumbprint ORDSYS.ORDIMAGE

　　)

　　TABLESPACE patimages

　　LOB(dicom_image.source.localData)

　　STORE AS SECUREFILE (

　　TABLESPACE patimages

　　DISABLE STORAGE IN ROW

　　DEDUPLICATE

　　COMPRESS HIGH

　　CACHE READS

　　)

　　LOB(anonymous.source.localData)

　　STORE AS SECUREFILE (

　　TABLESPACE patimages

　　DISABLE STORAGE IN ROW

　　DEDUPLICATE

　　COMPRESS HIGH

　　CACHE READS

　　)

　　LOB(thumbprint.source.localData)

　　STORE AS SECUREFILE (

　　TABLESPACE patimages

　　DISABLE STORAGE IN ROW

　　DEDUPLICATE

　　COMPRESS HIGH

　　CACHE READS

　　)

　　;

　　-- 注释

　　COMMENT ON TABLE mips.patient_images

　　IS 'Contains Patient metadata and DICOM images';

　　COMMENT ON COLUMN mips.patient_images.patient_id

　　IS 'Unique identifier for a Patient';

　　COMMENT ON COLUMN mips.patient_images.name

　　IS 'Patient Name';

　　COMMENT ON COLUMN mips.patient_images.ssn

　　IS 'Patient Social Security Number';

　　COMMENT ON COLUMN mips.patient_images.dob

　　IS 'Patient Date of Birth';

　　COMMENT ON COLUMN mips.patient_images.dicom_image

　　IS 'DICOM LOB';

　　COMMENT ON COLUMN mips.patient_images.anonymous

　　IS 'Anonymous DICOM LOB';

　　COMMENT ON COLUMN mips.patient_images.thumbprint

　　IS 'Thumbprint of DICOM image';

　　-- 创建索引和约束

　　CREATE UNIQUE INDEX mips.patient_images_pk_idx

　　ON mips.patient_images(patient_id)

　　TABLESPACE patimages;

　　ALTER TABLE mips.patient_images

　　ADD CONSTRAINT patient_images_pk

　　PRIMARY KEY (patient_id);

　　2、从DICOM源文件转移到ORDDicom对象

　　现在我已经为DICOM信息创建好了适当的资料库，我将要使用SQL*Loader直接从DICOM源文件中提取并格式化病人元数据，对于我的源数据，我将使用若干个简单的DICOM文件，这些DICOM文件都是从http://www.barre.nom.fr/medical/下载得到的，病人的姓名和其它信息完全是虚构的，只是为了说明这些概念，清单5显示了SQL*Loader用于初始化、格式化和从这些源文件中载入DICOM数据到ORDDicom和ORDImage数据类型列的参数文件，以及调用SQL*Loader执行这个初始化数据载入的结果。

　　清单5 使用SQL*Loader载入DICOM原始文件到Oracle 11g数据库中

　-- SQL*Loader参数文件: LoadDICOMFromFile.sqlparms

　　-- 目的: 这个参数文件将直接从DICOM文件载入DICOM数据到MIPS.PATIENT_IMAGES 表的DICOM_IMAGE 列，它也控制了ANONYMOUS列(它容纳匿名的DICOM数据)和THUMBPRINT列(它容纳DICOM图像本身的指纹图像)的初始化。

　　LOAD DATA

　　INFILE *

　　INTO TABLE mips.patient_images

　　TRUNCATE

　　FIELDS TERMINATED BY WHITESPACE

　　OPTIONALLY ENCLOSED BY '"'

　　(

　　patient_id INTEGER EXTERNAL

　　,name CHAR

　　,ssn CHAR

　　,dob DATE "yyyy-mm-dd"

　　,fn FILLER CHAR

　　-- 载入列对象MIPS.PATIENT_IMAGES.DICOM_IMAGE:

　　-- 1.) LOB属性source.localData和DICOM数据一起载入。

　　-- 2.) 属性srcType被设置为"local"。

　　-- 3.) 属性updateTime被初始化到当前日期。

　　-- 4.) LOB属性扩展使用空的LOB进行初始化。

　　,dicom_image COLUMN OBJECT (

　　source COLUMN OBJECT (

　　localData LOBFILE(fn) TERMINATED BY EOF

　　,srcType CONSTANT 'local'

　　,updateTime EXPRESSION "SYSDATE"

　　)

　　,extension LOBFILE(fn) TERMINATED BY EOF

　　DEFAULTIF dicom_image.source.srcType='local'

　　)

　　-- 初始化(但不载入)列对象MIPS.PATIENT_IMAGES.ANONYMOUS:

　　-- 1.) LOB属性source.localData和扩展被初始化。

　　-- 2.) srcType属性被初始化为"local"。

　　-- 3.) localData LOB将容纳DICOM数据的匿名内容。

　　-- 4.) srcType属性被初始化为"local"。

　　-- 5.) LOB扩展是一个由ORDDICOM使用的内部字段。

　　,anonymous COLUMN OBJECT (

　　source COLUMN OBJECT (

　　localData LOBFILE(fn) TERMINATED BY EOF

　　DEFAULTIF anonymous.source.srcType='local'

　　,srcType CONSTANT 'LOCAL'

　　)

　　,extension LOBFILE(fn) TERMINATED BY EOF

　　DEFAULTIF dicom_image.source.srcType='local'

　　)

　　-- 初始化(但不载入)列对象MIPS.PATIENT_IMAGES.THUMBPRINT:

　　-- 1.) LOB属性扩展被一个空的LOB初始化。

　　-- 2.) LOB属性source.localData被一个空的LOB初始化。

　　-- 3.) 本地属性被初始化为1。

　　,thumbprint COLUMN OBJECT (

　　source COLUMN OBJECT (

　　localData LOBFILE(fn) TERMINATED BY EOF

　　DEFAULTIF thumbprint.source.local=X'1'

　　,local CONSTANT 1

　　)

　　)

　　)

　　BEGINDATA

　　101 "Ames, Aldritch" 322-51-1111 1907-12-01 CT-MONO2-16-ankle.dcm

　　202 "Barry, Dave" 345-21-2222 1968-12-24 OT-MONO2-8-colon.dcm

　　303 "Colson, Charles" 342-43-3333 1931-11-03 MR-MONO2-8-16x-heart.dcm

　　404 "Dean, John" 322-09-4444 1942-02-18 NM-MONO2-16-13x-heart.dcm

　　505 "Ehrlichman, John" 345-09-5555 1914-08-01 US-PAL-8-10x-echo.dcm

　　606 "Haldeman, Robert" 322-18-6666 1918-11-11 US-RGB-8-esopecho.dcm

　　>>> SQL*Loader results:

　　SQL*Loader: Release 11.1.0.6.0 - Production on Sat Mar 14 13:00:40 2009

　　Copyright (c) 1982, 2007, Oracle. All rights reserved.

　　Control File: LoadDICOMFromFile.sqlparms

　　Data File: LoadDICOMFromFile.sqlparms

　　Bad File: LoadDICOMFromFile.bad

　　Discard File: none specified

　　(Allow all discards)

　　Number to load: ALL

　　Number to skip: 0

　　Errors allowed: 50

　　Bind array: 64 rows, maximum of 256000 bytes

　　Continuation: none specified

　　Path used: Conventional

　　Table MIPS.PATIENT_IMAGES, loaded from every logical record.

　　Insert option in effect for this table: TRUNCATE

　　Column Name Position Len Term Encl Datatype

　　------------------------------ ---------- ----- ---- ---- ---------------------

　　PATIENT_ID FIRST * WHT O(") CHARACTER

　　NAME NEXT * WHT O(") CHARACTER

　　SSN NEXT * WHT O(") CHARACTER

　　DOB NEXT * WHT O(") DATE yyyy-mm-dd

　　FN NEXT * WHT O(") CHARACTER

　　(FILLER FIELD)

　　DICOM_IMAGE DERIVED * COLUMN OBJECT

　　*** Fields in DICOM_IMAGE

　　SOURCE DERIVED * COLUMN OBJECT

　　*** Fields in DICOM_IMAGE.SOURCE

　　LOCALDATA DERIVED * EOF CHARACTER

　　Dynamic LOBFILE. Filename in field FN

　　SRCTYPE CONSTANT

　　Value is 'local'

　　UPDATETIME EXPRESSION

　　SQL string for column : "SYSDATE"

　　*** End of fields in DICOM_IMAGE.SOURCE

　　EXTENSION DERIVED * EOF CHARACTER

　　Dynamic LOBFILE. Filename in field FN

　　DEFAULT if DICOM_IMAGE.SOURCE.SRCTYPE = 0X6c6f63616c(character 'local')

　　*** End of fields in DICOM_IMAGE

　　ANONYMOUS DERIVED * COLUMN OBJECT

　　*** Fields in ANONYMOUS

　　SOURCE DERIVED * COLUMN OBJECT

　　*** Fields in ANONYMOUS.SOURCE

　　LOCALDATA DERIVED * EOF CHARACTER

　　Dynamic LOBFILE. Filename in field FN

　　DEFAULT if ANONYMOUS.SOURCE.SRCTYPE = 0X6c6f63616c(character 'local')

　　SRCTYPE CONSTANT

　　Value is 'LOCAL'

　　*** End of fields in ANONYMOUS.SOURCE

　　EXTENSION DERIVED * EOF CHARACTER

　　Dynamic LOBFILE. Filename in field FN

　　DEFAULT if DICOM_IMAGE.SOURCE.SRCTYPE = 0X6c6f63616c(character 'local')

　　*** End of fields in ANONYMOUS

　　THUMBPRINT DERIVED * COLUMN OBJECT

　　*** Fields in THUMBPRINT

　　SOURCE DERIVED * COLUMN OBJECT

　　*** Fields in THUMBPRINT.SOURCE

　　LOCALDATA DERIVED * EOF CHARACTER

　　Dynamic LOBFILE. Filename in field FN

　　DEFAULT if THUMBPRINT.SOURCE.LOCAL = 0X01(character '')

　　LOCAL CONSTANT

　　Value is '1'

　　*** End of fields in THUMBPRINT.SOURCE

　　*** End of fields in THUMBPRINT

　　Table MIPS.PATIENT_IMAGES:

　　6 Rows successfully loaded.

　　0 Rows not loaded due to data errors.

　　0 Rows not loaded because all WHEN clauses were failed.

　　0 Rows not loaded because all fields were null.

　　Space allocated for bind array: 83456 bytes(64 rows)

　　Read buffer bytes: 1048576

　　Total logical records skipped: 0

　　Total logical records read: 6

　　Total logical records rejected: 0

　　Total logical records discarded: 0

　　Run began on Sat Mar 14 13:00:40 2009

　　Run ended on Sat Mar 14 13:00:49 2009

　　Elapsed time was: 00:00:09.65

　　CPU time was: 00:00:00.61

　　3、生成指纹图像和匿名的元数据

　　为了完成ANONYMOUS和THUMBPRINT列的填充，我将使用一些技巧：

　　(1)首先，我将通过调用setModel 方法载入ORDDicom对象模型，这个对象模型必须在调用其它方法之前载入。

　　(2)然后使用processCopy方法生成一张150x200的JPEG图像，将其存储到THUMBPRINT列中。

　　(3)最后，我使用makeAnonymous方法创建一个匿名版本的DICOM_IMAGE列数据，并将其存储到ANONYMOUS列中。

　　清单6 显示了如何在最初被载入MIPS.PATIENT_IMAGES表中的所有行上执行这些方法。

　　清单6 从前面载入的ORDDicom对象创建和存储匿名的病人信息和指纹图像：

　　1)将DICOM模型载入到内存中。

　　2)将原始的DICOM文件元数据转换成对应的元素。

　　3)基于原始的DICOM影像以JPEG格式创建一个缩略图。

　　4)生成一个匿名的DICOM文件版本。

　　5)将新的信息保存到它们对应的SecureFile LOB中。

SET SERVEROUTPUT ON

　　DECLARE

　　dcm_row ORDSYS.ORDDICOM;

　　BEGIN

　　-- 载入DICOM数据模型

　　ord_dicom.setDatamodel;

　　-- 在医学图像表中遍历所有行

　　FOR dcm_row IN (

　　SELECT

　　patient_id

　　,dicom_image

　　,anonymous

　　,thumbprint

　　FROM mips.patient_images

　　FOR UPDATE

　　)

　　LOOP

　　BEGIN

　　-----

　　--通过setProperties存储过程初始化DICOM SecureFile LOB列属性

　　-----

　　dcm_row.dicom_image.setProperties();

　　-----

　　-- 在原始DICOM影像的基础上构建一个缩略图图像

　　-----

　　dcm_row.dicom_image.processCopy('fileFormat=JPEG fixedScale=150,200', dcm_row.thumbprint);

　　-----

　　-- 通过makeAnonymous()函数生成DICOM对象的匿名版本

　　-----

　　dcm_row.dicom_image.makeAnonymous(genUID(dcm_row.patient_id), dcm_row.anonymous);

　　-----

　　-- 将新产生的信息保存到它们对应的SecureFile LOB中

　　-----

　　UPDATE mips.patient_images

　　SET dicom_image = dcm_row.dicom_image

　　,anonymous = dcm_row.anonymous

　　,thumbprint = dcm_row.thumbprint

　　WHERE patient_id = dcm_row.patient_id;

　　EXCEPTION

　　WHEN OTHERS THEN

　　DBMS_OUTPUT.PUT_LINE('Error processing image for Patient ID #' || dcm_row.patient_id);

　　END;

　　END LOOP;

　　COMMIT;

　　END;

　　/

　　4、使用ORDDicom和ORDImage列的内容

　　最后，我已经准备好研究这些已经载入到DICOM列的DICOM信息，幸运的是，ORDDicom数据类型使得这些工作变得相当简单，因为它提供了多种方法来直接查询病人的元数据属性，清单7显示了一个简单的查询，它直接从DICOM_IMAGE和THUMBPRINT列查询多个属性。

　　清单7 查看已经载入到ORDDICOM和ORDIMAGE对象中的元数据

　　显示选择的内容：

　　1)普通数据类型

　　2)ORDDICOM数据类型

　　3)ORDIMAGE数据类型　

SET LINESIZE 80

　　SET PAGESIZE 80

　　TTITLE 'Sample Patient Metadata|(from MIPS.PATIENT_IMAGES)'

　　COLUMN patient_id FORMAT 99999 HEADING 'Pat|ID'

　　COLUMN name FORMAT A20 HEADING 'Patient Name' WRAP

　　COLUMN ssn FORMAT A11 HEADING 'Patient SSN'

　　COLUMN di_sop_uid FORMAT A30 HEADING 'DICOM Image SOP UID' WRAP

　　COLUMN tp_len FORMAT 99999 HEADING 'Thumb|Print|Image|Size'

　　SELECT

　　PI.patient_id

　　,PI.name

　　,PI.ssn

　　,PI.dicom_image.sop_instance_uid AS di_sop_uid

　　,PI.thumbprint.getcontentlength() AS tp_len

　　FROM mips.patient_images PI

　　ORDER BY PI.patient_id

　　;

　　TTITLE OFF

　　Sun Mar 15 page 1

　　Sample Patient Metadata

　　(from MIPS.PATIENT_IMAGES)

　　Thumb

　　Print

　　Pat Image

　　ID Patient Name Patient SSN DICOM Image SOP UID Size

　　------ -------------------- ----------- ------------------------------ ------

　　101 Ames, Aldritch 322-51-1111 1.2.840.113619.2.1.2411.103115 5034

　　2382.365.1.736169244

　　202 Barry, Dave 345-21-2222 1.3.46.670589.17.1.7.0.16 5677

　　303 Colson, Charles 342-43-3333 999.999.2.19960619.163000.1.10 3648

　　3

　　404 Dean, John 322-09-4444 2.16.840.1.113662.5.8796818449 1596

　　476.121423489.1.1.3101.5309511

　　143

　　505 Ehrlichman, John 345-09-5555 999.999.133.1996.1.1800.1.6.25 5252

　　606 Haldeman, Robert 322-18-6666 999.999.2.19941105.112000.2.10 4683

　　7

　　校验存储在ORDDicom或ORDImage数据类型列中的图像需要一点技巧，因为需要一个接口才能查看这些图像，因为这些图像都采用基于工业标准的格式存储，如JPEG，TIF，PNG等，所以有大量的免费图像查看程序可以拿来使用。

　　小结

　　Oracle 11g新的SecureFile特性大大扩展在Oracle数据库中存储大对象的能力，并提高了安全性和有效性，SecureFILE LOB的压缩和重复数据删除功能在空间利用上更是让人惊讶，SecureFILE LOB的透明数据加密特性让存储在Oracle 11g数据库中的敏感信息和机密信息安全性更有保障，这些特性让Oracle 11g数据库成为美国新的联邦政府在启动存储医院、病人和医疗元数据方面的主要候选数据库。

第1页：加密LOB:把安全放进SecureFile 第2页：DICOM:存储病人医疗影像和元数据的工业标准

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