如何实现存储层数据加密,不妨试试透明加密(TDE)

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数据库透明加密(Transparent Data Encryption,简称TDE)是一种用于加密数据库存储的数据的技术,它可以在数据库系统的文件或磁盘层面对数据进行加密,而不需要修改应用程序代码。TDE 主要用于保护数据静态时的安全,即数据在硬盘上或备份介质中时的安全。

数据库透明加密(Transparent Data Encryption,简称TDE)是一种用于加密数据库存储的数据的技术,它可以在数据库系统的文件或磁盘层面对数据进行加密,而不需要修改应用程序代码。TDE 主要用于保护数据静态时的安全,即数据在硬盘上或备份介质中时的安全。

特点:

  • 透明性:用户和应用程序无需更改就可以使用加密功能,因为加密和解密操作是自动进行的,由数据库管理系统来实现。
  • 综合管理:加密密钥的生命周期(创建、分配、旋转和销毁)通常由数据库管理系统或专用的密钥管理基础设施来处理。
  • 性能影响最小化:TDE 旨在尽量减少对数据库性能的影响,因此通常只加密敏感的数据(如表中的特定列)或整个数据库文件。

工作原理:

  1. 密钥生成:生成一个或多个加密密钥用于加密数据。这些密钥可能包括数据库加密密钥(DEK)和主加密密钥(MEK)。
  2. 数据加密:当数据写入到磁盘时,数据库通过DEK进行加密;当数据读取时,再进行解密。
  3. 密钥管理:MEK用于保护DEK,并且通常存储在受保护的密钥库中。MEK需要高度安全的存储和管理。
  4. 访问控制:通常还会结合其他数据库安全技术,如角色基础的访问控制,来确保只有授权用户才能访问加密数据。

应用场景:

  • 数据保护:防止未经授权的访问者直接从物理介质上读取数据。
  • 符合法规:满足数据保护法规的要求,比如GDPR、PCI DSS等,这些法规要求对敏感数据进行加密。
  • 数据隐私:保护用户的隐私信息,防止数据泄露给非授权人员。

支持TDE的数据库:

  • Oracle Database
  • Microsoft SQL Server
  • IBM DB2
  • MySQL Enterprise Edition
  • PostgreSQL (通过第三方扩展支持)
  • OceanBase 等

OceanBase透明加密举例

数据存储加密是指对数据和 Clog 等保存在磁盘中的数据进行无感知的加密,即透明加密(简称 TDE)。数据在写入存储设备前自动进行加密,读取时自动解密,该过程对用户是透明的,黑客和恶意用户无法从数据文件、数据库备份或磁盘中读取到敏感数据。

两级密钥体系

透明数据加密使用两级密钥体系实现加解密功能。开启加密的最小粒度为数据库中的一个表,需要开启加密的表需要放到一个加密的表空间(Tablespace)中。OceanBase 数据库数据的加密单位为表空间,表空间仅是为了兼容 Oracle 数据库而设计的概念,可以简单理解为表空间是一组表的集合。每个加密的表空间设置有加密算法及对应的数据密钥,用于给表空间中的数据进行加密。每个租户有一个主密钥,用于对表空间的数据密钥进行加密,为了防止未经授权的解密操作,通常将主密钥存储于专门的 Keystore 中。(此段内容引用自OceanBase官方文档)

缺点

启用透明数据加密(TDE)的列在进行模糊查询时,会出现性能下降。这是因为加密操作增加了处理数据时的计算负担,并且会影响到数据库管理系统执行查询的方式。以下是几个性能下降的原因:

  1. 加解密开销:每当数据从存储介质读取或写入时,都需要进行加解密操作,这本身就需要额外的CPU资源。
  2. 索引效率降低:在一些情况下,特别是对于加密的列数据建立索引时,索引的效率可能会受到影响,因为编制索引的是加密后的值而不是原始值。这意味着某些索引优化策略可能无法应用,从而导致查询性能下降。
  3. 模糊查询限制:像 LIKE 这样的模糊查询操作通常依赖于对数据的模式匹配。如果数据是加密的,数据库系统通常无法在未解密的数据上直接应用模式匹配。这就要求系统解密数据集中的每一行来进行比较,进一步增加了查询时间。
  4. 内存和IO压力:大量的加解密操作可能会增加内存和IO的压力,尤其是在处理大量数据时。
  5. 并发性能影响:高并发环境下,多个查询同时进行加解密可能会导致资源竞争,降低整体数据库的性能。

总结

透明加密目前是比较成熟的数据存储加密方案,但在模糊查询的场景下,性能会出现比较大的性能损耗,在使用时需要注意只加密敏感信息,并减少敏感信息的模糊查询。

责任编辑:华轩 来源: 今日头条
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