雲小課｜使用SQL加密函數實現數據列的加解密

摘要：數據加密作為有效防止未授權訪問和防護數據泄露的技術，在各種信息系統中廣泛使用。作為信息系統的核心，GaussDB(DWS)數倉也提供數據加密功能，包括透明加密和使用SQL函數加密。本文分享自華為雲社區《看GaussDB(DWS)如何使用SQL加密函數實現數據列加解密》，作者：Hello EI ...

摘要：數據加密作為有效防止未授權訪問和防護數據泄露的技術，在各種信息系統中廣泛使用。作為信息系統的核心，GaussDB(DWS)數倉也提供數據加密功能，包括透明加密和使用SQL函數加密。

本文分享自華為雲社區《看GaussDB(DWS)如何使用SQL加密函數實現數據列加解密》，作者：Hello EI。

數據加密作為有效防止未授權訪問和防護數據泄露的技術，在各種信息系統中廣泛使用。作為信息系統的核心，GaussDB(DWS)數倉也提供數據加密功能，包括透明加密和使用SQL函數加密。這裡主要討論SQL函數加密。

GaussDB(DWS)目前不支持從Oracle、Teradata和MySQL加密後到DWS解密。Oracle、Teradata和MySQL與DWS加解密有區別，需要非加密數據遷移到DWS後在DWS側進行加解密。

技術背景

哈希函數

哈希函數又稱為摘要演算法，對於數據data，Hash函數會生成固定長度的數據，即Hash(data)=result。這個過程是不可逆的，即Hash函數不存在反函數，無法由result得到data。在不應保存明文場景（比如口令password屬於敏感信息），系統管理員用戶也不應該知道用戶的明文口令，就應該使用哈希演算法存儲口令的單向哈希值。

實際使用中會加入鹽值和迭代次數，避免相同口令生成相同的哈希值，以防止彩虹表攻擊。

圖1 哈希函數

對稱密碼演算法

對稱密碼演算法使用相同的密鑰來加密和解密數據。對稱密碼演算法分為分組密碼演算法和流密碼演算法。

分組密碼演算法將明文分成固定長度的分組，用密鑰對每個分組加密。由於分組長度固定，當明文長度不是分組長度的整數倍時，會對明文做填充處理。由於填充的存在，分組密碼演算法得到的密文長度會大於明文長度。

流加密演算法是指加密和解密雙方使用相同偽隨機加密數據流作為密鑰，明文數據依次與密鑰數據流順次對應加密，得到密文數據流。實踐中數據通常是一個位（bit）並用異或（xor）操作加密。流密碼演算法不需要填充，得到的密文長度等於明文長度。

圖2 對稱密碼演算法

技術實現

GaussDB(DWS)主要提供了哈希函數和對稱密碼演算法來實現對數據列的加解密。哈希函數支持sha256，sha384，sha512和國密sm3。對稱密碼演算法支持aes128，aes192，aes256和國密sm4。

哈希函數

md5(string)

將string使用MD5加密，並以16進位數作為返回值。MD5的安全性較低，不建議使用。

gs_hash(hashstr, hashmethod)

以hashmethod演算法對hashstr字元串進行信息摘要，返回信息摘要字元串。支持的hashmethod：sha256, sha384, sha512, sm3。

SELECT gs_hash('GaussDB(DWS)', 'sha256');
 gs_hash 
--------------------------------------------------------------------------------------------------
 e59069daa6541ae20af7c747662702c731b26b8abd7a788f4d15611aa0db608efdbb5587ba90789a983f85dd51766609
(1 row)

對稱密碼演算法

gs_encrypt(encryptstr, keystr, cryptotype, cryptomode, hashmethod)

採用cryptotype和cryptomode組成的加密演算法以及hashmethod指定的HMAC演算法，以keystr為密鑰對encryptstr字元串進行加密，返回加密後的字元串。

SELECT gs_encrypt('GaussDB(DWS)', '1234', 'aes128', 'cbc', 'sha256');
 gs_encrypt 
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 AAAAAAAAAACcFjDcCSbop7D87sOa2nxTFrkE9RJQGK34ypgrOPsFJIqggI8tl+eMDcQYT3po98wPCC7VBfhv7mdBy7IVnzdrp0rdMrD6/zTl8w0v9/s2OA==
(1 row)

gs_decrypt(decryptstr, keystr，cryptotype, cryptomode, hashmethod)

採用cryptotype和cryptomode組成的加密演算法以及hashmethod指定的HMAC演算法，以keystr為密鑰對decryptstr字元串進行解密，返回解密後的字元串。解密使用的keystr必須保證與加密時使用的keystr一致才能正常解密。

SELECT gs_decrypt('AAAAAAAAAACcFjDcCSbop7D87sOa2nxTFrkE9RJQGK34ypgrOPsFJIqggI8tl+eMDcQYT3po98wPCC7VBfhv7mdBy7IVnzdrp0rdMrD6/zTl8w0v9/s2OA==', '1234', 'aes128', 'cbc', 'sha256');
 gs_decrypt 
--------------
 GaussDB(DWS)
(1 row)

gs_encrypt_aes128(encryptstr,keystr)

以keystr為密鑰對encryptstr字元串進行加密，返回加密後的字元串。keystr的長度範圍為1~16位元組。

SELECT gs_encrypt_aes128('MPPDB','1234');
                               gs_encrypt_aes128
-------------------------------------------------------------------------------------
gwditQLQG8NhFw4OuoKhhQJoXojhFlYkjeG0aYdSCtLCnIUgkNwvYI04KbuhmcGZp8jWizBdR1vU9CspjuzI0lbz12A=
(1 row)

gs_decrypt_aes128(decryptstr,keystr)

以keystr為密鑰對decryptstr字元串進行解密，返回解密後的字元串。解密使用的keystr必須保證與加密時使用的keystr一致才能正常解密。keystr不得為空。

SELECT gs_decrypt_aes128('gwditQLQG8NhFw4OuoKhhQJoXojhFlYkjeG0aYdSCtLCnIUgkNwvYI04KbuhmcGZp8jWizBdR1vU9CspjuzI0lbz12A=','1234');
 gs_decrypt_aes128 
-------------------
 MPPDB
(1 row)

應用示例

創建表student，有id，name和score三個屬性。使用哈希函數加密保存name，使用對稱密碼演算法保存score。

CREATE TABLE student (id int, name text, score text, subject text);
CREATE TABLE
INSERT INTO student VALUES (1, gs_hash('alice', 'sha256'), gs_encrypt('95', '12345', 'aes128', 'cbc', 'sha256'),gs_encrypt_aes128('math', '1234'));
INSERT 0 1
INSERT INTO student VALUES (2, gs_hash('bob', 'sha256'), gs_encrypt('92', '12345', 'aes128', 'cbc', 'sha256'),gs_encrypt_aes128('english', '1234'));
INSERT 0 1
INSERT INTO student VALUES (3, gs_hash('peter', 'sha256'), gs_encrypt('98', '12345', 'aes128', 'cbc', 'sha256'),gs_encrypt_aes128('science', '1234'));
INSERT 0 1

不使用密鑰查詢表student，通過查詢結果可知：沒有密鑰的用戶即使擁有了select許可權也無法看到name和score這兩列加密數據。

SELECT * FROM STUDENT;
 id |                               name                               |                                                          score                                                           |
                               subject
----+------------------------------------------------------------------+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+------------
----------------------------------------------------------------------------------
 2 | 81b637d8fcd2c6da6359e6963113a1170de795e4b725b84d1e0b4cfd9ec58ce9 | AAAAAAAAAACCWNznqIVSGYgcuDz9jNKTHTd35+Jmhd/8j6zRLTfAa+Yl448SxNUsDTOBtW4w2ePmnqwf2FfbfsF3hYYlOlCQV/BSv2M3fQKKUwc0Ytunug== | Ti4Shb5N511
imwH8ugtiveRiSF6j7SC8OyUK/DQRPRRwwW9MFXPnGbG6jOMhMSMpKiz3NoEGOaT384aywVgI31MS3Z8=
 3 | 026ad9b14a7453b7488daa0c6acbc258b1506f52c441c7c465474c1a564394ff | AAAAAAAAAAClDZIa1LfJuG+2dHpbnxn7VwHkCFuHChKErh069OHnMR+rhpWk0TxWlRfq8NIjX+590C3MqhPtha0ERbHbDpr5z8XVMkLgyAOQzJf6XtXvOA== | ijHXT/z94Zf
MKQ0k7fYDCUML7ZeU15tLXQreBwp0borh/pgB4ifh8j032v7IiENbHqnRdfRDgkrQDHswu5ZDb3Op3vE=
 1 | 2bd806c97f0e00af1a1fc3328fa763a9269723c8db8fac4f93af71db186d6e90 | AAAAAAAAAACQF3OcOktEKkPEL6G/AKL7DVA9WeXiNOwPPcXZuk49GZq0mrtR1ebqIiZBCvmGJ4wqoa7WEo3w8PRw+CK1oFP8J3b51ZZTVf1HD3nS46uEeg== | Sq5Zi0Yhg6h
/hEcLD8bJqmpGKVkr0Ke4SKHqf7xBMqWflZjXeFvE9s7CUMvXzJ0uSg7P5Ta1CT4sm0vvB1fc+84o+7o=
(3 rows)

使用密鑰查詢表student，通過查詢結果可知：擁有密鑰的用戶通過使用gs_encrypt對應的解密函數gs_decrypt解密後，可以查看加密數據。

SELECT id, gs_decrypt(score, '12345', 'aes128', 'cbc', 'sha256'),gs_decrypt_aes128(subject, '1234') FROM STUDENT;
 id | gs_decrypt | gs_decrypt_aes128
----+------------+-------------------
 2 | 92 | english
 3 | 98 | science
 1 | 95 | math
(3 rows)

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