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MySQL新版本特性之：`MySQL 8.0`的`加密`：`TDE`和“密钥管理`的增强。

好的，下面是一篇关于MySQL 8.0中TDE（透明数据加密）和密钥管理增强的技术讲座文章：

MySQL 8.0 透明数据加密（TDE）与密钥管理增强

大家好，今天我们来深入探讨MySQL 8.0中关于数据安全的两个重要特性：透明数据加密（TDE）和密钥管理增强。数据安全在当今环境中至关重要，而TDE提供了一种在静态数据层面对敏感信息进行加密的强大方法，同时密钥管理则是确保这些加密密钥安全和可用的基石。

1. 透明数据加密（TDE）简介

透明数据加密（TDE）允许您在磁盘上加密敏感数据，而无需修改应用程序代码。这意味着数据在存储时处于加密状态，只有经过授权的用户才能解密并访问。当数据从磁盘读取到内存时，MySQL服务器会自动解密数据。这种透明性简化了数据加密的部署和管理，同时最大限度地减少了对现有应用程序的影响。

TDE的工作原理：

  • 加密单元： TDE加密通常以表空间为单位进行。这意味着您可以选择性地加密包含敏感数据的表空间，而无需加密整个数据库实例。
  • 密钥管理： TDE依赖于密钥管理系统来安全地存储和管理用于加密和解密数据的密钥。MySQL 8.0支持内部密钥管理和外部密钥管理（通过Key Management Interoperability Protocol，KMIP）。
  • 加密算法： TDE支持各种加密算法，例如AES（高级加密标准）。

2. TDE的优势

  • 数据安全： 通过加密静态数据，TDE可以防止未经授权的访问，例如在磁盘丢失或被盗的情况下。
  • 合规性： TDE可以帮助满足各种合规性要求，例如PCI DSS、HIPAA和GDPR。
  • 透明性： TDE对应用程序是透明的，无需修改应用程序代码即可实现数据加密。
  • 性能： 虽然TDE会带来一些性能开销，但现代CPU的硬件加速可以最大限度地减少这种影响。

3. MySQL 8.0中的TDE实现

3.1 启用TDE

要启用TDE，首先需要配置密钥管理系统。然后，您可以创建一个加密的表空间，并将表移动到该表空间。

3.1.1 内部密钥管理（Keyring插件）

MySQL 8.0提供了一个内置的密钥管理插件，称为keyring_file。它将密钥存储在服务器本地的文件中。虽然方便，但不建议用于生产环境，因为它安全性较低。更安全的选项是keyring_encrypted_file，它使用主密钥来加密存储密钥的文件，主密钥需要单独管理。

配置keyring_file插件 (不推荐生产环境):

  1. 安装插件：

    INSTALL PLUGIN keyring_file SONAME 'keyring_file.so';

  2. 配置插件：

    在my.cnf文件中添加以下行：

    [mysqld]
early-plugin-load=keyring_file.so
keyring_file_data=/path/to/keyring/keyring

    将/path/to/keyring/keyring替换为密钥文件的实际路径。 确保MySQL服务器用户拥有对该文件的读写权限。

  3. 重启MySQL服务器。

配置keyring_encrypted_file插件 (推荐):

  1. 安装插件：

    INSTALL PLUGIN keyring_encrypted_file SONAME 'keyring_encrypted_file.so';

  2. 配置插件：

    在my.cnf文件中添加以下行：

    [mysqld]
early-plugin-load=keyring_encrypted_file.so
keyring_encrypted_file_data=/path/to/keyring/keyring_encrypted
keyring_encrypted_file_password=your_encryption_password

    将/path/to/keyring/keyring_encrypted替换为密钥文件的实际路径。 将your_encryption_password替换为一个强密码，用于加密密钥文件。 请务必妥善保管此密码！ 丢失此密码将导致无法访问加密的数据。

  3. 重启MySQL服务器。

3.1.2 外部密钥管理（KMIP）

为了提高安全性，建议使用外部密钥管理系统（KMS），例如HashiCorp Vault、AWS KMS或Azure Key Vault。 MySQL 8.0通过Key Management Interoperability Protocol（KMIP）支持与外部KMS的集成。

配置KMIP：

  1. 安装keyring_okv插件：

    INSTALL PLUGIN keyring_okv SONAME 'keyring_okv.so';

    keyring_okv插件用于与KMIP服务器通信。

  2. 配置my.cnf文件：

    [mysqld]
early-plugin-load=keyring_okv.so
keyring_okv_conf_file=/path/to/okvclient.conf

    将/path/to/okvclient.conf替换为KMIP客户端配置文件路径。 okvclient.conf 文件包含连接到KMIP服务器所需的配置信息，例如服务器地址、端口、证书等。 该文件的具体内容取决于您使用的KMIP服务器。 这里给出一个示例：

    [kmip]
server_address=kmip.example.com
server_port=5696
ssl_key=/path/to/client-key.pem
ssl_cert=/path/to/client-cert.pem
ssl_ca=/path/to/ca-cert.pem
    • server_address: KMIP服务器的地址。
    • server_port: KMIP服务器的端口。
    • ssl_key: 客户端私钥的路径。
    • ssl_cert: 客户端证书的路径。
    • ssl_ca: CA证书的路径，用于验证KMIP服务器的证书。

  3. 重启MySQL服务器。

3.2 创建加密表空间

一旦配置了密钥管理系统，就可以创建一个加密的表空间。

CREATE TABLESPACE `encrypted_ts` ADD DATAFILE 'encrypted_ts.ibd' ENCRYPTION='Y';

这将在磁盘上创建一个名为encrypted_ts的加密表空间。 ENCRYPTION='Y' 选项指定该表空间应进行加密。

3.3 将表移动到加密表空间

要加密表，请将其移动到加密的表空间。

CREATE TABLE `sensitive_data` (
  `id` INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` VARCHAR(255) NULL,
  `credit_card` VARCHAR(255) NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;

ALTER TABLE `sensitive_data` TABLESPACE `encrypted_ts`;

这将将sensitive_data表移动到encrypted_ts表空间，从而加密该表的数据。

4. 密钥管理增强

MySQL 8.0引入了许多密钥管理增强功能，以提高密钥的安全性和可用性。

  • 密钥轮换： 密钥轮换是定期更改加密密钥的过程。这有助于降低密钥泄露的风险。 MySQL 8.0允许您轮换TDE密钥，而无需停机。
  • 双重加密： MySQL 8.0支持双重加密，这意味着数据可以使用两个不同的密钥进行加密。这提供了额外的安全层。
  • 只读密钥： MySQL 8.0允许您创建只读密钥，这些密钥只能用于解密数据，而不能用于加密数据。这有助于限制密钥的潜在损害。
  • 密钥撤销： 如果密钥泄露或不再需要，可以撤销该密钥。 撤销密钥后，将无法使用该密钥解密数据。

4.1 密钥轮换

可以使用以下语句轮换密钥：

ALTER INSTANCE ROTATE INNODB MASTER KEY;

这将生成一个新的主密钥，并使用新密钥重新加密所有加密的表空间。 此操作可能需要一些时间，具体取决于加密数据的量。

4.2 双重加密

双重加密可以通过配置两个不同的密钥管理插件来实现。 例如，您可以使用keyring_encrypted_file插件存储第一个密钥，并使用KMIP插件存储第二个密钥。 然后，您可以将表配置为使用两个密钥进行加密。 具体的配置方式取决于您使用的密钥管理系统。

4.3 只读密钥

创建只读密钥的方式取决于使用的密钥管理系统。 对于KMIP，您可以配置KMIP服务器，以便只允许MySQL服务器使用特定的密钥进行解密操作。

4.4 密钥撤销

撤销密钥的方式也取决于使用的密钥管理系统。 对于KMIP，您可以从KMIP服务器中删除密钥。 删除密钥后，MySQL服务器将无法使用该密钥解密数据。

5. 代码示例

以下是一个完整的代码示例，演示如何在MySQL 8.0中启用TDE并轮换密钥：

-- 1. 安装并配置密钥管理插件 (此处以keyring_encrypted_file为例)
INSTALL PLUGIN keyring_encrypted_file SONAME 'keyring_encrypted_file.so';

-- 修改my.cnf文件，添加以下内容
-- [mysqld]
-- early-plugin-load=keyring_encrypted_file.so
-- keyring_encrypted_file_data=/path/to/keyring/keyring_encrypted
-- keyring_encrypted_file_password=your_encryption_password

-- 重启MySQL服务器

-- 2. 创建加密表空间
CREATE TABLESPACE `encrypted_ts` ADD DATAFILE 'encrypted_ts.ibd' ENCRYPTION='Y';

-- 3. 创建表并将其移动到加密表空间
CREATE TABLE `sensitive_data` (
  `id` INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` VARCHAR(255) NULL,
  `credit_card` VARCHAR(255) NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;

ALTER TABLE `sensitive_data` TABLESPACE `encrypted_ts`;

-- 4. 轮换密钥
ALTER INSTANCE ROTATE INNODB MASTER KEY;

6. 性能考虑

TDE会带来一些性能开销，因为数据需要在写入磁盘时加密，在从磁盘读取时解密。 性能影响取决于多种因素，例如CPU速度、磁盘速度、加密算法和数据量。

以下是一些可以最大限度地减少TDE性能影响的技巧：

  • 使用硬件加速： 现代CPU提供硬件加速，可以显著提高加密和解密的性能。
  • 选择合适的加密算法： AES是一种快速且安全的加密算法，通常是TDE的最佳选择。
  • 只加密敏感数据： 只加密包含敏感数据的表空间，而不是加密整个数据库实例。
  • 监控性能： 监控数据库的性能，并根据需要进行调整。

7. 安全性注意事项

  • 保护密钥： 加密密钥是TDE安全性的关键。 务必安全地存储和管理密钥。 使用外部密钥管理系统可以提供更高的安全性。
  • 密钥轮换： 定期轮换密钥，以降低密钥泄露的风险。
  • 访问控制： 限制对加密数据的访问。 只有经过授权的用户才能访问解密的数据。
  • 审计： 启用审计日志，以跟踪对加密数据的访问。

8. 总结

MySQL 8.0的TDE和密钥管理增强功能为保护静态数据提供了强大的工具。 通过使用TDE，您可以加密敏感数据，而无需修改应用程序代码。 密钥管理增强功能可帮助您安全地存储和管理加密密钥。 通过仔细规划和实施，您可以利用这些功能来提高数据库的安全性并满足合规性要求。

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