如何实现存储层数据加密，不妨试试透明加密（TDE）

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。