SQL Server On Linux（12）—— SQL Server On Linux安全性（5）———透明数据加密（TDE）

本人新书上市，请多多关照：《SQL Server On Linux运维实战 2017版从入门到精通》

Transparent Data Encryption，TDE，也叫透明数据加密，用于在数据和事务写入磁盘时同步加密，简单来说就是如果没有拿到解密密钥，那么即使得到了数据库或者数据库备份及sa密码，你也用不了数据。这个功能从SQL Server 2008 已经引入，不能算新功能，但是说到安全性，还是有必要提一下，因为这个功能从出现开始，一直被强化，可见微软对其的重视。

TDE简介

  开启TDE之后，访问物理数据库文件需要提供证书，在数据写入磁盘时，会同步加密所有数据，在查询数据时再进行解密。TED以8K（即一页）为单位进行加解密。
  需要注意的一点是，当实例开启了TDE之后，TempDB自动被加密，即使用户数据库一点都没用到TempDB，因为实际上几乎没有多少正式数据库是不用TempDB（有些大量数据排序、Hash等会自动使用TempDB），哪怕数秒之后就结束，也有可能带来安全风险，所以一并加密。但是我们知道加解密必然需要CPU开销，所以不管是用户库还是TempDB的这部分数据，都必将受到性能影响。
  TDE的设置不算复杂，需要一个数据库主密钥（database master key）、一个master库的证书及足够的权限。

TDE限制

  了解限制比了解功能更加重要，因为限制只要一个，就足够让你整个过程失败。

1. 不能加密数据库的子集：必须全库加密
2. TDE更加重视文件的保护而不是对数据库内数据的保护。
3. TDE最大的缺点是对FileStream文件不进行加密。
4. 对SQL Server版本有所要求。只有企业版和开发版才有的功能。

TDE性能

  如上所述，加解密本身就是资源消耗操作。由于TDE不加密在SQL缓冲区中的数据（只对写入文件中的数据进行加密），所以大部分时候，在缓冲区的数据不会受到TDE的影响，对性能的影响微乎其微，但是在flush到磁盘和从磁盘读取到内存的过程中，就确实会存在性能问题。

TDE演示

  下面快速演示一下TDE操作，由于这个技术已经出现了比较久，所以网上资料还是挺多。没有必要在这里花太多时间。
  TDE过程分为4步：

1. 在Master库中创建主密钥（master key）。
2. 创建或使用现有证书保护上面的主密钥。
3. 创建数据库加密密钥，使用上面的证书进行保护。
4. 启用数据库TDE。

环境准备

  下面创建一个TDEDemo数据库进行演示：

--创建演示库TDEDemo
use master
go
create database TDEDemo
GO

  创建一个目录用于存放证书，然后进行授权

# mkdir /var/opt/mssql/certs

  创建目录后如下图

  检查当前权限，因为使用root来操作，所以默认初始权限就是root。

  修改权限，使mssql账号及其组能操作。

chown -R mssql:mssql /var/opt/mssql/certs

  检查权限是否修改成功

master库中创建主密钥

USE master;
GO

-- 在Master库中创建主密钥
CREATE MASTER KEY ENCRYPTION BY PASSWORD = '!drJP9QXC&Vi%cs';
GO

--创建证书
CREATE CERTIFICATE TDEDemoCert WITH SUBJECT = 'Certificate to implement TDE on TDEDemo';
GO

--重要！ 备份证书，把证书备份到刚创建的目录下
BACKUP CERTIFICATE TDEDemoCert TO FILE = '/var/opt/mssql/certs/TDEDemoCert'
    WITH PRIVATE KEY ( FILE = '/var/opt/mssql/certs/TDECertPrivateKey' , 
    ENCRYPTION BY PASSWORD = 'RISiS8AUl%CByEk6' );--使用其他强密码
GO

  检查是否创建成功

创建数据库加密密钥并开启TDE

--检查加密情况
SELECT DB_NAME(database_id) AS DatabaseName,
    key_algorithm AS [Algorithm],
    key_length AS KeyLength,
    CASE encryption_state
        WHEN 0 THEN 'No database encryption key present, no encryption'
        WHEN 1 THEN 'Unencrypted'
        WHEN 2 THEN 'Encryption in progress'
        WHEN 3 THEN 'Encrypted'
        WHEN 4 THEN 'Key change in progress'
        WHEN 5 THEN 'Decryption in progress'
    END AS EncryptionStateDesc,
    percent_complete AS PercentComplete
FROM sys.dm_database_encryption_keys;
GO


USE TDEDemo;
GO

-- 创建数据库加密密钥，并使用证书进行加密
CREATE DATABASE ENCRYPTION KEY 
    WITH ALGORITHM = AES_128
    ENCRYPTION BY SERVER CERTIFICATE TDEDemoCert;
GO


-- 开启数据库TDE功能
ALTER DATABASE TDEDemo SET ENCRYPTION ON;
GO
--再次检查
SELECT DB_NAME(database_id) AS DatabaseName,
    key_algorithm AS [Algorithm],
    key_length AS KeyLength,
    CASE encryption_state
        WHEN 0 THEN 'No database encryption key present, no encryption'
        WHEN 1 THEN 'Unencrypted'
        WHEN 2 THEN 'Encryption in progress'
        WHEN 3 THEN 'Encrypted'
        WHEN 4 THEN 'Key change in progress'
        WHEN 5 THEN 'Decryption in progress'
    END AS EncryptionStateDesc,
    percent_complete AS PercentComplete
FROM sys.dm_database_encryption_keys;
GO

  结果如下，TDEDemo和tempdb已经开启了加密

测试TDE

  接下来我们来测试一下效果，首先把证书“剪切”到别的地方，目的是做证书备份。

mv /var/opt/mssql/certs/* /tmp

  剪切走证书之后，对数据库进行备份

BACKUP DATABASE [TDEDemo] TO  DISK = N'/var/opt/mssql/data/TDEDemo.bak' 
WITH NOFORMAT, NOINIT,  NAME = N'TDEDemo-完整 数据库 备份', SKIP, NOREWIND, NOUNLOAD,  STATS = 10
GO

  删除数据库，然后把证书也删了，模拟证书被意外删除

USE master
GO
DROP DATABASE TDEDemo;
GO

DROP CERTIFICATE TDEDemoCert; 
GO

  还原数据库

RESTORE DATABASE [TDEDemo] FILE = N'TDEDemo' FROM  DISK = N'/var/opt/mssql/data/TDEDemo.bak' 
WITH  FILE = 1,  MOVE N'TDEDemo' TO N'/data/TDEDemo.mdf',  MOVE N'TDEDemo_log' TO N'/data/TDEDemo_0.ldf',  NOUNLOAD,  STATS = 10
GO

  还原过程会出现以下报错，因为它找不到证书。

消息 33111，级别 16，状态 3，第 1 行
Cannot find server certificate with thumbprint ‘0x15496153CE71AFAA5181739F73F2FBC8BA231EEA’.
消息 3013，级别 16，状态 1，第 1 行
RESTORE DATABASE is terminating abnormally.

  前面的步骤也可以用来模拟在服务器上获取了备份，不管是正规还是违规，然后在别的服务器进行还原的过程，那么要还原成功，我们需要获取证书和加密密钥。假设已经把这两个文件一并拿回来了。那么下面就要重新创建证书，然后就可以还原。

CREATE CERTIFICATE TDEDemoCert
    FROM FILE = '/tmp/TDEDemoCert'
    WITH PRIVATE KEY ( FILE = '/tmp/TDECertPrivateKey', 
    DECRYPTION BY PASSWORD = 'RISiS8AUl%CByEk6')

RESTORE DATABASE [TDEDemo] FILE = N'TDEDemo' FROM  DISK = N'/var/opt/mssql/data/TDEDemo.bak' 
WITH  FILE = 1,  MOVE N'TDEDemo' TO N'/data/TDEDemo.mdf',  MOVE N'TDEDemo_log' TO N'/data/TDEDemo_0.ldf',  NOUNLOAD,  STATS = 10
GO

总结

  TDE的目标是保护文件的安全，其他方面的安全需要其他的功能来保证。不管是数据库文件还是备份文件，它不保证数据本身的安全，使用过程要注意备份好密钥和证书，否则据本人了解，只有通过导数据到新的库来确保数据库的可迁移性。