DB2中的數(shù)據(jù)值加密

多年來，數(shù)據(jù)庫已經(jīng)能夠阻止未經(jīng)授權(quán)的人看到其中的數(shù)據(jù)，這通常是通過數(shù)據(jù)庫管理器中的特權(quán)和權(quán)限來實現(xiàn)的。在當(dāng)前的環(huán)境下，對存儲數(shù)據(jù)的保密的需求日益增長。這意味著即使 DBA 對表中的數(shù)據(jù)有完全的訪問權(quán)限，但是表中可能還有數(shù)據(jù)擁有者不希望任何其他人看到的某些信息。特別是對于基于 Web 的應(yīng)用程序，這一問題就更加明顯了，在這種應(yīng)用程序中，用戶輸入的數(shù)據(jù)（比如信用卡號）需要保存起來，以備同一用戶以后使用該應(yīng)用程序。同時，用戶擁有者希望能夠確保任何其他人不能訪問這種數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)這種功能，DB2 內(nèi)置了一些 SQL 函數(shù)，這些函數(shù)允許應(yīng)用程序加密和解密數(shù)據(jù)。當(dāng)將數(shù)據(jù)插入到數(shù)據(jù)庫中時，可以使用用戶提供的加密密碼對其加密。當(dāng)檢索該數(shù)據(jù)的時候，必須提供相同的密碼才能解密數(shù)據(jù)。對于要多次使用同一個密碼的情況，可以使用一個賦值語句設(shè)置 ENCRYPTION PASSWORD 值，并令其在某次連接期間內(nèi)有效。

本文將描述這些 SQL 函數(shù)，并給出一些關(guān)于如何使用這些加密函數(shù)的例子。我們還將討論在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中使用加密數(shù)據(jù)的設(shè)計和性能相關(guān)事項。

實現(xiàn)

下面顯示了這些新的 SQL 函數(shù)的簽名。在 DB2 文檔的 SQL Reference 部分中有更詳細(xì)的文檔。（為了確保對加密的數(shù)據(jù)使用正確的數(shù)據(jù)類型和長度，請務(wù)必閱讀 SQL Reference 中 ENCRYPT 函數(shù)下的“Table Column Definition”部分。）

Encrypt (StringDataToEncrypt, PasswordOrPhrase, PasswordHint)

Decrypt_Char(EncryptedData, PasswordOrPhrase)

GetHint(EncryptedData)

Set Encryption Password

用于對數(shù)據(jù)加密的算法是一個 RC2 分組密碼（block cipher），它帶有一個 128 位的密鑰。這個 128 位的密鑰是通過消息摘要從密碼得來的。加密密碼與 DB2 認(rèn)證無關(guān)，僅用于數(shù)據(jù)的加密和解密。

這里可以提供一個可選的參數(shù) PasswordHint，這是一個字符串，可以幫助用戶記憶用于對數(shù)據(jù)加密的 PasswordOrPhrase。（例如，可以使用 George 作為記憶 Washington的提示。）

列級加密

列級加密（column level encryption）意味著對于一個給定列中的所有值都使用相同的密碼進(jìn)行加密。這種類型的加密可以在視圖中使用，也可以在使用了一個公共密碼的情況下使用。當(dāng)對一個或多個表中所有的行使用相同的密鑰時，ENCRYPTION PASSWORD 專用寄存器將十分有用。

例 1：這個例子使用 ENCRYPTION PASSWORD 值來保存加密密碼。它對雇員的社會保險號進(jìn)行加密，并以經(jīng)過加密的形式將其存儲在 EMP 表中。

create table emp (ssn varchar(124) for bit data);

set encryption password = Ben123;

insert into emp (ssn) values(encrypt(289-46-8832));

insert into emp (ssn) values(encrypt(222-46-1904));

insert into emp (ssn) values(encrypt(765-23-3221));

select decrypt_char(ssn) from emp;

例 2：這個例子在結(jié)合使用視圖的情況下使用 ENCRYPTION PASSWORD 值來保存加密密碼。下面的語句聲明了 emp 表的一個視圖：

create view clear_ssn (ssn) as select decrypt_char(ssn) from emp;
在應(yīng)用程序代碼中，我們將 ENCRYPTION PASSWORD 設(shè)置為 Ben123，現(xiàn)在可以使用 clear_ssn 視圖了。

set encryption password = Ben123;

select ssn from clear_ssn;

行-列（單元格）或 集合-列級加密

行-列（單元格）或 集合-列（Set-Column）級加密意味著在一個加密數(shù)據(jù)列內(nèi)使用多個不同的密碼。例如，Web 站點可能需要保存客戶信用卡號（ccn）。在這個數(shù)據(jù)庫中，每個客戶可以使用他自己的密碼或短語來加密 ccn。

例 3：Web 應(yīng)用程序收集關(guān)于客戶的用戶信息。這種信息包括客戶名稱（存儲在宿主變量 custname中）、信用卡號（存儲在宿主變量 cardnum中）和密碼（存儲在宿主變量 userpswd中）。應(yīng)用程序像下面這樣執(zhí)行客戶信息的插入操作。

insert into customer (ccn, name) values(encrypt(:cardnum, :userpswd), :custname)
當(dāng)應(yīng)用程序需要重新顯示某客戶的信用卡信息時，客戶要輸入密碼，同樣該密碼也要存儲在宿主變量 userpswd 中。之后，可以像下面這樣檢索該 ccn ：

select decrypt_char(ccn, :userpswd) from customer where name = :custname;
例 4：這個例子使用提示來幫助客戶記憶他們的密碼。這里使用與例 3 相同的應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序?qū)⑻崾颈４娴剿拗髯兞?pswdhint中。假設(shè) userpswd 的值是 Chamonix， pswdhint的值是 Ski Holiday。

insert into customer (ccn, name)

values(encrypt(:cardnum, :userpswd, :pswdhint), :custname)
如果客戶請求關(guān)于所使用的密碼的提示，可以使用下面的查詢。

select gethint(ccn) into :pswdhint from customer where name = :custname;
pswdhint的值被設(shè)置為Ski Holiday。

加密非字符值

數(shù)值和日期/時間數(shù)據(jù)類型的加密通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換得到間接的支持。非字符的 SQL 類型通過強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為 varchar 或 char，就可以被加密了。有關(guān)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的更多信息，請參閱 SQL 參考文檔中的 “Casting Between Data Types” 部分。

例 5：加密和解密 TIMESTAMP 數(shù)據(jù)時用到的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換函數(shù)。

-- Create a table to store our encrypted value

create table etemp (c1 varchar(124) for bit data);

set encryption password next password;

-- Store encrypted timestamp

insert into etemp values encrypt(char(CURRENT TIMESTAMP));

-- Select decrypt timestamp

select timestamp(decrypt_char(c1)) from etemp;

例 6：加密/解密 double 數(shù)據(jù)。

set encryption password next password;

insert into etemp values encrypt(char(1.11111002E5));

select double(decrypt_char(c1)) from etemp;

性能

加密，就其本質(zhì)而言，會使大部分 SQL 語句慢下來。但是如果多加注意，多加判斷，還是可以將大量的額外開銷降至最低。而且，加密數(shù)據(jù)對于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計有著很大的影響。通常，您需要對一個模式中的一些敏感數(shù)據(jù)元素進(jìn)行加密，例如社會保險號、信用卡號、病人姓名，等等。而有些數(shù)據(jù)值就不是那么適于加密了 -- 例如布爾值（true 和 false），或者其他的像整數(shù) 1 到 10 這樣的小型集合。這些值與列名一起很容易被猜出，因此需要判斷加密是否真的有用。

在某些情況下，對加密的數(shù)據(jù)創(chuàng)建索引是很好的主意。加密數(shù)據(jù)的正確匹配及連接將使用您創(chuàng)建的索引。由于加密數(shù)據(jù)實質(zhì)上是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，因此對加密數(shù)據(jù)進(jìn)行范圍檢查時需要掃描表。范圍檢查需要解密某一列在所有行的值，因此應(yīng)該避免進(jìn)行范圍檢查，至少也應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)優(yōu)。

下面的場景闡明了我們的討論?？紤]一種常見的主從（master-detail）模式，程序員可以在很多項目中使用這種模式。我們將對雇員的社會保險號（ssn）實現(xiàn)列級加密。在主表 emp 和從表 empProject 中，ssn 將以加密的形式存儲。

-- Define Tables and Indexes for encrypted data

create table emp (ssn varchar(48) for bit data,

name varchar(48) );

create unique index idxEmp on emp ( ssn ) includes (name) ;

create table empProject( ssn varchar(48) for bit data,

projectName varchar(48) );

create index idxEmpPrj on empProject ( ssn );

-- Add some data

set encryption password = ssnPassWord;

insert into emp values (encrypt(480-93-7558),Super Programmer);

insert into emp values (encrypt(567-23-2678),Novice Programmer);

insert into empProject values (encrypt(480-93-7558),UDDI Project);

insert into empProject values (encrypt(567-23-2678),UDDI Project);

insert into empProject values (encrypt(480-93-7558),DB2 UDB Version 10);

-- Find the programmers working on UDDI select a.name, decrypt_char(a.ssn)

from emp a, empProject b

where

a.ssn = b.ssn

and b.project =UDDI Project;

-- Build a list of the projects that the programmer with ssn

-- 480-93-7558 is working on

select projectName

from empProject

where ssn = encrypt(480-93-7558);

相對于上面的例子，下面的兩個例子是 不應(yīng)該采用的反面典型。雖然這些查詢同樣能夠返回正確的答案，但是它們會需要為所有行解密 ssn。當(dāng)表很大的時候，這個問題就會變得突出起來。

select a.name, decrypt_char(a.ssn)

from emp a, empProject b

where

decrypt_char(a.ssn) = decrypt_char(b.ssn)

and b.project =UDDI Project;

該查詢會要求解密 emp 表的每一行以及 empProject 表的每個 UDDI Project 行，以執(zhí)行連接。

select projectName

from empProject

where decrypt_char(ssn)= 480-93-7558;

該查詢會要求解密 empProject 表中的每一行。

結(jié)束語

在本文中，我們演示了 IBM DB2 Universal Database 中的加密函數(shù)如何提供簡單方式來加密敏感數(shù)據(jù)。這些函數(shù)可用來實現(xiàn)列級和行-列級的加密。在設(shè)計和實現(xiàn)期間，開發(fā)人員應(yīng)該審視一些重要的性能相關(guān)事項。數(shù)據(jù)加密為隱藏私有數(shù)據(jù)增添了一種新的可用工具，即使對于管理人員，也能起到保密的作用。