MySQL 表空間加密插件 Keyring

作者：楊明翰 2021-09-08 19:35:02

MySQL支持對InnoDB單表空間、通用表空間、系統表空間和Redo、Undo文件進行靜態加密。

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本文轉載自微信公眾號「數據和云」，作者楊明翰。轉載本文請聯系數據和云公眾號。

前言

MySQL支持對InnoDB單表空間、通用表空間、系統表空間和Redo、Undo文件進行靜態加密。從8.0.16開始支持對Schema和通用表空間設置加密默認值，這就允許對在這些Schema和表空間中的表是否加密進行統一控制;靜態加密功能依賴于Keyring組件或插件，MySQL社區版提供的Keyring file插件會將Keyring數據存儲在服務器主機的本地文件系統中。

01 安裝

mkdir /usr/local/mysql/keyring 
chown -R mysql.mysql keyring

配置文件中增加

[mysqld]early-plugin-load=keyring_file.sokeyring_file_data=/usr/local/mysql/keyring/keyring

重啟數據庫

mysql> select * from information_Schema.plugins where plugin_name like '%keyring%'\G 
*************************** 1. row *************************** 
           PLUGIN_NAME: keyring_file         
           PLUGIN_VERSION: 1.0          
           PLUGIN_STATUS: ACTIVE            
           PLUGIN_TYPE: KEYRING 
   PLUGIN_TYPE_VERSION: 1.1 
        PLUGIN_LIBRARY: keyring_file.so 
PLUGIN_LIBRARY_VERSION: 1.10 
         PLUGIN_AUTHOR: Oracle Corporation 
    PLUGIN_DESCRIPTION: store/fetch authentication data to/from a flat file 
        PLUGIN_LICENSE: GPL 
           LOAD_OPTION: ON 
            
mysql> show global variables like '%keyring%'; 
+--------------------+----------------------------------+ 
| Variable_name      | Value                            | 
+--------------------+----------------------------------+ 
| keyring_file_data  | /usr/local/mysql/keyring/keyring | 
| keyring_operations | ON                               | 
+--------------------+----------------------------------+ 
2 rows in set (0.02 sec)

02 加密操作

mysql> alter table t7 encryption='Y';  Query OK, 2 rows affected (0.10 sec) 
Records: 2  Duplicates: 0  Warnings: 0 
 
mysql> alter table t2 encryption='Y';  
Query OK, 1 row affected (0.11 sec) 
Records: 1  Duplicates: 0  Warnings: 0 
 
 
mysql> alter  database test DEFAULT ENCRYPTION = 'Y'; 
Query OK, 1 row affected (0.03 sec) 
 
 
mysql> ALTER TABLESPACE mysql ENCRYPTION = 'Y';    
Query OK, 0 rows affected (2.80 sec)

03 取消加密

mysql> alter table t2 encryption='N'; 
Query OK, 1 row affected (0.11 sec) 
Records: 1  Duplicates: 0  Warnings: 0 
 
mysql> alter table t7 encryption='N';  
Query OK, 2 rows affected (0.08 sec) 
Records: 2  Duplicates: 0  Warnings: 0 
 
 
mysql> alter  database test DEFAULT ENCRYPTION = 'N'; 
Query OK, 1 row affected (0.03 sec) 
 
 
mysql> ALTER TABLESPACE mysql ENCRYPTION = 'N'; 
Query OK, 0 rows affected (2.37 sec)

04 查看元數據

查看插件

mysql> SELECT PLUGIN_NAME, PLUGIN_STATUS        FROM INFORMATION_SCHEMA.PLUGINS        WHERE PLUGIN_NAME LIKE 'keyring%'; 
+--------------+---------------+ 
| PLUGIN_NAME  | PLUGIN_STATUS | 
+--------------+---------------+ 
| keyring_file | ACTIVE        | 
+--------------+---------------+ 
1 row in set (0.01 sec)

查看存在的key

mysql> SELECT * FROM performance_schema.keyring_keys; 
+--------------------------------------------------+-----------+----------------+ 
| KEY_ID                                           | KEY_OWNER | BACKEND_KEY_ID | 
+--------------------------------------------------+-----------+----------------+ 
| INNODBKey-8c537ce5-4a53-12eb-907d-000c298c47fa-1 |           |                | 
+--------------------------------------------------+-----------+----------------+ 
1 row in set (0.00 sec)

05 查看加密對象

加密表空間

mysql> SELECT SPACE, NAME, SPACE_TYPE, ENCRYPTION FROM INFORMATION_SCHEMA.INNODB_TABLESPACES        WHERE ENCRYPTION='Y'; 
+------------+---------+------------+------------+ 
| SPACE      | NAME    | SPACE_TYPE | ENCRYPTION | 
+------------+---------+------------+------------+ 
| 4294967294 | mysql   | General    | Y          | 
|        145 | test/t7 | Single     | Y          | 
+------------+---------+------------+------------+ 
2 rows in set (0.00 sec)

查看加密表

mysql> SELECT TABLE_SCHEMA, TABLE_NAME, CREATE_OPTIONS FROM INFORMATION_SCHEMA.TABLES  WHERE CREATE_OPTIONS LIKE '%ENCRYPTION%';       
+--------------+------------+----------------+ 
| TABLE_SCHEMA | TABLE_NAME | CREATE_OPTIONS | 
+--------------+------------+----------------+ 
| test         | t7         | ENCRYPTION='Y' | 
+--------------+------------+----------------+ 
1 row in set (0.04 sec)

查看加密Database

mysql> SELECT SCHEMA_NAME, DEFAULT_ENCRYPTION FROM INFORMATION_SCHEMA.SCHEMATA   WHERE DEFAULT_ENCRYPTION='YES'; 
+-------------+--------------------+ 
| SCHEMA_NAME | DEFAULT_ENCRYPTION | 
+-------------+--------------------+ 
| test        | YES                | 
+-------------+--------------------+ 
1 row in set (0.00 sec)

從MySQL8.0.23版本開始，支持對DoubleWrite文件頁的加密，這一特性無需單獨配置。MySQL會自動加密屬于加密表的雙寫文件頁。
支持通過配置innodb_redo_log_encrypt選項對Redo日志進行加密，默認禁用。啟用innodb_redo_log_encrypt后原Redo日志中未加密頁面保持未加密狀態，新產生的Redo日志頁面以加密形式寫入;反之亦然。加密Metadata存放在ib_logfile0文件header中。
支持通過配置innodb_undo_log_encrypt選項對Undo日志進行加密，默認禁用。啟用innodb_undo_log_encrypt后原Undo日志中未加密頁面保持未加密狀態，新產生的undo日志頁面以加密形式寫入;反之亦然。加密Metadata存放在Undo日志文件header中。

06 加密秘鑰輪換

加密秘鑰應該定期輪換，輪換操作是原子的實例級別的操作。每次輪換主加密密鑰時，MySQL 實例中的所有表空間密鑰都會重新加密并保存回各自的表空間表頭。如果輪換操作被服務器故障中斷，重啟后將會做前滾操作。

輪換操作只會更新主秘鑰并重新加密表空間秘鑰，并不會重新解密并加密表空間數據。

輪換操作需要Super權限或 ENCRYPTION_KEY_ADMIN權限;語句如下：

ALTER INSTANCE ROTATE INNODB MASTER KEY;

成功的 ALTER INSTANCE ROTATE INNODB MASTER KEY 語句將寫入二進制日志以在副本上進行復制。

請確保對主秘鑰進行備份(在創建和輪換后)，否則可能無法恢復加密表空間中的數據。

07 通過Performance Schema監控加密進度

打開stage/innodb/alter tablespace (encryption) instrument:

mysql> system clear 
mysql> USE performance_schema; 
Database changed 
mysql> UPDATE setup_instruments SET ENABLED = 'YES' WHERE NAME LIKE 'stage/innodb/alter tablespace (encryption)'; 
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec) 
Rows matched: 1  Changed: 0  Warnings: 0

啟用the stage event consumer tables，包括events_stages_current, events_stages_history, and events_stages_history_long.

mysql> UPDATE setup_consumers SET ENABLED = 'YES' WHERE NAME LIKE '%stages%'; 
Query OK, 3 rows affected (0.01 sec) 
Rows matched: 3  Changed: 3  Warnings: 0

執行一個加密操作

mysql> ALTER TABLESPACE mysql ENCRYPTION = 'Y';  
Query OK, 0 rows affected (2.80 sec)

通過查詢Performance_Schema events_stages_current 表來檢查加密操作的進度。

WORK_ESTIMATED 報告表空間中的總頁數。

WORK_COMPLETED 報告處理的頁數。

mysql> select * from events_stages_current; 
Empty set (0.00 sec)

如果加密操作已完成，events_stages_current 表將返回一個空集。在這種情況下，您可以檢查 events_stages_history 表以查看已完成操作的事件數據。

mysql> SELECT EVENT_NAME, WORK_COMPLETED, WORK_ESTIMATED FROM events_stages_history; 
+--------------------------------------------+----------------+----------------+ 
| EVENT_NAME                                 | WORK_COMPLETED | WORK_ESTIMATED | 
+--------------------------------------------+----------------+----------------+ 
| stage/innodb/alter tablespace (encryption) |           2559 |           2559 | 
| stage/innodb/alter tablespace (encryption) |           2559 |           2559 | 
| stage/innodb/alter tablespace (encryption) |           2559 |           2559 | 
| stage/innodb/alter tablespace (encryption) |           2559 |           2559 | 
| stage/innodb/alter tablespace (encryption) |           2559 |           2559 | 
| stage/innodb/alter tablespace (encryption) |           2559 |           2559 | 
| stage/innodb/alter tablespace (encryption) |           2559 |           2559 | 
+--------------------------------------------+----------------+----------------+ 
7 rows in set (0.00 sec)

關于作者

楊明翰，云和恩墨服務總監。擁有MySQL、TDSQL、TiDB、openGauss等認證。長期從事MySQL、PG、Redis、MongoDB的數據庫技術服務。現負責云和恩墨西區開源數據庫交付運維工作;熱衷于開源數據庫產品的研究。

責任編輯：武曉燕來源：數據和云