我們一起聊聊Hdfs的透明加密記錄
作者：huan1993
? HDFS透明加密（Transparent Encryption）支持端對端的透明加密，啟用以后，對于一些需要加密的HDFS目錄里的文件可以實現透明的加密和解密，而不需要修改用戶的業務代碼。端對端是指加密和解密只能通過客戶端來操作。
1、背景
我們知道，在hdfs中，我們的數據是以block塊存儲在我們的磁盤上的，那么默認情況下，它是以密文存儲的，還是以明文存儲的呢？如果是明文存儲的，那么是否就不安全呢？那么在hdfs中是如何做才能做到數據的透明加密呢？
2、常見的加密層級
常見的加密層級
- 應用層加密： 這是最安全和最靈活的方法。加密內容最終由應用程序來控制。并且可以精確的反應用戶的需求。但是，編寫應用程序來實現加密一般都比較困難。
- 數據庫層加密： 類似于應用程序級加密。大多數數據庫供應商都提供某種形式的加密。但是可能存在性能問題。比如：索引無法加密。
- 文件系統層加密： 這種方式對性能影響不大，且對應用程序是透明的，一般也比較容易實施。但是如果需要應對細粒度的要求策略，可能無法完全滿足。比如：加密文件系統(EFS)用于在(NTFS)文件系統卷上存儲已加密的文件。
- 磁盤層加密： 易于部署和高性能，但是相當不靈活，只能防止用戶從物理層面盜竊數據。
3、透明加密介紹
- HDFS透明加密（Transparent Encryption）支持端對端的透明加密，啟用以后，對于一些需要加密的HDFS目錄里的文件可以實現透明的加密和解密，而不需要修改用戶的業務代碼。端對端是指加密和解密只能通過客戶端來操作。
- 對于加密區域里的文件，HDFS保存的即是加密后的文件，文件加密的密鑰也是加密的。讓非法用戶即使從操作系統層面拷走文件，也是密文，沒法查看。
- HDFS集群管理和密鑰的管理是互相獨立的職責，由不同的用戶角色（HDFS管理員、密鑰管理員）承擔。
- 只有HDFS客戶端可以加密或解密數據，密鑰管理在HDFS外部，HDFS無法訪問未加密的數據或加密密鑰。
4、HDFS透明加密的核心概念
4.1 加密區域
加密區域就是HDFS上的一個目錄，只不過該目錄相對而言稍微特殊點。 文件寫入的時候會被透明加密，文件讀取的時候會被透明解密。
4.2 加密區域密鑰-EZ KEY
當加密區域被創建時，都會有一個加密區域密鑰（EZ密鑰, encryption zone key）與之對應，EZ密鑰存儲在HDFS外部的密鑰庫中。
4.3 數據加密密鑰-DEK
加密區域里的每個文件都有其自己的加密密鑰，叫做數據加密密鑰（DEK, data. encryption key）。
DEK
4.4 加密數據加密密鑰 EDEK
DEK會使用其各自的加密區域的EZ密鑰進行加密，以形成 加密數據加密密鑰(EDEK)
EDEK
4.5 DEK的加解密和文件的加解密
DEK的加解密和文件的加解密
4.6 密鑰庫
- 存儲密鑰(key)的叫做密鑰庫(keystore)，將HDFS與外部企業級密鑰庫(keystore)集成是部署透明加密的第一步。
- 為什么密鑰庫獨立與HDFS之外? 可以指責分離，而且也更加安全。 這樣hdfs管理員和keystore管理員就是2個人，各個處理各自的事情。
4.7 KMS 密鑰管理服務
- Hadoop密鑰管理服務(Key Management Server,簡稱KMS)，用作HDFS客戶端與密鑰庫之間的代理。
- KMS主要有以下幾個職責
- 訪問加密區域密鑰(EZ Key)
- 生成EDEK，EDEK存儲在NameNode上
- 為HDFS客戶端解密EDEK
5、配置透明加密
5.1 關閉hdfs集群
[hadoopdeploy@hadoop01 sh]$ stop-dfs.sh
Stopping namenodes on [hadoop01]
Stopping datanodes
Stopping secondary namenodes [hadoop03]
[hadoopdeploy@hadoop01 sh]$5.2 創建keystore
密鑰庫的密碼為Hadoop@123
[hadoopdeploy@hadoop01 ~]$ keytool -genkey -alias 'keystore_hadoop'
輸入密鑰庫口令:
再次輸入新口令:
您的名字與姓氏是什么?
[Unknown]:
您的組織單位名稱是什么?
[Unknown]:
您的組織名稱是什么?
[Unknown]:
您所在的城市或區域名稱是什么?
[Unknown]:
您所在的省/市/自治區名稱是什么?
[Unknown]:
該單位的雙字母國家/地區代碼是什么?
[Unknown]:
CN=Unknown, OU=Unknown, O=Unknown, L=Unknown, ST=Unknown, C=Unknown是否正確?
[否]: y
輸入 <keystore_hadoop> 的密鑰口令
(如果和密鑰庫口令相同, 按回車):
再次輸入新口令:
Warning:
JKS 密鑰庫使用專用格式。建議使用 "keytool -importkeystore -srckeystore /home/hadoopdeploy/.keystore -destkeystore /home/hadoopdeploy/.keystore -deststoretype pkcs12" 遷移到行業標準格式 PKCS12。
[hadoopdeploy@hadoop01 ~]$ ll ~/.keystore
-rw-rw-r--. 1 hadoopdeploy hadoopdeploy 1992 6月 15 22:20 /home/hadoopdeploy/.keystore
[hadoopdeploy@hadoop01 ~]$
生成keystore
5.3 編輯 kms-site.xml文件
<configuration>
<!-- 設置密鑰庫的提供者，jceks:標識的是java密鑰庫 -->
<property>
<name>hadoop.kms.key.provider.uri</name>
<value>jceks://file@/${user.home}/kms.jks</value>
</property>
<!-- 密鑰庫的密碼文件,該文件中保存的是訪問密鑰庫的密碼, 需要放置在hadoop的配置文件夾下 ...../etc/hadoop -->
<property>
<name>hadoop.security.keystore.java-keystore-provider.password-file</name>
<value>kms.keystore.password.txt</value>
</property>
<property>
<name>hadoop.kms.http.port</name>
<value>16000</value>
</property>
<!-- 對外暴露的kms服務地址 -->
<property>
<name>dfs.encryption.key.provider.uri</name>
<value>kms://http@hadoop01:16000/kms</value>
</property>
<!-- 認證方式 -->
<property>
<name>hadoop.kms.authentication.type</name>
<value>simple</value>
</property>
</configuration>需要創建kms.keystore.password.txt文件，并設置密鑰庫的密碼
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ cat /opt/bigdata/hadoop-3.3.4/etc/hadoop/kms.keystore.password.txt
Hadoop@123
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$5.4 編輯 kms-env.sh
export KMS_HOME=/opt/bigdata/hadoop-3.3.4
export KMS_LOG=${KMS_HOME}/logs/kms
export KMS_ADMIN_PORT=160015.5 修改core-site.xml
<!-- 指定訪問kms服務的地址 -->
<property>
<name>hadoop.security.key.provider.path</name>
<value>kms://http@hadoop01:16000/kms</value>
</property>5.6 修改hdfs-site.xml
<!-- 指定訪問kms服務的地址 -->
<property>
<name>dfs.encryption.key.provider.uri</name>
<value>kms://http@hadoop01:16000/kms</value>
</property>5.7 同步配置到集群另外的機器上
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ scp kms-site.xml kms-env.sh core-site.xml hdfs-site.xml hadoop01:$PWD
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ scp kms-site.xml kms-env.sh core-site.xml hdfs-site.xml hadoop02:$PWD5.8 啟動hdfs集群
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ start-dfs.sh
Starting namenodes on [hadoop01]
Starting datanodes
Starting secondary namenodes [hadoop03]
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ jps
2080 NameNode
2243 DataNode
2471 Jps
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$5.9 啟動kms服務
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ hadoop --daemon start kms
WARNING: KMS_LOG has been replaced by HADOOP_LOG_DIR. Using value of KMS_LOG.
WARNING: /opt/bigdata/hadoop-3.3.4//temp does not exist. Creating.
WARNING: /opt/bigdata/hadoop-3.3.4/logs/kms does not exist. Creating.
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ jps
2080 NameNode
2243 DataNode
2870 KMSWebServer
2904 Jps
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$hadoop --daemon stop kms 停止kms服務
6、測試透明加密
需求： 在hdfs上創建2個目錄logs和datas，只要是在datas目錄中上傳文件都需要透明加密，logs目錄不需要，同時往logs和datas目錄中上傳一個文件，然后查看對應文件在磁盤上的block塊，直接在操作系統上查看這個塊，看文件是否加密。
6.1 準備數據
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ hadoop fs -mkdir /logs
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ hadoop fs -mkdir /datas
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ hadoop fs -ls /
Found 2 items
drwxr-xr-x - hadoopdeploy supergroup 0 2023-06-16 21:10 /datas
drwxr-xr-x - hadoopdeploy supergroup 0 2023-06-16 21:10 /logs
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ echo 123456789 > 1.data
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ cat 1.data
123456789
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$在 / 目錄下創建2個文件夾 logs和datas, 并創建一個文件1.data，內容為123456789， 1.data先不傳遞到logs和datas目錄中。
6.2 創建key
# 創建一個key ，名字是 ezk_datas
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ hadoop key create ezk_datas
ezk_datas has been successfully created with options Options{cipher='AES/CTR/NoPadding', bitLength=128, description='null', attributes=null}.
org.apache.hadoop.crypto.key.kms.LoadBalancingKMSClientProvider@3d5c822d has been updated.
# 查看key 列表
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ hadoop key list -metadata
Listing keys for KeyProvider: org.apache.hadoop.crypto.key.kms.LoadBalancingKMSClientProvider@2f8dad04
ezk_datas : cipher: AES/CTR/NoPadding, length: 128, description: null, created: Fri Jun 16 21:36:51 CST 2023, version: 1, attributes: [key.acl.name=ezk_datas]
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$6.3 創建加密區域
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ hdfs crypto -createZone -keyName ezk_datas -path /datas
Added encryption zone /datas
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ezk_datas： 為我們創建的ezk的名字
/datas： hdfs上的一個目錄
6.4 文件上傳
# 往/datas目錄上傳一個文件
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ hadoop fs -put 1.data /datas
# 往/logs目錄上傳一個文件
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$ hadoop fs -put 1.data /logs
[hadoopdeploy@hadoop01 hadoop]$6.5 查看加密文件
查看加密文件
7、參考資料
1、https://hadoop.apache.org/docs/current/hadoop-project-dist/hadoop-hdfs/TransparentEncryption.html
責任編輯：武曉燕
來源：
今日頭條
