保护数据库信息，如何用Go语言+对称密钥做数据加密？

保护数据库信息，如何用Go语言+对称密钥做数据加密？

个人识别信息(PII)是客户告知服务提供商(电子商务、金融服务等)的个人信息。作为服务提供者，他们有责任妥善保管信息。

针对PII的攻击可能来自外部，也可能来自服务商内部。 为了抵御针对PII的攻击，将存储在数据库中的PII加密，这样组织内的员工就无法读取信息，外部攻击者在设法窃取数据库时也无法读取信息。

如何解决这一问题呢？本文就将为大家介绍用 Go语言为数据加密的策略。

一、数据写入

1、读取输入信息（明文）

2、将明文加密为密文

3、将密文写入到数据库中

二、数据读取

1、从数据库中读取密文

2、将密文解密为明文

3、发送明文

三、加密算法

对称密钥非常适合该任务的应用场景，其具有以下特点：

1、加密过程发生在一个缔约方(准确地说是同一服务)。因此无需与另一方交换密钥，双方使用同一密钥。

2、与非对称加密相比，对称加密速度更快，其带来的额外速度在数据交互服务总是受欢迎的。

3、每个数据字段中的文本可能很大。对称加密在加密大数据时具有更好的性能。

加密示例

kingsman ==> sLR9ctALjY0rtAi8IvosScCtBE21gyMOBl3xHzi52Hbo+H3O

四、示例

我们将以金融服务提供商的注册模块为例，展示如何对数据进行简单的加密保存和解密读取。

1、新用户创建函数

func createData(id, name, nationalID, createTimeUnix string) (err error) {

_, err = DB.Exec(`

INSERT INTO

user (id, name, national_id, create_time_unix)

VALUES

("?", "?", "?", "?")

`, id, name, nationalID, createTimeUnix)

return

}

上面的函数是用Go语言将数据写入数据库的最小函数。

这里将示例中的信息范围限制在4个属性：id，姓名，nationalID，createtimeunix。之后会用这个函数来集成加密函数。

2、数据读取函数

type User struct {

ID string

Name string

NationalID string

CreateTimeUnix string

}

func readData(id string) (user User, err error) {

row := DB.QueryRow(`

SELECT

id, name, national_id, create_time_unix

FROM

user

WHERE

id = "?"`, id)

err = row.Scan(

&user.ID,

&user.Name,

&user.NationalID,

&user.CreateTimeUnix)

return

}

上述代码定义了用户对象的结构体，以及一个从数据库中读取数据的函数。函数是读取数据并将其解析为对象而无需任何数据处理的最小代码。如果提供了数据库中正确的表，该函数将正常工作。我们将在之后用这个函数来解密数据库中的数据。

3、数据加密函数

func encrypt(plaintext, passphrase string) (chipertext string, err error) {

block, _ := aes.NewCipher([]byte(passphrase))

gcm, err := cipher.NewGCM(block)

if err != nil {

return

}

nonce := make([]byte, gcm.NonceSize())

if _, err = io.ReadFull(rand.Reader, nonce); err != nil {

return

}

ciphertextByte := gcm.Seal(

nonce,

nonce,

[]byte(plaintext),

nil)

chipertext = base64.StdEncoding.EncodeToString(ciphertextByte)

return

}

上面的函数(encrypt)是用于加密纯文本的函数。AES是一种对称加密算法，大部分现代计算机语言（Go，NodeJS，PYTHON，PHP）都含有AES算法的支持库。上面代码的主要含义是：

（1）使用NewCipher函数来创建明文（passphrase）的密码（加密器），该函数接受可阅读形式的明文作为输入。

（2）使用密封函数（Seal）来加密纯文本，Seal函数的输出是字节格式的密文，是不可阅读的形式，需要将密文编码为base64格式，以便存储在数据库中。

我们将使用encrypt函数对nationalID进行加密，该过程发生在createData函数中。

4、数据解密函数

我们需要创建一个解密函数来对存储在数据库中的数据进行解密，由于是对称密钥，因此解密使用的密钥和加密相同。函数如下：

func decrypt(cipherText, key string) (plainText string, err error) {

// prepare cipher

keyByte := []byte(key)

block, err := aes.NewCipher(keyByte)

if err != nil {

return

}

gcm, err := cipher.NewGCM(block)

if err != nil {

return

}

nonceSize := gcm.NonceSize()

//

// process ciphertext

ciphertextByte, _ := base64.StdEncoding.DecodeString(cipherText)

nonce, ciphertextByteClean := ciphertextByte[:nonceSize], ciphertextByte[nonceSize:]

plaintextByte, err := gcm.Open(

nil,

nonce,

ciphertextByteClean,

nil)

if err != nil {

log.Println(err)

return

}

plainText = string(plaintextByte)

//

return

}

上面的函数（decrypt）主要功能是将密文和密钥重新处理为明文。该函数主要由两部分构成：

（1）第一部分是使用Go语言中的AES和cipher库准备密码。该过程需要使用加密过程中使用的密钥。

（2）第二部分主要进行解密。数据库中的数据是base64格式的字符串类型。在运行Open函数之前，我们需要将其格式转换为字节类型。Open函数的输出是字节类型的，因此我们需要将它格式化为string类型，这样就得到了可阅读的明文。

5、单元测试

在我们将加密和解密函数集成到CRUD DB函数之前，我们必须通过单元测试来验证解密函数的输出是否与明文相同：

func Test_encrypt(t *testing.T) {

type args struct {

plaintext string

key       string

}

tests := []struct {

name string

args args

}{

{

name: "happy test",

args: args{

plaintext: "kingsman",

key:       "04076d64bdb6fcf31706eea85ec98431"},

},

}

for _, tt := range tests {

t.Run(tt.name, func(t *testing.T) {

// encrypt the plaintext

ciphertext, err := encrypt(tt.args.plaintext,   tt.args.key)

if err != nil {

t.Errorf("encrypt() error = %v", err)

return

}

t.Logf("ciphertext = %s", ciphertext)

//

// decrypt the ciphertext from previous encrypt function

plaintext, err := decrypt(ciphertext, tt.args.key)

if err != nil {

t.Errorf("encrypt() error = %v", err)

return

}

t.Logf("plaintext = %s", plaintext)

//

// compare the initial plaintext with output of previous decrypt function

if plaintext != tt.args.plaintext {

t.Errorf("plaintext = %v, want %v", plaintext, tt.args.plaintext)

}

//

})

}

}

首先通过加密函数（encrypt）来对明文（“kingsman”）进行加密。然后将加密函数输出的密文再输入到解密函数中，预期的输出是等于明文的字符串类型值。最后，我们将输出结果与纯文本进行对比验证：

db-encryption go test -v -timeout 30s

=== RUN   Test_encrypt

=== RUN   Test_encrypt/happy_test

--- PASS: Test_encrypt (0.00s)

--- PASS: Test_encrypt/happy_test (0.00s)

main_test.go:78: ciphertext = sLR9ctALjY0rtAi8IvosScCtBE21gyMOBl3xHzi52Hbo+H3O

main_test.go:87: plaintext = kingsman

PASS

ok      github.com/purnaresa/secureme/db-encryption     0.005s

6、函数集成

当我们确信加密和解密函数都能正常工作时，就该将他们集成到CRUD DB函数了。基本上数据在保存到数据库之前都需要进行加密。

func createData(id, name, nationalID, createTimeUnix string) (err error) {

// encryption

nationalID, _ = encrypt(nationalID, masterKey)

//

_, err = DB.Exec(`

INSERT INTO

user (id, name, national_id, create_time_unix)

VALUES

("?", "?", "?", "?")

`, id, name, nationalID, createTimeUnix)

return

}

在上面的代码中，我们为nationalID进行加密，为了简化这个例子，我们忽略了错误输出。对于解密，我们必须在从数据库读取数据后立即运行decrypt函数。

func readData(id string) (user User, err error) {

row := DB.QueryRow(`

SELECT

id, name, national_id, create_time_unix

FROM

user

WHERE

id = "?"`, id)

err = row.Scan(

&user.ID,

&user.Name,

&user.NationalID,

&user.CreateTimeUnix)

// decryption

user.NationalID, _ = decrypt(user.NationalID, masterKey)

//

return

}

总结

上述代码中提供的是对单个值进行加密的示例，同样的方法也可以用于多个值的加密。只要密钥得到很好的保护（不泄露），AES机制就可以安全使用。上述方案被认为是数据库信息安全的最低要求，因为它只实现了两个基本要素(算法和密钥)。

此外，我们可以使用更多的方法来确保数据安全，比如salt，这样即使密钥被盗，攻击者也不能利用密钥来解密密文。

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