全密态数据库

全密态数据库是指能够解决数据全生命周期的隐私保护问题，使得系统无论在何种业务场景和环境下，数据在传输、运算以及存储的各个环节始终都处于密文状态，同时密钥掌握在授权用户手中的数据库管理系统。

加密模型

全密态数据库使用多级加密模型，加密模型中涉及3个对象：数据、列密钥和主密钥，其关系如图1所示：

图1 加密模型图

以下是对3个对象的介绍：

数据：
1. SQL语法中包含的数据，比如INSERT... VALUES ('data')语法中包含'data'。
2. 从数据库服务端返回的查询结果，如执行SELECT语法返回的查询结果。
密态数据库会在驱动中，对SQL语法中属于加密列的数据进行加密，对数据库服务端返回的属于加密列的查询结果进行解密。
列密钥：数据由列密钥进行加密，列密钥由数据库驱动生成或由用户手动导入，列密钥密文存储在数据库服务端。
主密钥：列密钥由主密钥加密，主密钥由外部密钥管理者生成并存储。数据库驱动会自动访问外部密钥管理者，以实现对列密钥进行加解密。

密钥管理

全密态数据库目前支持以下密钥管理工具进行独立管理：

Huawei KMS：由华为云提供的在线密钥管理服务，提供创建、删除、查询和备份密钥等功能，并支持在线使用密钥对数据进行加解密。
user_token：由用户提供的密码在客户端派生密钥，或者直接对接密钥。
sdf_kms：支持基于鲲鹏TEE的内生密钥管理、支持三未信安SJJ1994加密机。

数据库驱动

全密态数据库目前支持的数据库驱动有gsql、JDBC和GO驱动。

使用gsql执行SQL语句

执行本节的SQL语句前，请确保已提前生成主密钥，并确认访问主密钥的参数。

本节以完整的执行流程为例，介绍如何使用密态数据库语法，包括三个阶段：使用DDL阶段、使用DML阶段、清理阶段。

连接数据库，并通过-C参数开启全密态开关

gsql -p PORT -d DATABASE -h HOST -U USER -W PASSWORD -r -C

通过元命令设置访问主密钥的参数

注意：从keyType字符串开始，不要添加换行，不要添加空格，否则gsql工具无法识别完整参数。

基于三未信安SJJ1994加密机密钥管理：
```
gaussdb=# \key_info keyType=sdf_kms,library_path={动态库的路径},library_version=SJJ1994,kek_algo=SGD_SM4_CBC,mac_algo=SGD_SM4_MAC,dkey_algo=SGD_SM4_CBC
```
- 使用三未信安SJJ1994加密机前，需要正确配置ini文件，并且保证加密机能正常连接使用。
- library_path可以使用绝对路径或相对路径（相对于$GAUSSHOME/lib）。
- kek_algo是密钥加密密钥（KEK）用于加密会话密钥的算法，允许配置算法：SGD_SM4_ECB（默认算法）、SGD_SM4_CBC、SGD_SM4_CTR、SGD_AES_ECB、SGD_AES_CBC、SGD_AES_CTR。
- dkey_algo是会话密钥用于加密数据密钥的算法，允许配置算法：SGD_SM4_CBC、SGD_SM4_CTR、SGD_AES_CBC、SGD_AES_CTR。
- mac_algo是会话密钥用于对数据密钥进行完整性校验的算法，允许配置算法：SGD_SM4_MAC、SGD_AES_MAC。
- library_version为可选配置，主要用于定制化对接，当前仅支持配置为SJJ1994。
- kek_algo要与创建CMK密钥时指定的KEY_PATH匹配，即均为AES系列算法或SM4系列算法。
- 目前支持gsql和JDBC驱动。
基于鲲鹏TEE内生密钥管理：
```
gaussdb=# \key_info keyType=sdf_kms,library_path={动态库的路径},mac_algo=SGD_SM4_MAC,dkey_algo=SGD_SM4_CBC
```
示例：\key_info KeyType=sdf_kms,library_path=./libsdf.so,mac_algo=SGD_SM4_MAC,dkey_algo=SGD_SM4_CBC

华为云支持两种认证方式，两种认证方式的参数个数与参数类型不同，选择其中一种方式即可。
- 认证方式一 aksk认证
```
gaussdb=# \key_info keyType=huawei_kms,kmsProjectId={项目ID},ak={AK},sk={SK}
```
  参数获取：生成主密钥阶段介绍了如何获取相关参数：项目ID、AK、SK。
  
  示例：\key_info keyType=huawei_kms,kmsProjectId=0b59929e8100268a2f22c01429802728,ak=XMAUMJY******DFWLQW,sk=ga6rO8lx1Q4uB*********2gf80muIzUX
- 认证方式二 账号密码认证
```
gaussdb=# \key_info keyType=huawei_kms,iamUrl={IAM服务器地址},iamUser={IAM用户名},iamPassword={IAM用户密码},iamDomain={账号名},kmsProject={项目}
```
  参数获取：生成主密钥阶段介绍了如何获取相关参数：IAM服务器地址、IAM用户名、IAM用户密码、账号名、项目。
  
  示例：\key_info keyType=huawei_kms,iamUrl=https://iam.example.com/v3/auth/tokens,iamUser=test,iamPassword=*********,iamDomain=test_account,kmsProject=xxx
定义主密钥
在生成主密钥阶段，密钥服务已生成并存储主密钥，执行本语法只是将主密钥的相关信息存储在数据库中，方便以后访问。该语法详细格式参考：《参考》中“SQL参考 > SQL语法 > C > CREATE CLIENT MASTER KEY”章节。
```
gaussdb=# CREATE CLIENT MASTER KEY cmk2 WITH ( KEY_STORE = sdf_kms, KEY_PATH = '{密钥加密密钥ID}');
gaussdb=# CREATE CLIENT MASTER KEY cmk1 WITH ( KEY_STORE = huawei_kms , KEY_PATH = '{KMS服务器地址}/{密钥ID}', ALGORITHM = AES_256);
CREATE CLIENT MASTER KEY
```
- 参数获取：生成主密钥阶段介绍了如何获取如下参数：KMS服务器地址、密钥ID。
  KEY_PATH示例：https://kms.cn-north-4.myhuaweicloud.com/v1.0/0b59929e8100268a2f22c01429802728/kms/9a262917-8b31-41af-a1e0-a53235f32de9

定义列密钥

列密钥由上一步定义的主密钥加密。详细语法参考：《参考》中“SQL参考 > SQL语法 > C > CREATE COLUMN ENCRYPTION KEY”章节。

gaussdb=# CREATE COLUMN ENCRYPTION KEY cek1 WITH VALUES (CLIENT_MASTER_KEY = cmk1, ALGORITHM  = AES_256_GCM);
gaussdb=# CREATE COLUMN ENCRYPTION KEY cek2 WITH VALUES (CLIENT_MASTER_KEY = cmk2, ALGORITHM = SM4_HMAC_SM3);

定义加密表

本示例中，通过语法指定表中name和credit_card为加密列。

gaussdb=# CREATE TABLE creditcard_info (
  id_number int,
  name text encrypted with (column_encryption_key = cek1, encryption_type = DETERMINISTIC),
  credit_card varchar(19) encrypted with (column_encryption_key = cek1, encryption_type = DETERMINISTIC));
NOTICE:  The 'DISTRIBUTE BY' clause is not specified. Using 'id_number' as the distribution column by default.
HINT:  Please use 'DISTRIBUTE BY' clause to specify suitable data distribution column.
CREATE TABLE

对加密表进行其他操作

-- 向加密表写入数据
gaussdb=# INSERT INTO creditcard_info VALUES (1,'joe','6217986500001288393');
INSERT 0 1
gaussdb=# INSERT INTO creditcard_info VALUES (2, 'joy','6219985678349800033');
INSERT 0 1

-- 从加密表中查询数据
gaussdb=# select * from creditcard_info where name = 'joe';
 id_number | name |     credit_card
-----------+------+---------------------
         1 | joe  | 6217986500001288393

-- 更新加密表中数据
gaussdb=# update creditcard_info set credit_card = '80000000011111111' where name = 'joy';
UPDATE 1

-- 向表中新增一列加密列
gaussdb=# ALTER TABLE creditcard_info ADD COLUMN age int ENCRYPTED WITH (COLUMN_ENCRYPTION_KEY = cek1, ENCRYPTION_TYPE = DETERMINISTIC);
ALTER TABLE

-- 从表中删除一列加密列
gaussdb=# ALTER TABLE creditcard_info DROP COLUMN age;
ALTER TABLE

-- 从系统表中查询主密钥信息
gaussdb=# SELECT * FROM gs_client_global_keys;
 global_key_name | key_namespace | key_owner | key_acl |        create_date
-----------------+---------------+-----------+---------+----------------------------
 cmk1            |          2200 |        10 |         | 2021-04-21 11:04:00.656617
(1 rows)

-- 从系统表中查询列密钥信息
gaussdb=# SELECT column_key_name,column_key_distributed_id ,global_key_id,key_owner  FROM gs_column_keys;
 column_key_name | column_key_distributed_id | global_key_id | key_owner
-----------------+---------------------------+---------------+-----------
 cek1            |                 760411027 |         16392 |        10
(1 rows)

-- 查看表中列的元信息
gaussdb=# \d creditcard_info
        Table "public.creditcard_info"
   Column    |       Type        | Modifiers
-------------+-------------------+------------
 id_number   | integer           |
 name        | text              |  encrypted
 credit_card | character varying |  encrypted

清理阶段

-- 删除加密表
gaussdb=# DROP TABLE creditcard_info;
DROP TABLE

-- 删除列密钥
gaussdb=# DROP COLUMN ENCRYPTION KEY cek1;
DROP COLUMN ENCRYPTION KEY
gaussdb=# DROP COLUMN ENCRYPTION KEY cek2;
DROP COLUMN ENCRYPTION KEY

-- 删除主密钥
gaussdb=# DROP CLIENT MASTER KEY cmk1;
DROP CLIENT MASTER KEY
gaussdb=# DROP CLIENT MASTER KEY cmk2;
DROP CLIENT MASTER KEY