多年來(lái)，數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理器中的特權(quán)和權(quán)限來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在當(dāng)前的環(huán)境下，對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的保密的需求日益增長(zhǎng)。這意味著即使 DBA 對(duì)表中的數(shù)據(jù)有完全的訪問(wèn)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(duì)于基于 Web 的應(yīng)用程序，這一問(wèn)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(hào)）需要保存起來(lái)，以備同一用戶以后使用該應(yīng)用程序。同時(shí)，用戶擁有者希望能夠確保任何其他人不能訪問(wèn)這種數(shù)據(jù)。為了實(shí)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(kù)中時(shí)，可以使用用戶提供的加密密碼對(duì)其加密。當(dāng)檢索該數(shù)據(jù)的時(shí)候，必須提供相同的密碼才能解密數(shù)據(jù)。對(duì)于要多次使用同一個(gè)密碼的情況，可以使用一個(gè)賦值語(yǔ)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(kù)中使用加密數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)和性能相關(guān)事項(xiàng)。

實(shí)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(duì)加密的數(shù)據(jù)使用正確的數(shù)據(jù)類型和長(zhǎng)度，請(qǐng)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(duì)數(shù)據(jù)加密的算法是一個(gè) RC2 分組密碼（block cipher），它帶有一個(gè) 128 位的密鑰。這個(gè) 128 位的密鑰是通過(guò)消息摘要從密碼得來(lái)的。加密密碼與 DB2 認(rèn)證無(wú)關(guān)，僅用于數(shù)據(jù)的加密和解密。

這里可以提供一個(gè)可選的參數(shù) PasswordHint，這是一個(gè)字符串，可以幫助用戶記憶用于對(duì)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(jí)加密

列級(jí)加密（column level encryption）意味著對(duì)于一個(gè)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(gè)公共密碼的情況下使用。當(dāng)對(duì)一個(gè)或多個(gè)表中所有的行使用相同的密鑰時(shí)，ENCRYPTION PASSWORD 專用寄存器將十分有用。

例 1：這個(gè)例子使用 ENCRYPTION PASSWORD 值來(lái)保存加密密碼。它對(duì)雇員的社會(huì)保險(xiǎn)號(hào)進(jìn)行加密，并以經(jīng)過(guò)加密的形式將其存儲(chǔ)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(gè)例子在結(jié)合使用視圖的情況下使用 ENCRYPTION PASSWORD 值來(lái)保存加密密碼。下面的語(yǔ)句聲明了 emp 表的一個(gè)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(jí)加密

行-列（單元格）或 集合-列（Set-Column）級(jí)加密意味著在一個(gè)加密數(shù)據(jù)列內(nèi)使用多個(gè)不同的密碼。例如，Web 站點(diǎn)可能需要保存客戶信用卡號(hào)（ccn）。在這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，每個(gè)客戶可以使用他自己的密碼或短語(yǔ)來(lái)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(chǔ)在宿主變量 custname中）、信用卡號(hào)（存儲(chǔ)在宿主變量 cardnum中）和密碼（存儲(chǔ)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(shí)，客戶要輸入密碼，同樣該密碼也要存儲(chǔ)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(gè)例子使用提示來(lái)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(qǐng)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(shí)間數(shù)據(jù)類型的加密通過(guò)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換得到間接的支持。非字符的 SQL 類型通過(guò)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(qǐng)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(shí)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(huì)使大部分 SQL 語(yǔ)句慢下來(lái)。但是如果多加注意，多加判斷，還是可以將大量的額外開(kāi)銷降至最低。而且，加密數(shù)據(jù)對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)有著很大的影響。通常，您需要對(duì)一個(gè)模式中的一些敏感數(shù)據(jù)元素進(jìn)行加密，例如社會(huì)保險(xiǎn)號(hào)、信用卡號(hào)、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(duì)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(shí)質(zhì)上是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，因此對(duì)加密數(shù)據(jù)進(jìn)行范圍檢查時(shí)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(chǎng)景闡明了我們的討論。考慮一種常見(jiàn)的主從（master-detail）模式，程序員可以在很多項(xiàng)目中使用這種模式。我們將對(duì)雇員的社會(huì)保險(xiǎn)號(hào)（ssn）實(shí)現(xiàn)列級(jí)加密。在主表 emp 和從表 empProject 中，ssn 將以加密的形式存儲(chǔ)。

-- 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(duì)于上面的例子，下面的兩個(gè)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(huì)需要為所有行解密 ssn。當(dāng)表很大的時(shí)候，這個(gè)問(wèn)題就會(huì)變得突出起來(lái)。

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(huì)要求解密 emp 表的每一行以及 empProject 表的每個(gè) UDDI Project 行，以執(zhí)行連接。

select projectName

from empProject

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

該查詢會(huì)要求解密 empProject 表中的每一行。

結(jié)束語(yǔ)

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(jiǎn)單方式來(lái)加密敏感數(shù)據(jù)。這些函數(shù)可用來(lái)實(shí)現(xiàn)列級(jí)和行-列級(jí)的加密。在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)期間，開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該審視一些重要的性能相關(guān)事項(xiàng)。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(duì)于管理人員，也能起到保密的作用。