数据加密 第三篇：证书

证书（Certificates）全称是公钥证书，是一种数字签名语句，它把公钥的值绑定到用户、设备或服务的ID上，这些用户、设备或服务ID拥有私钥，而私钥用于对数据进行解密。SQL Server中的证书同时包含公钥和密钥，前者用来加密，后者解密。为了保证私钥的安全，证书的私钥会被加密，可以使用数据库主密钥或密码对证书的私钥进行加密。视图 sys.certificates的字段 pvt_key_encryption_type 表示私钥加密的方式。

一，证书的应用和包含内容

证书实际上是一个非对称密钥，公钥绑定到个人用户，私钥由证书发行机构保存。为了避免数据在传输的过程中被窃取，通常情况下，使用证书来加密对称密钥，而使用对称密钥来加密和解密数据。用户使用证书的公钥来加密对称密钥，并把对称密钥（由证书加密）和数据（由对称密钥加密）发送到证书发行结构；证书发行机构通过用户的ID来识别证书，通过证书的私钥来解密对称密钥，并通过对称密钥来解密数据。

接收证书的实体是证书的主题（Subject），证书包含的信息：

• 主题的公钥
• 主题的标识符信息，例如名称和电子邮件地址。
• 有效期，证书可用的开始和过期日期
• 证书发行机构的标识符信息
• 证书发行结构的数字签名，该签名证明了公钥与主题的标识符信息之间的绑定的有效性。

签名是指：对信息进行数字签名的过程，需要把信息和发件人持有的秘密信息转换为标签，这个标签就叫做签名。

证书实际上是非对称密钥，包含一对密钥。把公钥授权给用户，用户使用公钥加密；发行人用私钥解密。

SQL Server可以在内部生成证书（即自签名证书），也可以从外部文件或程序集载入。由于可以对证书进行备份，然后从文件中载入证书，这使得证书比非对称密钥更易于移植，而非对称密钥却做不到，这意味着可以在数据库中方便地重用同一个证书。

二，创建自签名的证书

管理员使用CREATE CERTIFICATE命令来创建证书，以下命令用于创建自签名的证书：

CREATE CERTIFICATE certificate_name 
[ ENCRYPTION BY PASSWORD = 'password' ]   
WITH SUBJECT = 'certificate_subject_name'   
[ , START_DATE = 'datetime' | EXPIRY_DATE = 'datetime']

参数注释：

• ENCRYPTION BY PASSWORD ='password'：指定用于加密私钥的密码。只有在使用密码对证书进行加密证书时才会使用该选项；如果省略该选项，那么使用数据库主密钥（Database Master Key）来加密私钥。
• SUBJECT ='certificate_subject_name'：证书的主题名称
• START_DATE 和 EXPIRY_DATE：用于指定证书的有效期

当创建自签名的证书时，私钥也会被创建，当使用ENCRYPTION BY PASSWORD = 'password' 时，表明使用密码对私钥进行加密；当省略该语句时，表明使用DMK对私钥进行加密。

三，从文件创建证书

从已有的文件中创建证书，文件是CA颁发的证书，通过文件把证书加载到SQL Server中：

CREATE CERTIFICATE certificate_name
FROMFILE = 'path_to_file'  [ WITH PRIVATE KEY (  ) ]<private_key_options> ::=  
      {   
        FILE = 'path_to_private_key'  
         [ , DECRYPTION BY PASSWORD = 'password' ]  
         [ , ENCRYPTION BY PASSWORD = 'password' ]    
      }  

参数注释：

• File = 'paht_to_file'：用于制定一个包含证书的DER编码的文件，扩展名是.cer。
• WITH PRIVATE KEY：指定把证书的私钥加载到SQL Server中。
• FILE ='path_to_private_key'：用于制定私钥的路径
• DECRYPTION BY PASSWORD = 'key_password'：指定密钥，用于解密文件中的私钥。如果私钥不受密码的保护，则此子句是可选的。不建议把私钥保存到没有密码保护的文件中。
• ENCRYPTION BY PASSWORD = 'password'：用于指定加密私钥的密码，只有当你想要通过密码来加密私钥时，使用该选项。如果省略该子句，SQL Server默认使用数据库主密钥来加密私钥。

举个例子，从已有的.cer文件来创建证书：

CREATE CERTIFICATE Shipping11   
    FROM FILE = 'c:\Shipping\Certs\Shipping11.cer'   
    WITH PRIVATE KEY (FILE = 'c:\Shipping\Certs\Shipping11.pvk',   
    DECRYPTION BY PASSWORD = 'sldkflk34et6gs%53#v00');  
GO 

还有其他方式来创建证书，详细信息，请阅读微软文档：CREATE CERTIFICATE (Transact-SQL)

四，证书重编码

把证书和私钥编码为二进制，以二进制格式返回证书的公钥部分：

CERTENCODED ( cert_id ) 

以二进制格式返回证书的私钥部分，该函数以PVK格式来返回私钥：

CERTPRIVATEKEY   
    (  
          cert_ID   
        , ' encryption_password '   
      [ , ' decryption_password ' ]  
    ) 

证书ID可以通过函数Cert_ID('name')来获得，也可以通过 sys.certificates 查询获得：

Cert_ID()

例子1：返回证书的二进制

在当前数据库中创建自签名证书，并返回证书的二进制形式：

CREATE CERTIFICATE Shipping04
ENCRYPTION BY PASSWORD = 'pGFD4bb925DGvbd2439587y'
WITH SUBJECT = 'Sammamish Shipping Records',
EXPIRY_DATE = '20401031';
GO
SELECT CERTENCODED(CERT_ID('Shipping04'));
SELECT CERTPRIVATEKEY(CERT_ID('Shipping04'), 'jklalkaa/; uia3dd'); 

例子2，使用证书的二进制来创建证书

在另一个数据库中，利用证书和私钥的二进制来创建证书

CREATE CERTIFICATE TARGET_CERT  
FROM BINARY = <insert the binary value of the @CERTENC variable>  
WITH PRIVATE KEY (  
BINARY = <insert the binary value of the @CERTPVK variable>  
, DECRYPTION BY PASSWORD = 'jklalkaa/; uia3dd');

五，证书的加密和解密

证书本质上是一个非对称密钥，可以使用证书来加密和解密数据。

1，使用证书来加密

时使用证书的公钥来加密数据，返回值的类型是varbinary，最大长度是8000Bytes。

EncryptByCert ( certificate_ID , { 'cleartext' | @cleartext } ) 

2，使用证书来解密

使用证书的私钥来解密，私钥是自动调用的：

DecryptByCert ( certificate_ID , { 'ciphertext' | @ciphertext }    [ , { 'cert_password' | @cert_password } ] ) 

六，管理证书

证书的授权

证书是数据库级别的Securable，管理员可以把已创建的证书授权给相应的人员来使用：

GRANT permission  [ ,...n ]    
    ON CERTIFICATE :: certificate_name   
    TO principal [ ,...n ] 

证书的备份

使用BACKUP CERTIFICATE导出证书，把证书存放在安全的地方保存：

BACKUP CERTIFICATE certname TO FILE = 'path_to_file'  
    [ WITH PRIVATE KEY   
      (   
        FILE = 'path_to_private_key_file' ,  
        ENCRYPTION BY PASSWORD = 'encryption_password'   
        [ , DECRYPTION BY PASSWORD = 'decryption_password' ]   
      )   
    ] 

参数注释：

• TO FILE = 'path_to_file'：把证书的公钥保存到文件中
• WITH PRIVATE KEY ：把证书的私钥保存到文件：
• ENCRYPTION BY PASSWORD = 'encryption_password'：用于加密私钥的密码，在把私钥写入到备份文件之前，使用密码对私钥进行加密。
• DECRYPTION BY PASSWORD = 'decryption_password'：用于解密私钥的密码，在把私钥写入到备份文件之前，使用密钥对私钥进行解密。如果使用数据库主密钥对私钥进行加密，那么该参数省略。

举个例子，把证书的公钥和私钥都进行备份，私钥使用密码进行解密和加密：

BACKUP CERTIFICATE sales09 TO FILE = 'c:\storedcerts\sales09cert'   
    WITH PRIVATE KEY ( DECRYPTION BY PASSWORD = '9875t6#6rfid7vble7r' ,  
    FILE = 'c:\storedkeys\sales09key' ,   
    ENCRYPTION BY PASSWORD = '9n34khUbhk$w4ecJH5gh' );  
GO

 

参考文档：

SQL Server Encryption

Choose an Encryption Algorithm