Sharding-JDBC数据加密详解与实战

ShardingSphere

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作者简介：硕风和炜，CSDN-Java领域优质创作者，保研|国家奖学金|高中学习JAVA|大学完善JAVA开发技术栈|面试刷题|面经八股文|经验分享|好用的网站工具分享
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ShardingSphere

一.Sharding-JDBC数据加密核心概念详解

1.1 数据加密基本概念

  数据加密，是指对某些敏感信息通过脱敏规则进行数据的变形，实现敏感隐私数据的可靠保护，是保证数据安全的基本手段。ShardingSphere 提供完整、透明、安全、低成本的数据加密解决方案。涉及客户安全数据或者一些商业性敏感数据，如身份证号、手机号、卡号、客户号等个人信息按照规定，都需要进行数据脱敏。Apache ShardingSphere自动化&透明化了数据脱敏过程，让用户无需关注数据脱敏的实现细节，像使用普通数据那样使用脱敏数据。

Sharding-JDBC数据加密详解与实战官方指导手册

1.2 基本架构

数据加密模块属于ShardingSphere分布式治理这一核心功能下的子功能模块：

• Apache ShardingSphere 通过对用户输入的 SQL 进行解析，并依据用户提供的加密规则对 SQL 进行改写，从而实现对原文数据进行加密，并将原文数据（可选）及密文数据同时存储到底层数据库。

• 在用户查询数据时，它仅从数据库中取出密文数据，并对其解密，最终将解密后的原始数据返回给用户。

1.3 加密规则

脱敏配置主要分为四部分：数据源配置，加密器配置，脱敏表配置以及查询属性配置，其详情如下图所示：

• 数据源配置：指DataSource的配置信息

• 加密器配置：指使用什么加密策略进行加解密。目前ShardingSphere内置了两种加解密策略：AES/MD5

• 脱敏表配置：指定哪个列用于存储密文数据（cipherColumn）、哪个列用于存储明文数据（plainColumn）以及用户想使用哪个列进行SQL编写（logicColumn）

• 查询属性的配置：当底层数据库表里同时存储了明文数据、密文数据后，该属性开关用于决定是直接查询数据库表里的明文数据进行返回，还是查询密文数据通过Encrypt-JDBC解密后返回。

1.4 脱敏处理流程

下图可以看出ShardingSphere将逻辑列与明文列和密文列进行了列名映射。

下图展示了使用Encrypt-JDBC进行增删改查时，其中的处理流程和转换逻辑，如下图所示。

二.Sharding-JDBC数据加密实战

2.1 数据环境准备

在191.168.10.132服务器上创建ljw_encryption_db数据库，然后在数据库中创建t_user表。

CREATE TABLE `t_user` (
  `user_id` bigint(11) NOT NULL,
  `user_name` varchar(255) DEFAULT NULL,
  `password` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '密码明文',
  `password_encrypt` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '密码密文',
  `password_assisted` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '辅助查询列',
  PRIMARY KEY (`user_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

2.2 创建SpringBoot程序 - 导入依赖

引入依赖 (注意: 在这里使用ShardingSphere4.1版本为案例进行强制路由的实战)

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0modelVersion>

    <groupId>com.ljwgroupId>
    <artifactId>shardingjdbc-encryptionartifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOTversion>

    <parent>
        <groupId>org.springframework.bootgroupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parentartifactId>
        <version>2.2.5.RELEASEversion>
        <relativePath/> 
    parent>

    <properties>
        <java.version>1.8java.version>
    properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-testartifactId>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starterartifactId>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-webartifactId>
        dependency>
        
        <dependency>
            <groupId>mysqlgroupId>
            <artifactId>mysql-connector-javaartifactId>
            <scope>runtimescope>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.projectlombokgroupId>
            <artifactId>lombokartifactId>
            <optional>trueoptional>
        dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.mybatis.spring.bootgroupId>
            <artifactId>mybatis-spring-boot-starterartifactId>
            <version>2.1.3version>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>com.baomidougroupId>
            <artifactId>mybatis-plus-boot-starterartifactId>
            <version>3.4.1version>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>com.baomidougroupId>
            <artifactId>mybatis-plus-generatorartifactId>
            <version>3.4.1version>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.apache.shardingspheregroupId>
            <artifactId>sharding-jdbc-spring-boot-starterartifactId>
            <version>4.1.0version>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.apache.shardingspheregroupId>
            <artifactId>sharding-core-commonartifactId>
            <version>4.1.0version>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.apache.commonsgroupId>
            <artifactId>commons-lang3artifactId>
            <version>3.10version>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>cn.hutoolgroupId>
            <artifactId>hutool-allartifactId>
            <version>5.5.8version>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>com.github.xiaoymingroupId>
            <artifactId>knife4j-spring-boot-starterartifactId>
            <version>2.0.5version>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>com.google.guavagroupId>
            <artifactId>guavaartifactId>
            <version>20.0version>
            <scope>compilescope>
        dependency>

    dependencies>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.bootgroupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-pluginartifactId>
            plugin>
        plugins>
    build>

project>

2.3 创建SpringBoot程序 - 实体类

与数据库表中对应的实体类

@TableName("t_user")
@Data
public class User {

    @TableId(value = "user_id",type = IdType.ASSIGN_ID)
    private Long userId;

    private String userName;

    private String password;

    private String passwordEncrypt;

    private String passwordAssisted;

}

2.4 创建SpringBoot程序 - 数据库Mapper接口 & 主启动类

编写对应的数据库持久层UserMapper接口

@Repository
public interface UserMapper extends BaseMapper<User> {

    @Insert("insert into t_user(user_id,user_name,password) " +
            "values(#{userId},#{userName},#{password})")
    void insetUser(User users);

    @Select("select * from t_user where user_name=#{userName} and password=#{password}")
    @Results({
            @Result(column = "user_id", property = "userId"),
            @Result(column = "user_name", property = "userName"),
            @Result(column = "password", property = "password"),
            @Result(column = "password_assisted", property = "passwordAssisted")
    })
    List<User> getUserInfo(String userName, String password);
}

@Repository注解的类需要交给我们的Spring容器进行管理，因此需要我们在主启动类加上扫描接口的注解。

@SpringBootApplication
@MapperScan("com.ljw.mapper")
public class ShardingSphereApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ShardingSphereApplication.class, args);
    }
}

2.5 创建SpringBoot程序 - 数据加密配置文件

配置读写分离相关配置的信息

# 应用名称
spring.application.name=sharding-jdbc-encryption

# 打印SQl
spring.shardingsphere.props.sql-show=true

# 定义多个数据源
spring.shardingsphere.datasource.names = db1

# 数据源1
spring.shardingsphere.datasource.db1.type=com.zaxxer.hikari.HikariDataSource
spring.shardingsphere.datasource.db1.driver-class-name=com.mysql.jdbc.Driver
spring.shardingsphere.datasource.db1.jdbc-url=jdbc:mysql://192.168.10.132:3306/ljw_encryption_db?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8&useSSL=false
spring.shardingsphere.datasource.db1.username=root
spring.shardingsphere.datasource.db1.password=root

# 采用MD5加密策略
spring.shardingsphere.encrypt.encryptors.encryptor_md5.type=MD5

# password为逻辑列，password.plainColumn为数据表明文列，password.cipherColumn为数据表密文列
spring.shardingsphere.encrypt.tables.t_user.columns.password.plainColumn=password
spring.shardingsphere.encrypt.tables.t_user.columns.password.cipherColumn=password_encrypt
spring.shardingsphere.encrypt.tables.t_user.columns.password.encryptor=encryptor_md5

# 查询是否使用密文列 ,等于true 查询时通过密文列查询,返回数据为密文,反之查询通过明文列执行,返回数据也是明文列
spring.shardingsphere.props.query.with.cipher.column=true

## 采用AES对称加密策略
#spring.shardingsphere.encrypt.encryptors.encryptor_aes.type=aes
#spring.shardingsphere.encrypt.encryptors.encryptor_aes.props.aes.key.value=123qweasd
#
## password为逻辑列，password.plainColumn为数据表明文列，password.cipherColumn为数据表密文列
#spring.shardingsphere.encrypt.tables.t_user.columns.password.plainColumn=password
#spring.shardingsphere.encrypt.tables.t_user.columns.password.cipherColumn=password_encrypt
#spring.shardingsphere.encrypt.tables.t_user.columns.password.encryptor=encryptor_aes

# 查询是否使用密文列 ,等于true 查询时通过密文列查询,返回数据为明文,反之查询通过明文列执行,返回数据也是明文列
#spring.shardingsphere.props.query.with.cipher.column=true

三.Sharding-JDBC数据加密实战测试

3.1 采用AES对称加密策略测试

AES 对称加密: 同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密，这种加密方法称为对称加密!

    @Autowired
    private UserMapper userMapper;

    @Test
    public void testInsertUser(){
        User user = new User();
        user.setUserName("ljw");
        user.setPassword("root");
        userMapper.insertUser(user);
    }

运行结果：

数据插入成功！

3.2 采用MD5加密策略测试

MD5非对称加密：

• MD5算是一个生成签名的算法,引起结果不可逆.

• MD5的优点：计算速度快，加密速度快，不需要密钥；

• MD5的缺点: 将用户的密码直接MD5后存储在数据库中是不安全的。很多人使用的密码是常见的组合，威胁者将这些密码的常见组合进行单向哈希，得到一个摘要组合，然后与数据库中的摘要进行比对即可获得对应的密码。

	@Autowired
    private UserMapper userMapper;

    @Test
    public void testInsertUser(){
        User user = new User();
        user.setUserName("ljw");
        user.setPassword("root");
        userMapper.insertUser(user);
    }

运行结果：

数据插入成功！！！

3.3 通过密文列查询测试

测试代码

	@Test
    public void testSelect(){
        List<User> userList = userMapper.getUserInfo("ljw", "root");
        userList.forEach(System.out::println);
    }

结果查询

四.总结

本篇文章主要讲解了Sharding-JDBC数据加密详解与实战，实操过程非常重要，大家一定要动手亲自实践一下，必须掌握。下节预告，Sharding-JDBC分布式事务实战，大家敬请期待呦！！！。

五.共勉

最后，我想和大家分享一句一直激励我的座右铭，希望可以与大家共勉！