前面所说的内容网上已经有很多资料,虽然比较零散,但是花点时间也还是可以找到的。现在要说的这个——数据库加密,资料就很难找。也可能是我操作水平不够,找不到对应资料。但不管这样,我还是通过网上能找到的很有限的资料,探索出了给sqlite数据库加密的完整步骤。
这里要提一下,虽然 sqlite 很好用,速度快、体积小巧。但是它保存的文件却是明文的。若不信可以用 NotePad 打开数据库文件瞧瞧,里面 insert 的内容几乎一览无余。这样赤裸裸的展现自己,可不是我们的初衷。当然,如果你在嵌入式系统、智能手机上使用 sqlite,最好是不加密,因为这些系统运算能力有限,你做为一个新功能提供者,不能把用户有限的运算能力全部花掉。
Sqlite为了速度而诞生。因此Sqlite本身不对数据库加密,要知道,如果你选择标准AES算法加密,那么一定有接近50%的时间消耗在加解密算法上,甚至更多(性能主要取决于你算法编写水平以及你是否能使用cpu提供的底层运算能力,比如MMX或sse系列指令可以大幅度提升运算速度)。
Sqlite免费版本是不提供加密功能的,当然你也可以选择他们的收费版本,那你得支付2000块钱,而且是USD。我这里也不是说支付钱不好,如果只为了数据库加密就去支付2000块,我觉得划不来。因为下面我将要告诉你如何为免费的Sqlite扩展出加密模块——自己动手扩展,这是Sqlite允许,也是它提倡的。
那么,就让我们一起开始为 sqlite3.c 文件扩展出加密模块。
i.1 必要的宏
通过阅读 Sqlite 代码(当然没有全部阅读完,6万多行代码,没有一行是我习惯的风格,我可没那么多眼神去看),我搞清楚了两件事:
Sqlite是支持加密扩展的;
需要 #define 一个宏才能使用加密扩展。
这个宏就是 SQLITE_HAS_CODEC。
你在代码最前面(也可以在 sqlite3.h 文件第一行)定义:
#ifndef SQLITE_HAS_CODEC
#define SQLITE_HAS_CODEC
#endif
如果你在代码里定义了此宏,但是还能够正常编译,那么应该是操作没有成功。因为你应该会被编译器提示有一些函数无法链接才对。如果你用的是 VC 2003,你可以在“解决方案”里右键点击你的工程,然后选“属性”,找到“C/C++”,再找到“命令行”,在里面手工添加“/D "SQLITE_HAS_CODEC"”。
定义了这个宏,一些被 Sqlite 故意屏蔽掉的代码就被使用了。这些代码就是加解密的接口。
尝试编译,vc会提示你有一些函数无法链接,因为找不到他们的实现。
如果你也用的是VC2003,那么会得到下面的提示:
error LNK2019:无法解析的外部符号 _sqlite3CodecGetKey,该符号在函数 _attachFunc 中被引用
error LNK2019:无法解析的外部符号 _sqlite3CodecAttach,该符号在函数_attachFunc 中被引用
error LNK2019:无法解析的外部符号 _sqlite3_activate_see,该符号在函数 _sqlite3Pragma 中被引用
error LNK2019:无法解析的外部符号 _sqlite3_key,该符号在函数 _sqlite3Pragma 中被引用
fatal error LNK1120:4个无法解析的外部命令
这是正常的,因为Sqlite只留了接口而已,并没有给出实现。
下面就让我来实现这些接口。
i.2 自己实现加解密接口函数
如果真要我从一份 www.sqlite.org网上down下来的 sqlite3.c 文件,直接摸索出这些接口的实现,我认为我还没有这个能力。
好在网上还有一些代码已经实现了这个功能。通过参照他们的代码以及不断编译中vc给出的错误提示,最终我把整个接口整理出来。
实现这些预留接口不是那么容易,要重头说一次怎么回事很困难。我把代码都写好了,直接把他们按我下面的说明拷贝到 sqlite3.c文件对应地方即可。我在下面也提供了sqlite3.c 文件,可以直接参考或取下来使用。
这里要说一点的是,我另外新建了两个文件:crypt.c和crypt.h。
其中crypt.h如此定义:
#ifndef DCG_SQLITE_CRYPT_FUNC_
#define DCG_SQLITE_CRYPT_FUNC_
/***********
董淳光写的SQLITE加密关键函数库
***********/
/***********
关键加密函数
***********/
int My_Encrypt_Func(unsignedchar * pData,unsignedint data_len,constchar * key,unsignedint len_of_key );
/***********
关键解密函数
***********/
int My_DeEncrypt_Func(unsignedchar * pData,unsignedint data_len,constchar * key,unsignedint len_of_key );
#endif
其中的 crypt.c 如此定义:
#include "./crypt.h"
#include "memory.h"
/***********
关键加密函数
***********/
int My_Encrypt_Func(unsignedchar * pData,unsignedint data_len,constchar * key,unsignedint len_of_key )
{
return 0;
}
/***********
关键解密函数
***********/
int My_DeEncrypt_Func(unsignedchar * pData,unsignedint data_len,constchar * key,unsignedint len_of_key )
{
return 0;
}
这个文件很容易看,就两函数,一个加密一个解密。传进来的参数分别是待处理的数据、数据长度、密钥、密钥长度。
处理时直接把结果作用于 pData 指针指向的内容。
你需要定义自己的加解密过程,就改动这两个函数,其它部分不用动。扩展起来很简单。
这里有个特点,data_len 一般总是 1024 字节。正因为如此,你可以在你的算法里使用一些特定长度的加密算法,比如AES要求被加密数据一定是128位(16字节)长。这个1024不是碰巧,而是 Sqlite 的页定义是1024字节,在sqlite3.c文件里有定义:
# define SQLITE_DEFAULT_PAGE_SIZE1024
你可以改动这个值,不过还是建议没有必要不要去改它。
上面写了两个扩展函数,如何把扩展函数跟 Sqlite 挂接起来,这个过程说起来比较麻烦。我直接贴代码。
分3个步骤。
首先,在 sqlite3.c 文件顶部,添加下面内容:
#ifdef SQLITE_HAS_CODEC
#include "./crypt.h"
/***********
用于在sqlite3最后关闭时释放一些内存
***********/
void sqlite3pager_free_codecarg(void *pArg);
#endif
这个函数之所以要在 sqlite3.c 开头声明,是因为下面在 sqlite3.c 里面某些函数里要插入这个函数调用。所以要提前声明。
其次,在sqlite3.c文件里搜索“sqlite3PagerClose”函数,要找到它的实现代码(而不是声明代码)。
实现代码里一开始是:
#ifdef SQLITE_ENABLE_MEMORY_MANAGEMENT
/* A malloc() cannotfail in sqlite3ThreadData() as one or more calls to
** malloc() must have already been made bythis thread before it gets
** to this point. This means the ThreadDatamust have been allocated already
** so that ThreadData.nAlloc can be set.
*/
ThreadData *pTsd = sqlite3ThreadData();
assert( pPager );
assert( pTsd && pTsd->nAlloc );
#endif
需要在这部分后面紧接着插入:
#ifdef SQLITE_HAS_CODEC
sqlite3pager_free_codecarg(pPager->pCodecArg);
#endif
这里要注意,sqlite3PagerClose 函数大概也是 3.3.17版本左右才改名的,以前版本里是叫 “sqlite3pager_close”。因此你在老版本sqlite代码里搜索“sqlite3PagerClose”是搜不到的。
类似的还有“sqlite3pager_get”、“sqlite3pager_unref”、“sqlite3pager_write”、“sqlite3pager_pagecount”等都是老版本函数,它们在 pager.h 文件里定义。新版本对应函数是在 sqlite3.h 里定义(因为都合并到 sqlite3.c和sqlite3.h两文件了)。所以,如果你在使用老版本的sqlite,先看看 pager.h 文件,这些函数不是消失了,也不是新蹦出来的,而是老版本函数改名得到的。
最后,往sqlite3.c 文件下找。找到最后一行:
/************** End of main.c************************************************/
在这一行后面,接上本文最下面的代码段。
这些代码很长,我不再解释,直接接上去就得了。
唯一要提的是 DeriveKey 函数。这个函数是对密钥的扩展。比如,你要求密钥是128位,即是16字节,但是如果用户只输入 1个字节呢?2个字节呢?或输入50个字节呢?你得对密钥进行扩展,使之符合16字节的要求。
DeriveKey 函数就是做这个扩展的。有人把接收到的密钥求md5,这也是一个办法,因为md5运算结果固定16字节,不论你有多少字符,最后就是16字节。这是md5算法的特点。但是我不想用md5,因为还得为它添加包含一些 md5 的.c或.cpp文件。我不想这么做。我自己写了一个算法来扩展密钥,很简单的算法。当然,你也可以使用你的扩展方法,也而可以使用 md5 算法。只要修改 DeriveKey 函数就可以了。
在 DeriveKey 函数里,只管申请空间构造所需要的密钥,不需要释放,因为在另一个函数里有释放过程,而那个函数会在数据库关闭时被调用。参考我的 DeriveKey 函数来申请内存。
这里我给出我已经修改好的 sqlite3.c 和 sqlite3.h 文件。
如果太懒,就直接使用这两个文件,编译肯定能通过,运行也正常。当然,你必须按我前面提的,新建 crypt.h和 crypt.c 文件,而且函数要按我前面定义的要求来做。
i.3 加密使用方法:
现在,你代码已经有了加密功能。
你要把加密功能给用上,除了改 sqlite3.c 文件、给你工程添加 SQLITE_HAS_CODEC 宏,还得修改你的数据库调用函数。
前面提到过,要开始一个数据库操作,必须先 sqlite3_open 。
加解密过程就在 sqlite3_open 后面操作。
假设你已经 sqlite3_open 成功了,紧接着写下面的代码:
int i;
//添加、使用密码
i = sqlite3_key(db, "dcg", 3 );
//修改密码
i = sqlite3_rekey( db, "dcg", 0 );
用sqlite3_key 函数来提交密码。
第1个参数是 sqlite3 *类型变量,代表着用 sqlite3_open 打开的数据库(或新建数据库)。
第2个参数是密钥。
第3个参数是密钥长度。
用sqlite3_rekey 来修改密码。参数含义同 sqlite3_key。
实际上,你可以在sqlite3_open函数之后,到 sqlite3_close 函数之前任意位置调用 sqlite3_key 来设置密码。
但是如果你没有设置密码,而数据库之前是有密码的,那么你做任何操作都会得到一个返回值:SQLITE_NOTADB,并且得到错误提示:“file is encrypted or is not a database”。
只有当你用 sqlite3_key 设置了正确的密码,数据库才会正常工作。
如果你要修改密码,前提是你必须先 sqlite3_open 打开数据库成功,然后 sqlite3_key 设置密钥成功,之后才能用 sqlite3_rekey 来修改密码。
如果数据库有密码,但你没有用 sqlite3_key 设置密码,那么当你尝试用 sqlite3_rekey 来修改密码时会得到SQLITE_NOTADB返回值。
如果你需要清空密码,可以使用:
//修改密码
i = sqlite3_rekey( db, NULL, 0 );
来完成密码清空功能。
i.4 sqlite3.c最后添加代码段
/***
董淳光定义的加密函数
***/
#ifdef SQLITE_HAS_CODEC
/***
加密结构
***/
#define CRYPT_OFFSET 8
typedefstruct _CryptBlock
{
BYTE* ReadKey; // 读数据库和写入事务的密钥
BYTE* WriteKey; // 写入数据库的密钥
int PageSize; //页的大小
BYTE* Data;
} CryptBlock,*LPCryptBlock;
#ifndef DB_KEY_LENGTH_BYTE /*密钥长度*/
#define DB_KEY_LENGTH_BYTE 16 /*密钥长度*/
#endif
#ifndef DB_KEY_PADDING /*密钥位数不足时补充的字符*/
#define DB_KEY_PADDING 0x33 /*密钥位数不足时补充的字符*/
#endif
/*** 下面是编译时提示缺少的函数 ***/
/** 这个函数不需要做任何处理,获取密钥的部分在下面 DeriveKey函数里实现 **/
void sqlite3CodecGetKey(sqlite3* db,int nDB,void** Key, int* nKey)
{
return ;
}
/*被sqlite和 sqlite3_key_interop调用,附加密钥到数据库.*/
int sqlite3CodecAttach(sqlite3 *db,int nDb,constvoid *pKey,int nKeyLen);
/**
这个函数好像是sqlite 3.3.17前不久才加的,以前版本的sqlite里没有看到这个函数
这个函数我还没有搞清楚是做什么的,它里面什么都不做直接返回,对加解密没有影响
**/
void sqlite3_activate_see(constchar* right )
{
return;
}
int sqlite3_key(sqlite3 *db,constvoid *pKey,int nKey);
int sqlite3_rekey(sqlite3 *db,constvoid *pKey,int nKey);
/***
下面是上面的函数的辅助处理函数
***/
// 从用户提供的缓冲区中得到一个加密密钥
// 用户提供的密钥可能位数上满足不了要求,使用这个函数来完成密钥扩展
staticunsignedchar * DeriveKey(constvoid *pKey, int nKeyLen);
//创建或更新一个页的加密算法索引.此函数会申请缓冲区.
static LPCryptBlock CreateCryptBlock(unsignedchar* hKey, Pager *pager, LPCryptBlock pExisting);
//加密/解密函数,被pager调用
void * sqlite3Codec(void *pArg,unsignedchar *data, Pgno nPageNum,int nMode);
//设置密码函数
int__stdcall sqlite3_key_interop(sqlite3 *db,constvoid *pKey,int nKeySize);
// 修改密码函数
int__stdcall sqlite3_rekey_interop(sqlite3 *db,constvoid *pKey,int nKeySize);
//销毁一个加密块及相关的缓冲区,密钥.
staticvoid DestroyCryptBlock(LPCryptBlock pBlock);
staticvoid * sqlite3pager_get_codecarg(Pager *pPager);
void sqlite3pager_set_codec(Pager *pPager,void *(*xCodec)(void*,void*,Pgno,int),void *pCodecArg );
//加密/解密函数,被pager调用
void * sqlite3Codec(void *pArg,unsignedchar *data, Pgno nPageNum,int nMode)
{
LPCryptBlock pBlock = (LPCryptBlock)pArg;
unsignedint dwPageSize = 0;
if (!pBlock)return data;
// 确保pager的页长度和加密块的页长度相等.如果改变,就需要调整.
if (nMode != 2)
{
PgHdr *pageHeader;
pageHeader = DATA_TO_PGHDR(data);
if (pageHeader->pPager->pageSize !=pBlock->PageSize)
{
CreateCryptBlock(0,pageHeader->pPager, pBlock);
}
}
switch(nMode)
{
case 0:// Undo a "case7" journal file encryption
case 2://重载一个页
case 3://载入一个页
if (!pBlock->ReadKey) break;
dwPageSize = pBlock->PageSize;
My_DeEncrypt_Func(data, dwPageSize,pBlock->ReadKey, DB_KEY_LENGTH_BYTE ); /*调用我的解密函数*/
break;
case 6://加密一个主数据库文件的页
if (!pBlock->WriteKey) break;
memcpy(pBlock->Data + CRYPT_OFFSET,data, pBlock->PageSize);
data = pBlock->Data + CRYPT_OFFSET;
dwPageSize = pBlock->PageSize;
My_Encrypt_Func(data , dwPageSize,pBlock->WriteKey, DB_KEY_LENGTH_BYTE ); /*调用我的加密函数*/
break;
case 7://加密事务文件的页
/*在正常环境下,读密钥和写密钥相同.当数据库是被重新加密的,读密钥和写密钥未必相同.
回滚事务必要用数据库文件的原始密钥写入.因此,当一次回滚被写入,总是用数据库的读密钥,
这是为了保证与读取原始数据的密钥相同.
*/
if (!pBlock->ReadKey) break;
memcpy(pBlock->Data + CRYPT_OFFSET,data, pBlock->PageSize);
data = pBlock->Data + CRYPT_OFFSET;
dwPageSize = pBlock->PageSize;
My_Encrypt_Func( data, dwPageSize,pBlock->ReadKey, DB_KEY_LENGTH_BYTE ); /*调用我的加密函数*/
break;
}
return data;
}
//销毁一个加密块及相关的缓冲区,密钥.
staticvoid DestroyCryptBlock(LPCryptBlock pBlock)
{
//销毁读密钥.
if (pBlock->ReadKey){
sqliteFree(pBlock->ReadKey);
}
//如果写密钥存在并且不等于读密钥,也销毁.
if (pBlock->WriteKey && pBlock->WriteKey !=pBlock->ReadKey){
sqliteFree(pBlock->WriteKey);
}
if(pBlock->Data){
sqliteFree(pBlock->Data);
}
//释放加密块.
sqliteFree(pBlock);
}
staticvoid * sqlite3pager_get_codecarg(Pager *pPager)
{
return (pPager->xCodec) ? pPager->pCodecArg: NULL;
}
// 从用户提供的缓冲区中得到一个加密密钥
staticunsignedchar * DeriveKey(constvoid *pKey, int nKeyLen)
{
unsignedchar * hKey = NULL;
int j;
if( pKey == NULL || nKeyLen == 0 )
{
return NULL;
}
hKey = sqliteMalloc( DB_KEY_LENGTH_BYTE + 1 );
if( hKey == NULL )
{
return NULL;
}
hKey[ DB_KEY_LENGTH_BYTE ] = 0;
if( nKeyLen < DB_KEY_LENGTH_BYTE )
{
memcpy( hKey, pKey, nKeyLen ); //先拷贝得到密钥前面的部分
j = DB_KEY_LENGTH_BYTE - nKeyLen;
//补充密钥后面的部分
memset( hKey + nKeyLen, DB_KEY_PADDING,j );
}
else
{ //密钥位数已经足够,直接把密钥取过来
memcpy( hKey, pKey, DB_KEY_LENGTH_BYTE );
}
return hKey;
}
//创建或更新一个页的加密算法索引.此函数会申请缓冲区.
static LPCryptBlock CreateCryptBlock(unsignedchar* hKey, Pager *pager, LPCryptBlock pExisting)
{
LPCryptBlock pBlock;
if (!pExisting)//创建新加密块
{
pBlock = sqliteMalloc(sizeof(CryptBlock));
memset(pBlock, 0, sizeof(CryptBlock));
pBlock->ReadKey = hKey;
pBlock->WriteKey = hKey;
pBlock->PageSize = pager->pageSize;
pBlock->Data = (unsignedchar*)sqliteMalloc(pBlock->PageSize + CRYPT_OFFSET);
}
else//更新存在的加密块
{
pBlock = pExisting;
if ( pBlock->PageSize != pager->pageSize &&!pBlock->Data){
sqliteFree(pBlock->Data);
pBlock->PageSize =pager->pageSize;
pBlock->Data = (unsignedchar*)sqliteMalloc(pBlock->PageSize+ CRYPT_OFFSET);
}
}
memset(pBlock->Data, 0, pBlock->PageSize+ CRYPT_OFFSET);
return pBlock;
}
/*
** Set the codec forthis pager
*/
void sqlite3pager_set_codec(
Pager *pPager,
void *(*xCodec)(void*,void*,Pgno,int),
void *pCodecArg
)
{
pPager->xCodec = xCodec;
pPager->pCodecArg = pCodecArg;
}
int sqlite3_key(sqlite3 *db,constvoid *pKey,int nKey)
{
return sqlite3_key_interop(db, pKey, nKey);
}
int sqlite3_rekey(sqlite3 *db,constvoid *pKey,int nKey)
{
return sqlite3_rekey_interop(db, pKey, nKey);
}
/*被sqlite和 sqlite3_key_interop调用,附加密钥到数据库.*/
int sqlite3CodecAttach(sqlite3 *db,int nDb,constvoid *pKey,int nKeyLen)
{
int rc = SQLITE_ERROR;
unsignedchar* hKey = 0;
//如果没有指定密匙,可能标识用了主数据库的加密或没加密.
if (!pKey || !nKeyLen)
{
if (!nDb)
{
return SQLITE_OK; //主数据库,没有指定密钥所以没有加密.
}
else//附加数据库,使用主数据库的密钥.
{
//获取主数据库的加密块并复制密钥给附加数据库使用
LPCryptBlock pBlock =(LPCryptBlock)sqlite3pager_get_codecarg(sqlite3BtreePager(db->aDb[0].pBt));
if (!pBlock) return SQLITE_OK;//主数据库没有加密
if (!pBlock->ReadKey)return SQLITE_OK;//没有加密
memcpy(pBlock->ReadKey,&hKey, 16);
}
}
else//用户提供了密码,从中创建密钥.
{
hKey = DeriveKey(pKey, nKeyLen);
}
//创建一个新的加密块,并将解码器指向新的附加数据库.
if (hKey)
{
LPCryptBlock pBlock =CreateCryptBlock(hKey, sqlite3BtreePager(db->aDb[nDb].pBt), NULL);
sqlite3pager_set_codec(sqlite3BtreePager(db->aDb[nDb].pBt),sqlite3Codec, pBlock);
rc = SQLITE_OK;
}
return rc;
}
// Changes the encryptionkey for an existing database.
int__stdcall sqlite3_rekey_interop(sqlite3 *db,constvoid *pKey,int nKeySize)
{
Btree *pbt = db->aDb[0].pBt;
Pager *p = sqlite3BtreePager(pbt);
LPCryptBlock pBlock =(LPCryptBlock)sqlite3pager_get_codecarg(p);
unsignedchar * hKey = DeriveKey(pKey, nKeySize);
int rc = SQLITE_ERROR;
if (!pBlock && !hKey)return SQLITE_OK;
//重新加密一个数据库,改变pager的写密钥,读密钥依旧保留.
if (!pBlock)//加密一个未加密的数据库
{
pBlock = CreateCryptBlock(hKey, p, NULL);
pBlock->ReadKey = 0; // 原始数据库未加密
sqlite3pager_set_codec(sqlite3BtreePager(pbt),sqlite3Codec, pBlock);
}
else//改变已加密数据库的写密钥
{
pBlock->WriteKey = hKey;
}
// 开始一个事务
rc = sqlite3BtreeBeginTrans(pbt, 1);
if (!rc)
{
// 用新密钥重写所有的页到数据库。
Pgno nPage = sqlite3PagerPagecount(p);
Pgno nSkip = PAGER_MJ_PGNO(p);
void *pPage;
Pgno n;
for(n = 1; rc == SQLITE_OK && n <= nPage; n ++)
{
if (n == nSkip) continue;
rc = sqlite3PagerGet(p, n,&pPage);
if(!rc)
{
rc = sqlite3PagerWrite(pPage);
sqlite3PagerUnref(pPage);
}
}
}
// 如果成功,提交事务。
if (!rc)
{
rc = sqlite3BtreeCommit(pbt);
}
// 如果失败,回滚。
if (rc)
{
sqlite3BtreeRollback(pbt);
}
// 如果成功,销毁先前的读密钥。并使读密钥等于当前的写密钥。
if (!rc)
{
if (pBlock->ReadKey)
{
sqliteFree(pBlock->ReadKey);
}
pBlock->ReadKey = pBlock->WriteKey;
}
else//如果失败,销毁当前的写密钥,并恢复为当前的读密钥。
{
if (pBlock->WriteKey)
{
sqliteFree(pBlock->WriteKey);
}
pBlock->WriteKey = pBlock->ReadKey;
}
// 如果读密钥和写密钥皆为空,就不需要再对页进行编解码。
// 销毁加密块并移除页的编解码器
if (!pBlock->ReadKey && !pBlock->WriteKey)
{
sqlite3pager_set_codec(p, NULL, NULL);
DestroyCryptBlock(pBlock);
}
return rc;
}
/***
下面是加密函数的主体
***/
int__stdcall sqlite3_key_interop(sqlite3 *db,constvoid *pKey,int nKeySize)
{
return sqlite3CodecAttach(db, 0, pKey, nKeySize);
}
// 释放与一个页相关的加密块
void sqlite3pager_free_codecarg(void *pArg)
{
if (pArg)
DestroyCryptBlock((LPCryptBlock)pArg);
}
#endif//#ifdefSQLITE_HAS_CODEC