MySQL & MariaDB的世界

MySQL 資料加密完全指南：從 TDE 到 AES_ENCRYPT 徹底解析

伺服器設定與管理
目次

1. 簡介

資料安全性的重要性

在當今資料安全性日益重要的時代，保護儲存在資料庫中的資訊已成為不可或缺的事項。其中，活用像 MySQL 這樣的資料庫時，資料加密特別是重要的課題。

本篇文章將詳細說明 MySQL 中的資料加密，從基本概念到實作步驟，以及最佳實務。目標是讓初學者到中級者都能理解的內容。

2. MySQL 中的加密基礎

加密的基礎知識

資料加密是指將平文（任何人皆可讀取的資料形式）轉換為密文（沒有特定金鑰無法解讀的形式）。透過加密，可以保護資訊免受第三方不當存取或資料外洩。

另一方面，雜湊化與加密不同，是將原始資料轉換為無法還原的形式的技術。常用於密碼管理等，與加密的用途不同。

MySQL 中需要加密的原因

使用 MySQL 的系統中，通常會處理客戶資料或財務資訊等機密資訊。為了保護這些資訊，加密是不可或缺的。此外，為了符合 GDPR 或 CCPA 等法規，資料加密也是必要的。

例如，透過加密儲存客戶的個人資訊，即使資料庫遭到入侵，資訊仍能保持安全性的可能性會提高。

3. 加密的種類與用途

儲存加密

儲存加密是對儲存在磁碟上的資料進行加密的方法。在 MySQL 中，可以使用透明資料加密（TDE），藉此自動加密儲存空間內的資料。

透明資料加密（TDE）

TDE 是自動加密儲存在磁碟上的資料的技術。資料在寫入時會被加密，在讀取時會被解密，因此不會影響應用程式。設定步驟

  1. 安裝或更新 MySQL 8.0。
  2. 啟用加密外掛程式：
   INSTALL PLUGIN keyring_file SONAME 'keyring_file.so';
  1. 建立加密目標的表格：
   CREATE TABLE my_table (
       id INT PRIMARY KEY,
       sensitive_data TEXT
   ) ENCRYPTION='Y';

通訊路徑的加密

在 MySQL 中，可以使用 TLS/SSL 來加密客戶端與伺服器之間的通訊。藉此防止通訊途中的資料竊聽。TLS/SSL 的設定方法

  1. 建立伺服器憑證並安裝到 MySQL 伺服器。
  2. 在 MySQL 設定檔（my.cnf）中新增以下設定：
   [mysqld]
   ssl-ca=/path/to/ca-cert.pem
   ssl-cert=/path/to/server-cert.pem
   ssl-key=/path/to/server-key.pem
  1. 重新啟動後，使用以下指令確認啟用：
   SHOW VARIABLES LIKE 'have_ssl';

應用程式層級的加密

這是在應用程式端加密資料後再儲存到 MySQL 的手法。此方法中，加密的管理由應用程式端負責，因此具有更高的彈性。

4. MySQL 加密函數的活用

主要加密函數

MySQL 提供了專用函數來進行資料的加密和解密。以下介紹主要加密函數。

AES_ENCRYPT() 和 AES_DECRYPT()

  • 概要
    AES_ENCRYPT() 是用來加密資料的函數，使用 AES（Advanced Encryption Standard）演算法。
    AES_DECRYPT() 用於解密加密的資料。
  • 使用範例
  -- 加密
  INSERT INTO sensitive_data (id, encrypted_value)
  VALUES (1, AES_ENCRYPT('MySecretData', 'encryption_key'));

  -- 解密
  SELECT AES_DECRYPT(encrypted_value, 'encryption_key')
  FROM sensitive_data
  WHERE id = 1;
  • 注意事項
    加密金鑰（encryption_key）的安全管理非常重要。如果金鑰洩露，加密的意義將喪失。

其他加密相關函數

  • SHA() / MD5()
    這是雜湊函數，無法還原原始資料。用於密碼儲存等，資料不會變更的場合。
  SELECT SHA('MyPassword');

實務中的使用案例

特定欄位的加密

例如，加密信用卡號碼時，可以如下實作。

-- 以加密欄位插入
INSERT INTO transactions (id, card_number)
VALUES (1, AES_ENCRYPT('1234-5678-9876-5432', 'secure_key'));

-- 解密並顯示
SELECT AES_DECRYPT(card_number, 'secure_key') AS card_number
FROM transactions
WHERE id = 1;

部分加密

不加密整個資料庫，而是只加密特定欄位或欄位，可以將對效能的影響降到最低。

5. 加密的優點與風險

加密的優點

資料保護的強化

透過資料加密，儲存在 MySQL 中的機密資訊可免受外部攻擊或資料外洩的威脅。即使資料庫遭受未經授權的存取，若資料已加密，則無法解讀。

法規遵循

GDPR（一般資料保護規則）或 CCPA（加州消費者隱私法）等，各種資料保護法中，加密可能被建議或強制實施。透過導入加密，可降低法律風險。

客戶信任的提升

透過強化安全性，客戶可安心使用服務。這是提升業務信譽的重要要點。

加密的風險與挑戰

效能的影響

加密與解密需要額外的運算資源，因此在處理大量資料的系統中，可能導致效能下降。為了減輕此風險，重要的是將加密的資料限制在必要的最小範圍。

加密金鑰的管理

若加密金鑰外洩，則加密的資料將容易被解讀。因此，需要建立金鑰的安全儲存方法。例如，以下方法：

  • 使用 HSM（硬體安全模組）
  • 活用 AWS Key Management Service (KMS) 等雲端基礎的金鑰管理服務

資料解密時的安全性風險

若解密的資料透過網路傳輸，則需同時實施通訊加密，否則資訊有外洩的危險。考量此點，建議導入 TLS/SSL。

實際案例：加密的失敗事例

作為加密未適當實施的例子，可舉出大型企業資料外洩事件。在此事件中，由於加密金鑰以明文儲存，攻擊者取得金鑰後，即可解密所有資料。

6. 最佳實務與推薦設定

加密設定的檢查清單

在實作加密時，透過確認以下要點，即可強化安全性。

  1. 加密目標資料的選定
    僅將機密資訊（例如：個人資訊、付款資料）作為加密目標，即可將對效能的影響降至最低。
  2. 加密演算法的選擇
    使用安全性高且廣泛採用的演算法，例如 AES（Advanced Encryption Standard）。
  3. 通訊路徑的加密
    使用 TLS/SSL 保護客戶端與伺服器之間的通訊。my.cnf檔案中加入適當的 SSL 設定來啟用。
  4. 記錄的加密
    對二進位記錄及錯誤記錄也施加加密，以防不當存取。

加密金鑰的管理

加密的安全性很大程度上取決於加密金鑰的管理。請活用以下方法來確保金鑰的安全。

  1. 專用工具的使用
    活用 HSM（硬體安全性模組）或 AWS KMS（Key Management Service），即可安全管理加密金鑰。
  2. 存取控制
    嚴格限制可存取加密金鑰的使用者。請將儲存金鑰的目錄權限設定為最低限度。
  3. 金鑰的輪替
    定期以新金鑰替換實施「金鑰輪替」，以降低風險。

定期審核與改善

由於安全狀況會隨時間變化，因此需要以下類型的持續努力。

  1. 安全性修補程式的套用
    務必實施 MySQL 及 OS 的安全性更新。
  2. 記錄的監視
    監視二進位記錄及錯誤記錄，以建立及早發現可疑行為的体制。
  3. 安全性審核
    定期檢討安全性設定，並採取因應最新威脅的措施。

7. 案例研究

金融產業中 MySQL 加密的導入成功案例

金融產業中，由於處理客戶的個人資訊及交易資料，資料安全性極為重要。某大型銀行透過導入 MySQL 的透明資料加密（TDE），達成以下成果。

挑戰

  • 不正存取導致的資料外洩風險
  • 法規遵守（例如：PCI DSS）
  • 提升資料安全性與維持效能的兼顧

解決方案

  • 活用 MySQL 8.0 的 TDE 功能，完全加密儲存中的資料。
  • 採用 AWS KMS 管理加密金鑰，並設定金鑰的自動輪替。

結果

  • 符合法規，並通過審核。
  • 資料存取的延遲僅抑制在 5%，對業務運作的影響最小化。

電子商務網站的加密活用範例

線上商店需要安全儲存客戶的信用卡資訊及地址。某中型電子商務企業活用 MySQL 的加密函數，在應用程式層級導入資料加密。

挑戰

  • 信用卡資訊外洩風險
  • 強化客戶資料保護

解決方案

  • 使用 AES_ENCRYPT() 加密信用卡號碼。
  • 以 HSM 管理加密金鑰，並採用不直接儲存於應用程式的機制。

結果

  • 大幅減輕資料外洩風險。
  • 透過獲得客戶信任，銷售額較前一年增加 20%。

加密失敗案例及其教訓

某企業因以明文儲存加密金鑰，導致資料外洩事件發生。

背景

  • 在開發初期階段，轻視加密金鑰的管理。
  • 因將金鑰嵌入應用程式內，攻擊者輕易取得金鑰。

結果

  • 因資料外洩，數萬筆客戶資訊外流。
  • 信譽受損並產生巨額賠償金。

教訓

  • 加密金鑰務必以安全方法管理（活用 HSM 或 KMS）。
  • 從開發初期即融入安全性設計的重要性。

8. 常見問題（FAQ）

Q1: 在 MySQL 中啟用加密會對效能產生多大的影響？

  • A1: 啟用加密後，需要計算資源來進行資料的加密與解密，因此預期效能會降低約 5-15%。不過，透過提升硬體效能或將加密資料限制在必要最小範圍內，即可減輕影響。

Q2: MySQL 的哪個版本開始可以使用加密功能？

  • A2:
  • 透明資料加密（TDE）: 從 MySQL 5.7 開始導入。在 MySQL 8.0 中，功能進一步強化。
  • 二進位記錄檔的加密: MySQL 8.0 及後續版本可用。
  • 其他加密函數（例如: AES_ENCRYPT）在舊版中也能使用，但建議使用最新版本。

Q3: 如何確認 TLS/SSL 通信加密是否正確設定？

  • A3: 透過執行以下指令，即可確認 MySQL 伺服器與客戶端之間的 TLS 連線是否啟用。
  SHOW STATUS LIKE 'Ssl_cipher';

如果此指令顯示使用的加密通訊協定，即表示 TLS 連線已啟用。Q4: 加密資料的優先順位是？

  • A4: 建議優先加密以下資料。
  1. 個人資訊（姓名、地址、電話號碼等）
  2. 付款資訊（信用卡號碼、銀行帳戶資訊等）
  3. 財務資料（銷售記錄、客戶購買歷史等）
  4. 使用者認證資訊（密碼、權杖等）

Q5: 如何安全管理加密金鑰？

  • A5: 安全管理加密金鑰的最佳實務如下。
  • 使用專用金鑰管理服務: 活用 AWS KMS 或 HSM 等工具。
  • 徹底實施存取控制: 嚴格限制能存取加密金鑰的使用者。
  • 實施金鑰輪替: 定期更換為新金鑰，以最小化風險。

9. 總結

MySQL 中的加密重要性

這篇文章針對 MySQL 的加密，從基礎知識到具體的實作手順，以及最佳實務，進行了廣泛的說明。讓我們來重新確認以下重點。

  1. 加密的目的
    加密是用來保護資料庫內的機密資訊，防止資料外洩或不正存取造成的被害的必要技術。
  2. MySQL 的加密功能
    透過透明資料加密 (TDE) 或通訊路徑的加密 (TLS/SSL)、AES_ENCRYPT 等加密函式，即可強化安全性。
  3. 課題與對策
    加密會伴隨效能影響或加密金鑰管理等課題，但若適當處理這些，即可提升安全性，同時最佳化系統的運作。

下一步驟

閱讀本文的各位，接下來應採取哪些步驟，本節提供具體的指引。

  1. 評估加密的必要性
    請在貴公司的資料庫環境中，特定哪些資料需要加密。
  2. MySQL 版本確認與更新
    導入最新的 MySQL 版本 (8.0 以上)，盡可能活用加密功能。
  3. 加密的測試與實作
    請在小規模環境中試行實作加密，評估效能與影響後，再導入正式環境。
  4. 持續檢討安全性對策
    不僅是加密，也請定期檢討整體的安全性對策 (存取控制、稽核記錄等)。

文章的活用方法

這篇文章可用作理解 MySQL 中的資料加密並應用於實務的指南。在製作內部教育資料或專案計劃書時，也請活用它。