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数据加密 – 数据库隐私字段组件

数据加密 - 数据库隐私字段组件

数据加密概述

加密：将明文信息改变为难以读取的密文内容。
解密：将密文内容转化为原来数据。

分类

  • 对称加密：加密与解密密钥相同。
  • 非对称加密：加密使用公钥，公钥可公开；解密使用私钥。

相关阅读：

  • 加密 – wikipedia

数据库隐私字段加密注解组件实现

说明

  1. 数据库存储密文字段，内存可见为明文信息
  2. 可设定字段保存值支持 整体加密（仅可全部匹配查询）、模糊加密（支持模糊查询）
  3. 相关做法： 数据库隐私字段加密以及加密后的数据如何进行模糊查询？ – 业余草

MyBatis-Plus 实现（做法：使用 常规2 处理）

  • 整体加密数据库字段长度与保存值长度对应（需要额外存储一个标识符）

    数据库字段长度 字符长度
    varchar(49) 12个中文字符、36个ascii字符
    varchar(97) 24个中文字符、72个ascii字符、3个ascii字符+23个中文字符、68个ascii字符+1个中文字符
    varchar(197) 49个中文字符、145个ascii字符、3个ascii字符+48个中文字符 、 142个ascii字符+1个中文字符
    varchar(253) 63个中文字符、189个ascii字符 、3个ascii字符+62个中文字符 、 186个ascii字符+1个中文字符

  • 模糊加密数据库字段长度与保存值长度对应（4个字节加密一次大致对应8个字符+1个标识符），根据4位英文字符（半角），2个中文字符（全角）为一个检索条件

    数据库字段长度 字符长度
    varchar(99) 12个中文字符、14个ascii字符
    varchar(198) 23个中文字符、25个ascii字符
    varchar(252) 29个中文字符、31个ascii字符

1 ：利用 TypeHandler 支持数据加解密转换

INSERT VALUE、UPDATE ENTITY、SELECT RESULT
只对数据库和程序之间的数据转换，查询条件不会调用。

  • 整体加密类型处理器

    使用示例：
1. MyBatis-Plus 注解（自动生产 ResultMap ，存在场景不生效）
    @TableField(typeHandler = OverallCryptoTypeHandler.class)
2. 自定义 ResultMap 配置
    <result column="phone" property="phone" typeHandler="cn.eastx.practice.demo.crypto.config.mp.OverallCryptoTypeHandler" />
    整体加密类型处理器 OverallCryptoTypeHandler.java 
    @Override
public void setNonNullParameter(PreparedStatement ps, int i, String parameter, JdbcType jdbcType) throws SQLException {
    /*
        对非null参数值进行加密，需要通过实体类处理方可，支持 INSERT/UPDATE ENTITY
        当前处理 INSERT ENTITY，UPDATE ENTITY 会先通过拦截器处理
        因为拦截器修改元数据将导致实体类属性值产生变更，所以实体类还是由 TypeHandler 来进行处理
    */
    ps.setString(i, CryptoDataUtil.overallEncrypt(parameter));
}

@Override
public String getNullableResult(ResultSet rs, String columnName) throws SQLException {
    // 对可为null的结果进行解密
    return CryptoDataUtil.decrypt(rs.getString(columnName));
}

  • 模糊加密类型处理器
    注意：根据4位英文字符（半角），2个中文字符（全角）为一个检索条件，如果字段值较少查询可能存在问题

        使用示例：
    1. MyBatis-Plus 注解（自动生产 ResultMap ，存在场景不生效）
        @TableField(typeHandler = FuzzyCryptoTypeHandler.class)
    2. 自定义 ResultMap 配置
        <result column="phone" property="phone" typeHandler="cn.eastx.practice.demo.crypto.config.mp.FuzzyCryptoTypeHandler" />
    模糊加密类型处理器 FuzzyCryptoTypeHandler.java 
    @Override
public void setNonNullParameter(PreparedStatement ps, int i, String parameter, JdbcType jdbcType) throws SQLException {
    /*
        对非null参数值进行加密，需要通过实体类处理方可，支持 INSERT/UPDATE ENTITY
        当前处理 INSERT ENTITY，UPDATE ENTITY 会先通过拦截器处理
        因为拦截器修改元数据将导致实体类属性值产生变更，所以实体类还是由 TypeHandler 来进行处理
    */
    ps.setString(i, CryptoDataUtil.fuzzyEncrypt(parameter));
}

@Override
public String getNullableResult(ResultSet rs, String columnName) throws SQLException {
    // 对可为null的结果进行解密
    return CryptoDataUtil.decrypt(rs.getString(columnName));
}

2 ：利用字段注解配合 MyBatis 拦截器对条件进行拦截处理

注：目前仅支持简单查询处理，复杂查询可能存在问题。

  • 自定义字段注解 CryptoCond.java

    • 使用 replacedColumn() 替换 SQL 查询条件中的字段名
    • 使用 encryption() 对 SQL 中条件值、参数值进行加密，支持两种方式（整体匹配、模糊匹配）
    • 使用示例：User.java

  • 自定义 MyBatis 拦截器

    • 实现 Interceptor 接口，重写拦截器拦截 SQL 逻辑
    • 拦截器执行在 TypeHandler 之前，注意避免冲突
    自定义 MyBatis 拦截器 CryptoCondInterceptor.java 
    @Override
public Object intercept(Invocation invocation) throws Throwable {
    StatementHandler statementHandler = PluginUtils.realTarget(invocation.getTarget());
    MetaObject metaObject = SystemMetaObject.forObject(statementHandler);
    MappedStatement mappedStatement =
            (MappedStatement) metaObject.getValue("delegate.mappedStatement");
    // 支持处理 SELECT、UPDATE、DELETE
    boolean canHandler = Stream.of(SqlCommandType.SELECT, SqlCommandType.UPDATE,
                    SqlCommandType.DELETE)
            .anyMatch(item -> item.equals(mappedStatement.getSqlCommandType()));
    if (canHandler && !getIntercept()) {
        clearIntercept();
        return invocation.proceed();
    }

    clearIntercept();
    // 判断是否有参数需要处理
    BoundSql boundSql = statementHandler.getBoundSql();
    if (Objects.isNull(boundSql.getParameterObject())) {
        return invocation.proceed();
    }

    // 获取自定义注解，通过 MapperID 获取到 Mapper 对应的实体类，获取实体类所有注解字段与注解对应 Map
    Map<String, CryptoCond> condMap = mapEntityFieldCond(mappedStatement.getId());
    if (CollectionUtil.isNotEmpty(condMap)) {
        replaceHandle(mappedStatement.getConfiguration(), condMap, boundSql);
    }
    return invocation.proceed();
}
    
// 替换数据处理
private void replaceHandle(Configuration configuration, Map<String, CryptoCond> condMap,
                        BoundSql boundSql) {
    String sql = boundSql.getSql();
    List<SqlCondOperation> operationList = SqlUtil.listSqlCondOperation(sql);
    if (CollectionUtil.isEmpty(operationList)) {
        return;
    }
    MetaObject paramMetaObject = configuration.newMetaObject(boundSql.getParameterObject());
    List<ParameterMapping> mappings = boundSql.getParameterMappings();
    int condParamStart = SqlUtil.getSqlCondParamStartIdx(sql);
    int mappingStartIdx = 0;
    for (SqlCondOperation operation : operationList) {
        String columnName = operation.getColumnName();
        String condStr = operation.getOriginCond();
        int condNum = SqlUtil.countPreparePlaceholder(condStr);
        CryptoCond ann = condMap.get(operation.getColumnName());
        if (Objects.nonNull(ann)) {
            // 替换查询条件参数中的列名
            if (StrUtil.isNotBlank(ann.replacedColumn())
                    && condParamStart < operation.getOriginCondStartIdx()) {
                sql = sql.replace(condStr,
                        condStr.replace(columnName, ann.replacedColumn()));
            }
            // 替换属性值为加密值
            if (condNum == 0) {
                // 存在非预编译语句条件，直接替换 SQL 条件值
                String propVal = String.valueOf(paramMetaObject.getValue(columnName));
                String useVal = getCryptoUseVal(ann, propVal);
                sql = sql.replace(condStr, condStr.replace(propVal, useVal));
            } else {
                // 预编译语句条件通过替换条件值处理
                for (int i = 0; i < condNum; i++) {
                    String propName = mappings.get(mappingStartIdx + i).getProperty();
                    if (!propName.startsWith("et.")) {
                        // 非实体类属性进行值替换，实体类属性通过 TypeHandler 处理
                        String propVal = String.valueOf(paramMetaObject.getValue(propName));
                        paramMetaObject.setValue(propName, getCryptoUseVal(ann, propVal));
                    }
                }
            }
        }
        mappingStartIdx += condNum;
    }
    ReflectUtil.setFieldValue(boundSql, "sql", sql);
}

3 ：相关汇总

测试

  • 执行 /resources/db/schema.sql 创建数据库（ java-practice-demos ）、示例表（ crypto-user ）
  • 用户表 Service 层 IUserService.java
  • 用户表 Service 层 测试 UserServiceTest.java
    测试结果

使用问题

  • TypeHandler 不起效

    • 在 xml 中自定义 ResultMap ，示例：UserMapper.xml
    点击查看代码 UserMapper.xml 
    <!-- 使用自定义SQL时，对于加密处理需要使用ResultMap作为返回对象，否则对解析成实际数据会存在问题 -->
<resultMap id="BaseResultMap" type="cn.eastx.practice.demo.crypto.pojo.po.User">
    <result column="id" property="id" />
    <result column="name" property="name" />
    <result column="password" property="password" />
    <result column="salt" property="salt" />
    <result column="phone" property="phone" typeHandler="cn.eastx.practice.demo.crypto.config.mp.OverallCryptoTypeHandler" />
    <result column="email" property="email" typeHandler="cn.eastx.practice.demo.crypto.config.mp.FuzzyCryptoTypeHandler" />
    <result column="create_time" property="createTime" />
    <result column="update_time" property="updateTime" />
</resultMap>
    • 在实体类上增加 @TableName(autoResultMap = true) ，自动构建 ResultMap
    • https://gitee.com/baomidou/mybatis-plus/issues/I103ZO

  • 加密后解密数据乱码

    • 可能是密钥存在问题，建议重新生成

  • CryptoCondInterceptor 不起效

    • 设置 CryptoCondInterceptor.setIntercept(false)
    • 在实体类上相应字段设置 @CryptoCond ，示例：User.java
    用户实体类 User.java 
    @Data
@TableName(value = "crypto_user", autoResultMap = true)
public class User {
    /**
    * 用户表主键ID
    */
    private Long id;
    /**
    * 用户名
    */
    private String name;
    /**
    * 加密后的密码，MD5加盐
    */
    private String password;
    /**
    * 加密密码使用的盐
    */
    private String salt;
    /**
    * 手机号码，整体加密
    */
    @TableField(typeHandler = OverallCryptoTypeHandler.class)
    @CryptoCond(encryption = CryptoCond.EncryptionEnum.DEFAULT_OVERALL)
    private String phone;
    /**
    * 邮箱，模糊加密
    */
    @TableField(typeHandler = FuzzyCryptoTypeHandler.class)
    @CryptoCond(encryption = CryptoCond.EncryptionEnum.DEFAULT_FUZZY)
    private String email;
    /**
    * 创建时间
    */
    @TableField(fill = INSERT)
    private LocalDateTime createTime;
    /**
    * 更新时间
    */
    @TableField(fill = INSERT_UPDATE)
    private LocalDateTime updateTime;
}
    • Mapper 实现 BaseMapper 并指定实体类，示例：public interface UserMapper extends BaseMapper<User>
    • 将拦截器加入 Spring IOC 管理

  • MySQL 异常

    • 索引长度
      MySQL 默认索引长度最大长度是767bytes
      Specified key was too long; max key length is 3072
      bytes

参考

  • mybatis(mybatis-plus)使用sql拦截器和自定义注解获取sql和参数

其他

demo 地址：https://github.com/EastX/java-practice-demos/tree/main/demo-crypto

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  • 数据库隐私字段加密以及加密后的数据如何进行模糊查询？ – 业余草
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