mysql表空间加密 keyring encryption

从5.7.11开始，mysql开始支持物理表空间的加密，它使用两层加密架构。
包括：master key 和 tablespace key

master key用于加密tablespace key，加密后的结果存储在tablespace的header中。tablespace key用于加密数据
当用户想访问加密的表时，innoDB会先用master key对之前存储在header中的加密信息进行解密，得到tablespace key。再用tablespace key解密数据信息。tablespace key是不会被改变的（除非进行alter table t1 encrytion=NO, alter table t1 encrytion=YES）。而master key可以随时改变（ALTER INSTANCE ROTATE INNODB MASTER KEY;）

InnoDB表空间加密依赖于keyring插件。总共有四个插件

keyring插件 开始版本 类型
keyring_file  5.7.11 社区版
keyring_encrypted_file  5.7.21 企业版
keyring_okv  5.7.12 企业版
keyring_aws  5.7.19 企业版

由于上面四种类型的加密后三种都只有在企业版本有，所以接下来的介绍主要以社区版本的keyring_file为例进行说明。

安装：

1.配置文件中加入如下参数：
[mysqld]
early-plugin-load=keyring_file.so
keyring_file_data=/usr/local/mysql/mysql-keyring/keyring

2.查看所加插件是否生效：
SELECT PLUGIN_NAME, PLUGIN_STATUS FROM INFORMATION_SCHEMA.PLUGINS WHERE PLUGIN_NAME LIKE 'keyring%';
+--------------+---------------+
| PLUGIN_NAME | PLUGIN_STATUS |
+--------------+---------------+
| keyring_file | ACTIVE |
+--------------+---------------+

3.查看 innodb_file_per_table参数是否已经为开（default:ON）

4.创建加密表空间
CREATE TABLE t1 (c1 INT) ENCRYPTION='Y';
ALTER TABLE t1 ENCRYPTION='Y';

5.取消加密表空间：
ALTER TABLE t1 ENCRYPTION='N';

master key需周期性地改变，增强安全性，master key rotation是原子的、实例级别的操作。轮换时，所有的tablespace key都会被重新用新master key加密并存储到相关的tablespace header中。
更换master key只会改变master key和重新加密tablespace key,不会解密及重加密表空间数据。
更换语句：ALTER INSTANCE ROTATE INNODB MASTER KEY;
更换时，能够进行并发地DML操作，但是不能和CREATE TABLE ... ENCRYPTED 或 ALTER TABLE ... ENCRYPTED 并行。

当在进行master key 更换时，实例挂掉。那在实例重启时会继续此操作。
在重启过程中，keyring插件将优先于innoDB初始化执行，因为innoDB需要keyring插件来解密相关的数据，这也是为什么需要用early-plugin-load参数的原因(用--plugin-load 或 --plugin-load-add 加载的插件是在InnoDB初始化后才加载的。用 INSTALL PLUGIN加载的插件是注册在mysql.plugin表中，但它也是一个innodb表，里面注册的插件也是在innodb初始化后才执行的)。同时，mysql会去扫描所有的加密表空间文件。对于依旧使用旧master key的文件，innodb会先用old master key来解密tablespace key，再用new master key加密tablespace key后重写回tablespace header中。

当导出一个加密的表时，InnoDB生成一个transfer key用来加密tablespace key,加密的tablespace key及transfer key存储在tablespace_name.cfp文件中。当导入时，InnoDB会使用transfer key来解密tablespace key。

执行ALTER INSTANCE ROTATE INNODB MASTER KEY时，主从实例必须都得支持表空间加密才行
ALTER INSTANCE ROTATE INNODB MASTER KEY执行成功后会被记录在binlog中。

找出加密的表空间：
SELECT TABLE_SCHEMA, TABLE_NAME, CREATE_OPTIONS FROM INFORMATION_SCHEMA.TABLES WHERE CREATE_OPTIONS LIKE '%ENCRYPTION="Y"%';
+--------------+------------+----------------+
| TABLE_SCHEMA | TABLE_NAME | CREATE_OPTIONS |
+--------------+------------+----------------+
| test | t1 | ENCRYPTION="Y" |
+--------------+------------+----------------+

注意：
1.不能一次使用多个加密插件。
2.确保master key的安全性，如果丢失，就会造成数据文件的不可用。在初次建立表空间加密及master key rotation时，建议备份
3.ALTER TABLE ... ENCRYPTION 操作用 ALGORITHM=COPY重建表，不支持ALGORITHM=INPLACE
4.如果实例退出，建立用同样的加密配置启动实例。
5.第一个新的或存在的表加密时，会自动生成master key
6.轮换Master key时只是重新加密tablespace key，并没有改变tablespace key,要改变tablespace key,需要用 ALTER TABLE tbl_name ENCRYPTION先禁用加密再重新加密，它使用ALGORITHM=COPY来重建表。
7.如果一个表创建时使用compression及encryption选项，compression会在encryption前执行。
8.如果keyring 数据文件（keyring_file_data变量）是空的或不存在，第一次执行 ALTER INSTANCE ROTATE INNODB MASTER KEY 会生成master key.
9.卸载keyring_file 插件时并不会删除keyring 数据文件。
10.不建议把keyring数据文件和tablespace表放在同一个目录中。
11.在运行或重启时修改 keyring_file_data 变量会使之前加密的表不可访问，造成数据丢失。

限制：
1.AES是唯一支持的加密算法。在InnodB表空间中，tablespace key使用Electronic Codebook (ECB)块加密模式，data使用Cipher Block Chaining (CBC)块加密模式.
2.改变一个有的ENCRYPTION属性使用的是ALGORITHM=COPY，不支持ALGORITHM=INPLACE
3.只支持加密存储在file-per-table的表，general tablespaces, system tablespace, undo log tablespaces,temporary tablespace不支持加密。
4.不能把一个加密的表空间移到一个不支持的表空间类型。
5.表空间加密只加密表空间中的数据，在redo log,undo log,binary log中的数据是不加密的。
6.已经被加密的表不允许修改成其它存储引擎。