使用 java 的可搜索行级加密？
searchable row level encryption using java?
我正在设计一个 java 应用程序，它使用算法将其他来源的数据导入数据库。该应用程序还会在数据库中搜索记录。
如何实现行级安全性，使数据库甚至不知道数据已加密，而且允许使用从 java代码?
我可以使用BouncyCastle 将每行数据中的每个字段在插入数据库之前对其进行加密。但是，如果数据库中的每一行和字段都单独加密，我该如何搜索行呢？答案是否像在将搜索参数传递到 SQL 或 JPA SELECT 查询之前使用相同的密钥加密每个搜索参数一样简单？还是需要更复杂的方法？
我目前正在使用 MySQL，但如果这与数据库供应商无关就更好了。
好的加密最重要的特性之一是相似的明文被加密成截然不同的密文。两个密文的大约一半位将匹配。这 属性 使得很难（不可能）制定任何类型的查询，通过 LIKE 查找子字符串或确定字段值是大于还是小于给定值。
还有一个属性，那就是语义安全。当用同一个密钥加密同一个明文时，产生的密文应该是不同的。 属性 使攻击者无法获得有关明文块的一些元信息，但由于建议的解决方案的工作方式，必须删除此 属性。
让我们以AES作为CBC模式下的基本加密原语为例。它的块大小为 16 字节，因此密文将是它的倍数。如果这是一个太大的开销，您应该使用具有三个不同密钥的三重 DES（= 168 位安全性的 24 字节密钥）。
简单示例：
所有 table 单元都使用相同的密钥加密。现在，您想要查询 table 以获取其中一列具有特定值的行。首先，您加密值以使用相同的密钥进行匹配，并且由于我们说过没有语义安全性，因此生成的密文将 完全 与 table 中的密文相匹配。
query("SELECT * FROM table WHERE col = '" + encrypt(x) + "';");
然后您遍历结果集并解密每个值。 警告：为简单起见，未对查询进行参数化。使用准备好的语句来禁用 SQL 注入。
实现非语义安全：
ECB 模式是不安全的支柱，我建议使用带有静态 IV 的 CBC 模式（可能全是 0x00 字节：new byte[16];）。还有其他确定性的操作模式，但稍后会详细介绍。
限制：
- 没有
order by
- 不直接用SQL
中的值进行计算
- where 子句中没有
<、>、<= 或 >=
- ...（现在想不起来）
让它变得有趣：
您可以采取一些措施来提高安全性。
如果您事先知道您永远不会尝试查看两列是否具有相同的值，那么您可以使用半随机方法，您可以为每个 table 的每一列分配一个不同的随机初始化矢量 (IV)。这样一来，攻击者就无法尝试将一列的密文与另一列的密文进行匹配，以找到相似之处来获取有关明文的一些元数据。
如果减少开销不是那么重要，您可以选择像 SIV 这样的确定性身份验证加密模式，而不是 CCM 或 GCM（不确定 EAX）。它只有身份验证标签的开销（AES 为 16 字节）。通过使用它，您可以随时检查密文是否被某人操纵，并且可以检查密文值是否从另一个 table 单元格移动，因为您可以简单地使用列名作为关联数据。仍然很难检测到它是否在没有严重性能下降的情况下在列中移动。
幻想解决限制
Order-Preserving Encryption 可用于解决上面提出的第一个限制，但您会损害安全性，因为
Intuitively, it says that certain attackers can learn half the bits of a plaintext given its ciphertext.
来源：How does order-preserving encryption work?
如果 SQL 风格直接在 SQL 中提供加密功能，则可以避免第二个限制（也可能是其他限制），但这可能太慢而无法在大型应用程序中使用规模。
Public-密钥加密
您可能已经注意到，我自始至终只提到了对称加密。不必仅使用对称加密，但例如 RSA 的问题是密文是 巨大 （2048 位密钥的 256 字节）与 AES 的小开销相比。基于 ECC 的加密的足迹要好得多（例如 ElGamal Encrypt）。
Public-Key Crypto 的另一个好处是你可以查询任何你想要的数据，但是没有私钥就无法解密。所以你总是可以放入数据（使用 public 密钥），但只能用私钥取出数据。
我正在设计一个 java 应用程序，它使用算法将其他来源的数据导入数据库。该应用程序还会在数据库中搜索记录。
如何实现行级安全性，使数据库甚至不知道数据已加密，而且允许使用从 java代码?
我可以使用BouncyCastle 将每行数据中的每个字段在插入数据库之前对其进行加密。但是，如果数据库中的每一行和字段都单独加密，我该如何搜索行呢？答案是否像在将搜索参数传递到 SQL 或 JPA SELECT 查询之前使用相同的密钥加密每个搜索参数一样简单？还是需要更复杂的方法？
我目前正在使用 MySQL，但如果这与数据库供应商无关就更好了。
好的加密最重要的特性之一是相似的明文被加密成截然不同的密文。两个密文的大约一半位将匹配。这 属性 使得很难（不可能）制定任何类型的查询，通过 LIKE 查找子字符串或确定字段值是大于还是小于给定值。
还有一个属性，那就是语义安全。当用同一个密钥加密同一个明文时，产生的密文应该是不同的。 属性 使攻击者无法获得有关明文块的一些元信息，但由于建议的解决方案的工作方式，必须删除此 属性。
让我们以AES作为CBC模式下的基本加密原语为例。它的块大小为 16 字节，因此密文将是它的倍数。如果这是一个太大的开销，您应该使用具有三个不同密钥的三重 DES（= 168 位安全性的 24 字节密钥）。
简单示例：
所有 table 单元都使用相同的密钥加密。现在，您想要查询 table 以获取其中一列具有特定值的行。首先，您加密值以使用相同的密钥进行匹配，并且由于我们说过没有语义安全性，因此生成的密文将 完全 与 table 中的密文相匹配。
query("SELECT * FROM table WHERE col = '" + encrypt(x) + "';");
然后您遍历结果集并解密每个值。 警告：为简单起见，未对查询进行参数化。使用准备好的语句来禁用 SQL 注入。
实现非语义安全：
ECB 模式是不安全的支柱，我建议使用带有静态 IV 的 CBC 模式（可能全是 0x00 字节：new byte[16];）。还有其他确定性的操作模式，但稍后会详细介绍。
限制：
- 没有
order by - 不直接用SQL 中的值进行计算
- where 子句中没有
<、>、<=或>= - ...（现在想不起来）
让它变得有趣：
您可以采取一些措施来提高安全性。
如果您事先知道您永远不会尝试查看两列是否具有相同的值，那么您可以使用半随机方法，您可以为每个 table 的每一列分配一个不同的随机初始化矢量 (IV)。这样一来，攻击者就无法尝试将一列的密文与另一列的密文进行匹配，以找到相似之处来获取有关明文的一些元数据。
如果减少开销不是那么重要，您可以选择像 SIV 这样的确定性身份验证加密模式，而不是 CCM 或 GCM（不确定 EAX）。它只有身份验证标签的开销（AES 为 16 字节）。通过使用它，您可以随时检查密文是否被某人操纵，并且可以检查密文值是否从另一个 table 单元格移动，因为您可以简单地使用列名作为关联数据。仍然很难检测到它是否在没有严重性能下降的情况下在列中移动。
幻想解决限制
Order-Preserving Encryption 可用于解决上面提出的第一个限制，但您会损害安全性，因为
Intuitively, it says that certain attackers can learn half the bits of a plaintext given its ciphertext.
来源：How does order-preserving encryption work?
如果 SQL 风格直接在 SQL 中提供加密功能，则可以避免第二个限制（也可能是其他限制），但这可能太慢而无法在大型应用程序中使用规模。
Public-密钥加密
您可能已经注意到，我自始至终只提到了对称加密。不必仅使用对称加密，但例如 RSA 的问题是密文是 巨大 （2048 位密钥的 256 字节）与 AES 的小开销相比。基于 ECC 的加密的足迹要好得多（例如 ElGamal Encrypt）。
Public-Key Crypto 的另一个好处是你可以查询任何你想要的数据，但是没有私钥就无法解密。所以你总是可以放入数据（使用 public 密钥），但只能用私钥取出数据。