Tudor Golubenco：在PostgreSQL中使用pgcrypto实现多租户BYOK加密
内容提要
本文介绍在PostgreSQL中使用pgcrypto实现多租户BYOK列加密的方案。采用信封加密，AWS KMS保存客户密钥（KEK），应用从KMS解密获取数据密钥（DEK）并传入查询，数据库不持有密钥。通过示例展示单组织查询和跨组织混合查询模式，并强调密钥应作为参数传递、按行记录加密状态、非BYOK租户使用平台密钥等生产注意事项。
延伸解读
信封加密的职责分离
方案采用信封加密，将客户密钥（KEK）保存在AWS KMS，而实际加密数据的DEK由应用短暂持有并传入查询。这种设计实现了职责分离：KMS不接触数据，Postgres仅在查询执行时接触DEK，明文DEK只存在于应用内存中。这降低了密钥泄露的风险，即使数据库泄露，只要客户密钥未泄露，敏感数据仍然安全。
错误密钥的防护机制
pgp_sym_decrypt使用错误密钥时会抛出错误而非返回垃圾数据，这得益于PGP格式内置的完整性检查。这一特性对多租户场景至关重要，可以防止因密钥配置错误而静默返回错误数据，确保数据访问的可靠性和安全性。
生产环境的关键注意事项
文章强调了几项生产要点：密钥必须作为绑定参数传递，避免泄露到日志；加密状态应按行记录，而非依赖组织当前设置，以应对租户启用、禁用或轮换密钥的情况；非BYOK租户应使用平台管理的DEK，确保敏感列始终以密文存储；同时需规划密钥轮换并评估性能影响，仅加密敏感列。
Q&A
如何在PostgreSQL中使用pgcrypto实现多租户BYOK列加密？
使用pgcrypto扩展，结合信封加密方案。每个组织在AWS KMS中拥有自己的密钥加密密钥（KEK），应用从KMS解密获取数据加密密钥（DEK），并将DEK作为参数传入SQL查询，数据库不持有密钥。敏感列使用pgp_sym_encrypt和pgp_sym_decrypt进行加密和解密。
什么是信封加密？在本文中如何应用？
信封加密是一种加密方案，其中数据使用数据加密密钥（DEK）加密，而DEK本身又由密钥加密密钥（KEK）加密。在本文中，AWS KMS保存每个组织的KEK，应用从KMS解密获取DEK，然后使用DEK加密数据。KMS不接触数据，Postgres仅在查询执行时接触DEK。
在PostgreSQL中，使用pgp_sym_decrypt时用错误的密钥会发生什么？
使用错误的密钥调用pgp_sym_decrypt会抛出错误，而不是返回垃圾数据。这是因为PGP格式包含完整性检查，能够检测到密钥不匹配。
如何实现跨组织的混合查询，同时处理BYOK和非BYOK租户？
可以使用CTE（公共表表达式）携带各组织的密钥，并通过LEFT JOIN处理非BYOK行。例如，在CTE中定义每个组织的DEK，然后LEFT JOIN组织表，对于非BYOK组织（kms_key_arn为NULL），使用平台密钥或明文处理。
在生产环境中使用BYOK加密需要注意哪些事项？
注意事项包括：1) 密钥应作为绑定参数传递，避免泄露到日志；2) 按行记录加密状态，而不是依赖组织当前设置；3) 非BYOK组织使用平台管理的DEK，确保敏感列始终存储为密文；4) 规划密钥轮换；5) 只加密敏感列以减少性能影响。
为什么数据库不持有密钥？
数据库不持有密钥是为了增强安全性。如果数据库被泄露，攻击者无法直接解密数据，因为密钥存储在AWS KMS中，由客户控制。应用在查询时从KMS获取DEK，并仅短暂持有，从而降低密钥泄露风险。
