本文為英文版的機器翻譯版本，如內容有任何歧義或不一致之處，概以英文版為準。
# AWS 資料庫加密 SDK 概念
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| 我們的用戶端加密程式庫已重新命名為 AWS 資料庫加密 SDK。此開發人員指南仍提供有關 [DynamoDB 加密用戶端](legacy-dynamodb-encryption-client.md)的資訊。 |
本主題說明 AWS 資料庫加密 SDK 中使用的概念和術語。
若要了解 AWS 資料庫加密 SDK 的元件如何互動，請參閱 [AWS 資料庫加密 SDK 的運作方式](how-it-works.md)。
若要進一步了解 AWS 資料庫加密 SDK，請參閱下列主題。
+ 了解 AWS Database Encryption SDK 如何使用[信封加密](#envelope-encryption)來保護您的資料。
+ 了解信封加密的元素：保護記錄[的資料金鑰](#data-key)，以及保護資料金鑰的[包裝金鑰](#wrapping-key)。
+ 了解決定您使用哪些包裝金鑰[的 keyring](#keyring-concept)。
+ 了解為您的[加密程序新增完整性的加密內容](#encryption-context)。
+ 了解加密方法新增至記錄[的資料描述](#material-description)。
+ 了解[密碼編譯動作](#crypt-actions)，這些動作會告訴 AWS 資料庫加密 SDK 要加密和簽署哪些欄位。
**Topics**
+ [封套加密](#envelope-encryption)
+ [資料金鑰](#data-key)
+ [包裝金鑰](#wrapping-key)
+ [Keyring](#keyring-concept)
+ [密碼編譯動作](#crypt-actions)
+ [資料描述](#material-description)
+ [加密內容](#encryption-context)
+ [密碼編譯資料管理員](#crypt-materials-manager)
+ [對稱和非對稱加密](#symmetric-key-encryption)
+ [金鑰承諾](#key-commitment)
+ [數位簽章](#digital-sigs)
## 封套加密
加密資料的安全性有一部分取決於保護能夠解密資料的資料金鑰。加密處理金鑰是保護資料金鑰的一種最佳實務。若要這樣做，您需要另一個加密金鑰，稱為*金鑰加密金鑰*或[包裝金鑰](#wrapping-key)。使用包裝金鑰加密資料金鑰的做法稱為*信封加密*。
**保護資料金鑰**
AWS Database Encryption SDK 會使用唯一的資料金鑰加密每個欄位。然後，它會在您指定的包裝金鑰下加密每個資料金鑰。它會將加密的資料金鑰存放在[材料描述](#material-description)中。
若要指定包裝金鑰，請使用 [keyring](#keyring-concept)。
![\[使用 AWS 資料庫加密 SDK 進行信封加密\]](http://docs.aws.amazon.com/zh_tw/database-encryption-sdk/latest/devguide/images/dbesdk-envelope.png)
**在多個包裝金鑰下加密相同的資料**
您可以使用多個包裝金鑰來加密資料金鑰。您可能想要為不同的使用者提供不同的包裝金鑰，或將不同類型的金鑰包裝在不同的位置。每個包裝金鑰都會加密相同的資料金鑰。 AWS Database Encryption SDK 會將所有加密的資料金鑰與[材料描述](#material-description)中的加密欄位一起存放。
若要解密資料，您需要提供至少一個可解密加密資料金鑰的包裝金鑰。
**結合多種演算法的優勢**
為了加密您的資料，根據預設， AWS 資料庫加密 SDK 會使用具有 AES-GCM 對稱加密的[演算法套件](supported-algorithms.md)、HMAC 型金鑰衍生函數 (HKDF) 和 [ECDSA 簽署](#digital-sigs)。若要加密資料金鑰，您可以指定適合您包裝金鑰的[對稱或非對稱加密演算法](#symmetric-key-encryption)。
一般而言，相較於非對稱或*公有金鑰加密*，對稱金鑰加密演算法速度較快，產生的加密文字較小。但公有金鑰演算法提供固有的角色區隔。若要結合每個 的優點，您可以使用公有金鑰加密來加密資料金鑰。
我們建議您盡可能使用其中一個 AWS KMS keyring。當您使用 [AWS KMS keyring](use-kms-keyring.md) 時，您可以選擇透過指定非對稱 RSA AWS KMS key 做為包裝金鑰來結合多個演算法的強度。您也可以使用對稱加密 KMS 金鑰。
## 資料金鑰
*資料金鑰*是 AWS Database Encryption SDK 用來加密[密碼編譯動作](#crypt-actions)`ENCRYPT_AND_SIGN`中標記之記錄中的欄位的加密金鑰。每個資料金鑰是符合密碼編譯金鑰需求的位元組陣列。 AWS Database Encryption SDK 使用唯一的資料金鑰來加密每個屬性。
您不需要指定、產生、實作、延伸、保護或使用資料金鑰。 AWS 資料庫加密 SDK 會在您呼叫加密和解密操作時為您執行。
為了保護您的資料金鑰， AWS 資料庫加密 SDK 會使用一或多個稱為[包裝](#wrapping-key)*金鑰的金鑰加密*金鑰進行加密。在 AWS 資料庫加密 SDK 使用您的純文字資料金鑰加密您的資料之後，它會盡快將其從記憶體中移除。然後將加密的資料金鑰存放在[材料描述](#material-description)中。如需詳細資訊，請參閱[AWS 資料庫加密 SDK 的運作方式](how-it-works.md)。
**提示**
在 AWS 資料庫加密 SDK 中，我們會將*資料金鑰*與*資料加密金鑰*區分開來。最佳實務是，所有支援的[演算法套件](supported-algorithms.md)都使用[金鑰衍生函數](https://en.wikipedia.org/wiki/Key_derivation_function)。金鑰衍生函數會採用資料金鑰做為輸入，並傳回實際用來加密記錄的資料加密金鑰。因此，我們通常會說資料是在資料金鑰「底下」加密，而不是「由」資料金鑰加密。
每個加密的資料金鑰都包含中繼資料，包括加密它的包裝金鑰識別符。此中繼資料可讓 AWS 資料庫加密 SDK 在解密時識別有效的包裝金鑰。
## 包裝金鑰
*包裝金鑰*是金鑰加密金鑰， AWS 資料庫加密 SDK 用來加密加密記錄[的資料金鑰](#data-key)。每個資料金鑰都可以在一或多個包裝金鑰下加密。當您設定 [keyring](#keyring-concept) 時，您可以決定使用哪些包裝金鑰來保護您的資料。
![\[使用多個包裝金鑰加密一個資料金鑰\]](http://docs.aws.amazon.com/zh_tw/database-encryption-sdk/latest/devguide/images/dbesdk-wrapping-key.png)
AWS Database Encryption SDK 支援數個常用的包裝金鑰，例如 [AWS Key Management Service](https://docs.aws.amazon.com/kms/latest/developerguide/concepts.html#master_keys)(AWS KMS) 對稱加密 KMS 金鑰 （包括[多區域 AWS KMS 金鑰](use-kms-keyring.md#config-mrks)) 和非對稱 [RSA KMS 金鑰](https://docs.aws.amazon.com/kms/latest/developerguide/asymmetric-key-specs.html#key-spec-rsa)、原始 AES-GCM （進階加密標準/Galois 計數器模式） 金鑰，以及原始 RSA 金鑰。我們建議您盡可能使用 KMS 金鑰。若要決定應使用哪個包裝金鑰，請參閱[選取包裝金鑰](configure.md#config-keys)。
使用信封加密時，您需要保護包裝金鑰免於未經授權的存取。您可以透過下列任何方式執行此操作：
+ 使用專為此目的設計的服務，例如 [AWS Key Management Service (AWS KMS)](https://aws.amazon.com/kms/)。
+ 使用[硬體安全模組 (HSM)](https://en.wikipedia.org/wiki/Hardware_security_module)，例如 [AWS CloudHSM](https://aws.amazon.com/cloudhsm/) 所提供的功能。
+ 使用其他金鑰管理工具和服務。
如果您沒有金鑰管理系統，建議您使用 AWS KMS。 AWS Database Encryption SDK 與 整合 AWS KMS ，以協助您保護和使用包裝金鑰。
## Keyring
若要指定用於加密和解密的包裝金鑰，請使用 keyring。您可以使用 AWS Database Encryption SDK 提供的 keyring 或設計您自己的實作。
*Keying* 會產生、加密和解密資料金鑰。它也會產生用於計算簽章中雜湊型訊息驗證碼 (HMACs MAC 金鑰。當您定義 keyring 時，您可以指定用來加密資料[金鑰的包裝](#wrapping-key)金鑰。大多數 keyring 指定至少一個包裝金鑰或服務，提供和保護包裝金鑰。加密時， AWS 資料庫加密 SDK 會使用 keyring 中指定的所有包裝金鑰來加密資料金鑰。如需選擇和使用 AWS 資料庫加密 SDK 定義的 keyring 的說明，請參閱[使用 keyring。](keyrings.md)
## 密碼編譯動作
*密碼編譯動作*會告知加密程式要對記錄中的每個欄位執行哪些動作。
密碼編譯動作值可以是下列其中一項：
+ **加密和簽署** – 加密 欄位。在簽章中包含加密的欄位。
+ **僅限簽署** – 在簽章中包含 欄位。
+ **在加密內容中簽署並包含** - 在簽章和[加密內容](#encryption-context)中包含 欄位。
根據預設，分割區和排序索引鍵是加密內容中包含的唯一屬性。您可以考慮定義其他欄位，`SIGN_AND_INCLUDE_IN_ENCRYPTION_CONTEXT`以便[AWS KMS 階層式 keyring](use-hierarchical-keyring.md) 的分支金鑰 ID 供應商可以識別從加密內容解密所需的分支金鑰。如需詳細資訊，請參閱[分支金鑰 ID 供應商](use-hierarchical-keyring.md#branch-key-id-supplier)。
**注意**
若要使用`SIGN_AND_INCLUDE_IN_ENCRYPTION_CONTEXT`密碼編譯動作，您必須使用 3.3 版或更新版本的 AWS 資料庫加密 SDK。將[您的資料模型更新](ddb-update-data-model.md)為包含 之前，將新版本部署至所有讀者`SIGN_AND_INCLUDE_IN_ENCRYPTION_CONTEXT`。
+ **什麼都不做** – 請勿在簽章中加密或包含 欄位。
對於任何可以存放敏感資料的欄位，請使用**加密和簽署**。對於主索引鍵值 （例如 DynamoDB 資料表中的分割區索引鍵和排序索引鍵），請使用 **Sign only** 或 **Sign and include in encryption context**。如果您指定任何 **Sign 並包含在加密內容屬性中**，則分割區和排序屬性也必須是 **Sign 並包含在加密內容中**。您不需要為[材料描述](#material-description)指定密碼編譯動作。 AWS 資料庫加密 SDK 會自動簽署物料描述存放所在的欄位。
請仔細選擇您的密碼編譯動作。如有疑問，請使用**加密並簽署**。使用 AWS 資料庫加密 SDK 保護您的記錄後，您無法將現有的 `SIGN_ONLY`、 `ENCRYPT_AND_SIGN`或 `SIGN_AND_INCLUDE_IN_ENCRYPTION_CONTEXT` 欄位變更為 `DO_NOTHING`，或變更指派給現有`DO_NOTHING`欄位的密碼編譯動作。不過，您仍然可以[對資料模型進行其他變更](ddb-update-data-model.md)。例如，您可以在單一部署中新增或移除加密的欄位。
## 資料描述
材料描述做為加密記錄的 標頭。當您使用 AWS 資料庫加密 SDK 加密和簽署欄位時，加密程式會在組合密碼編譯資料時記錄資料描述，並將資料描述存放在加密程式新增至記錄的新欄位中 (`aws_dbe_head`)。
材料描述是一種可攜式[格式化資料結構](reference.md#material-description-format)，其中包含資料金鑰的加密副本和其他資訊，例如加密演算法、[加密內容](#encryption-context)，以及加密和簽署指示。加密程式會在組合用於加密和簽署的密碼編譯資料時記錄資料描述。稍後，當它需要組合密碼編譯資料來驗證和解密欄位時，它會使用資料描述作為其指南。
將加密的資料金鑰與加密欄位一起存放可簡化解密操作，讓您不必獨立於加密的資料存放和管理加密的資料金鑰。
如需材料描述的技術資訊，請參閱 [材料描述格式](reference.md#material-description-format)。
## 加密內容
為了提高密碼編譯操作的安全性， AWS 資料庫加密 SDK 會在所有加密和簽署記錄的請求中包含加密內容。
*加密內容*是一組名稱/值對，其中包含任意非私密的額外驗證資料。 AWS 資料庫加密 SDK 在加密內容中包含資料庫的邏輯名稱和主索引鍵值 （例如 DynamoDB 資料表中的分割區索引鍵和排序索引鍵）。當您加密並簽署欄位時，加密內容會以加密方式繫結至加密記錄，因此解密欄位需要相同的加密內容。
如果您使用 AWS KMS keyring， AWS 資料庫加密 SDK 也會使用加密內容，在 keyring 進行的呼叫中提供額外的已驗證資料 (AAD) AWS KMS。
每當您使用[預設演算法套件](supported-algorithms.md#recommended-algorithms)時，[密碼編譯資料管理員](#crypt-materials-manager) (CMM) 會將名稱值對新增至加密內容，其中包含預留名稱 `aws-crypto-public-key`和代表公有驗證金鑰的值。公有驗證金鑰會存放在[材料描述](#material-description)中。
## 密碼編譯資料管理員
密碼編譯資料管理員 (CMM) 會組合用於加密、解密和簽署資料的密碼編譯資料。每當您使用[預設演算法套件](supported-algorithms.md#recommended-algorithms)時，*密碼編譯資料*包含純文字和加密的資料金鑰、對稱簽署金鑰和非對稱簽署金鑰。您永遠不會直接與 CMM 互動。加密和解密方法會為您代勞。
由於 CMM 充當 AWS 資料庫加密 SDK 與 keyring 之間的聯絡人，因此它是自訂和延伸的理想點，例如支援政策強制執行。您可以明確指定 CMM，但並非必要。當您指定 keyring 時， AWS 資料庫加密 SDK 會為您建立預設 CMM。預設 CMM 會從您指定的 keyring 取得加密或解密資料。這可能牽涉到呼叫密碼編譯服務，例如 [AWS Key Management Service](https://docs.aws.amazon.com/kms/latest/developerguide/) (AWS KMS)。
## 對稱和非對稱加密
*對稱加密*使用相同的金鑰來加密和解密資料。
*非對稱加密*使用數學上相關的資料金鑰對。配對中的一個金鑰會加密資料；只有配對中的另一個金鑰可以解密資料。
AWS Database Encryption SDK 使用[信封加密](#envelope-encryption)。它會使用對稱資料金鑰來加密您的資料。它會使用一或多個對稱或非對稱包裝金鑰來加密對稱資料金鑰。它會將[資料描述](#material-description)新增至記錄，其中包含至少一個資料金鑰的加密副本。
**加密您的資料 （對稱加密）**
為了加密您的資料， AWS 資料庫加密 SDK 使用對稱[資料金鑰](#data-key)和包含對稱加密演算法的[演算法套件](supported-algorithms.md)。為了解密資料， AWS 資料庫加密 SDK 使用相同的資料金鑰和相同的演算法套件。
**加密您的資料金鑰 （對稱或非對稱加密）**
您提供給加密和解密操作的 [keyring](#keyring-concept) 會決定對稱資料金鑰的加密和解密方式。您可以選擇使用對稱加密的 keyring，例如具有對稱加密 KMS 金鑰的 AWS KMS keyring，或使用非對稱加密的 keyring，例如 AWS KMS 具有非對稱 RSA KMS 金鑰的 keyring。
## 金鑰承諾
AWS Database Encryption SDK 支援*金鑰承諾* （有時稱為*穩健性*)，這是一種安全屬性，可確保每個加密文字只能解密為單一純文字。若要這樣做，金鑰承諾可確保只會使用加密您記錄的資料金鑰來解密它。 AWS Database Encryption SDK 包含所有加密和解密操作的金鑰承諾。
大多數現代對稱密碼 （包括 AES) 在單一私密金鑰下加密純文字，例如 AWS 資料庫加密 SDK 用來加密`ENCRYPT_AND_SIGN`記錄中標記的每個純文字欄位[的唯一資料金鑰](#data-key)。使用相同的資料金鑰解密此記錄會傳回與原始金鑰相同的純文字。使用不同金鑰進行解密通常會失敗。雖然很困難，但在技術上可以在兩個不同的金鑰下解密加密文字。在極少數情況下，找到可以部分解密加密文字的金鑰是可行的，但仍然無法理解的純文字。
AWS Database Encryption SDK 一律在一個唯一的資料金鑰下加密每個屬性。它可能會在多個包裝金鑰下加密該資料金鑰，但包裝金鑰一律會加密相同的資料金鑰。不過，複雜的手動製作加密記錄實際上可能包含不同的資料金鑰，每個金鑰都由不同的包裝金鑰加密。例如，如果一個使用者解密加密的記錄，則會傳回 0x0 (false)，而另一個解密相同加密記錄的使用者則得到 0x1 (true)。
為了避免這種情況， AWS 資料庫加密 SDK 會在加密和解密時包含金鑰承諾。加密方法以密碼編譯方式將產生加密文字的唯一資料金鑰繫結至*金鑰承諾*，這是雜湊型訊息驗證碼 (HMAC)，使用資料金鑰衍生根據資料描述計算。然後，它會將金鑰承諾存放在[材料描述](#material-description)中。當它使用金鑰承諾解密記錄時， AWS 資料庫加密 SDK 會驗證資料金鑰是否為該加密記錄的唯一金鑰。如果資料金鑰驗證失敗，解密操作會失敗。
## 數位簽章
AWS Database Encryption SDK 會使用已驗證的加密演算法 AES-GCM 加密您的資料，而解密程序會驗證已加密訊息的完整性和真實性，而無需使用數位簽章。但是，由於 AES-GCM 使用對稱金鑰，任何可以解密用於解密加密文字的資料金鑰的人，也可以手動建立新的加密加密文字，造成潛在的安全問題。例如，如果您使用 AWS KMS key 做為包裝金鑰，具有 `kms:Decrypt`許可的使用者可以建立加密的加密文字，而無需呼叫 `kms:Encrypt`。
為了避免此問題，[預設演算法套件](supported-algorithms.md#recommended-algorithms)會將橢圓曲線數位簽章演算法 (ECDSA) 簽章新增至加密的記錄。預設演算法套件`ENCRYPT_AND_SIGN`會使用已驗證的加密演算法 AES-GCM 來加密記錄中標記為 的欄位。然後，它會在記錄標記為 `ENCRYPT_AND_SIGN`、 和 的欄位上計算雜湊型訊息驗證碼 (HMACs) `SIGN_ONLY`和非對稱 ECDSA 簽章`SIGN_AND_INCLUDE_IN_ENCRYPTION_CONTEXT`。解密程序會使用簽章來驗證授權使用者已加密記錄。
使用預設演算法套件時， AWS 資料庫加密 SDK 會為每個加密的記錄產生臨時私有金鑰和公有金鑰對。 AWS Database Encryption SDK 會將公有金鑰存放在[材料描述](#material-description)中，並捨棄私有金鑰。這可確保沒有人可以建立另一個使用公有金鑰驗證的簽章。演算法會將公有金鑰繫結至加密的資料金鑰，做為資料描述中的額外驗證資料，防止只能解密欄位的使用者更改公有金鑰或影響簽章驗證。
AWS 資料庫加密 SDK 一律包含 HMAC 驗證。ECDSA 數位簽章預設為啟用，但非必要。如果加密資料的使用者和解密資料的使用者同樣受信任，您可以考慮使用不包含數位簽章的演算法套件來改善效能。如需選取替代演算法套件的詳細資訊，請參閱[選擇演算法套件](ddb-java-using.md#config-algorithm)。
**注意**
如果 keyring 未在加密程式和解密程式之間劃定，則數位簽章不提供密碼編譯值。
[AWS KMS keyring](use-kms-keyring.md)，包括非對稱 RSA AWS KMS keyring，可以根據 AWS KMS 金鑰政策和 IAM 政策來描述加密程式和解密程式。
由於其密碼編譯性質，下列 keyring 無法在加密程式和解密程式之間描述：
+ AWS KMS 階層式 keyring
+ AWS KMS ECDH keyring
+ 原始 AES keyring
+ 原始 RSA keyring
+ 原始 ECDH keyring