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 KMS 階層式鑰匙圈

使用 AWS KMS 階層式金鑰圈，您可以使用對稱式加密 KMS 金鑰保護加密資料，而無需在 AWS KMS 每次加密或解密記錄時呼叫。對於需要盡量減少呼叫的應用程式，以及可重複使用某些加密資料而不違反其安全性需求的應用程式來說 AWS KMS，這是一個不錯的選擇。

階層式金鑰圈是一種加密材料快取解決方案，可透過使用保存在 Amazon DynamoDB 表格中的 AWS KMS 受保護分支金鑰，然後在本機快取用於加密和解密作業的分支金鑰材料，以減少 AWS KMS 呼叫次數。DynamoDB 表可做為管理和保護分支金鑰的分支金鑰存放區。它存儲活動分支密鑰和分支密鑰的所有以前版本。活動分支密鑰是最新的分支密鑰版本。分層密鑰環使用唯一的數據密鑰來加密每個字段，並使用從活動分支密鑰派生的唯一包裝密鑰對每個數據密鑰進行加密。分層密鑰環取決於活動分支密鑰及其派生包裝密鑰之間建立的層次結構。

分層密鑰環通常使用每個分支密鑰版本來滿足多個請求。但是您可以控制重複使用活動分支密鑰的程度，並確定活動分支鍵的旋轉頻率。分支索引鍵的作用中版本會保持作用中狀態，直到您旋轉它為止。以前版本的 Active 分支密鑰將不會用於執行加密操作，但仍然可以在解密操作中查詢和使用它們。

當您實例化分層密鑰環時，它會創建一個本地緩存。您可以指定一個快取限制，以定義分支索引鍵材料在到期並從快取中逐出之前儲存在本機快取中的時間上限。在作業中第一次指定 a branch-key-id 時，階層式金鑰圈會進行一次 AWS KMS 呼叫，以解密分支金鑰並組裝分支金鑰材料。然後，分支金鑰材料會儲存在本機快取中，並重複用於所有指定的加密和解密作業，branch-key-id直到快取限制到期為止。在本機快取中儲存分支金鑰材料可減少 AWS KMS 呼叫。例如，假設快取限制為 15 分鐘。如果您在該快取限制內執行 10,000 個加密作業，則傳統 AWS KMS 金鑰圈需要進行 10,000 次 AWS KMS 呼叫，才能滿足 10,000 個加密作業。如果您有一個作用中branch-key-id，階層式金鑰圈只需要進行一次 AWS KMS 呼叫即可滿足 10,000 個加密作業。

本機快取由兩個分割區組成，一個用於加密作業，另一個用於解密作業。加密分割區會儲存從使用中分支金鑰組合而來的分支金鑰材料，並在所有加密作業中重複使用，直到快取限制到期為止。解密分割區會儲存為解密作業中識別的其他分支金鑰版本所組合的分支金鑰材料。解密分區可以一次存儲多個活動分支密鑰材料版本。當它設定為針對多租戶資料庫使用分支金鑰 ID 供應商時，該加密分割區也可以一次儲存多個分支金鑰材料版本。如需詳細資訊，請參閱 搭配多租戶資料庫使用階層式金鑰圈。

運作方式

下列逐步解說說明階層式金鑰環如何組合加密和解密資料，以及金鑰圈針對加密和解密作業所進行的不同呼叫。如需有關包裝金鑰衍生和純文字資料金鑰加密程序的技術詳細資訊，請參閱AWS KMS 階層式金鑰圈技術詳細資料。

加密和簽署

以下逐步解說說明「階層式金鑰圈」如何組合加密材料並衍生唯一的環繞金鑰。

解密和驗證

以下逐步解說說明「階層式金鑰圈」如何組合解密材料並解密加密的資料金鑰。

必要條件

數 AWS 據庫加密 SDK 不需要 AWS 帳戶 ，它不依賴於任何 AWS 服務. 不過，階層式金鑰圈取決於 AWS KMS 和 Amazon DynamoDB。

若要使用階層式金鑰圈，您需要使用 K MS: 解密權限的對稱 AWS KMS key 加密。您也可以使用對稱加密多區域金鑰。如需有關權限的詳細資訊 AWS KMS keys，請參閱AWS Key Management Service 開發人員指南中的驗證和存取控制。

在建立和使用階層式金鑰圈之前，您必須先建立分支金鑰存放區，並使用第一個使用中的分支金鑰來填入該分支金鑰存放區。

建立階層式金鑰圈

若要初始化階層式金鑰圈，您必須提供下列值：

下列範例示範如何使用 DynamoDB 用戶端的 AWS 資料庫加密 SDK 初始化階層式金鑰圈。下列範例會指定 600 秒的快取限制 TTL。

Java

final MaterialProviders matProv = MaterialProviders.builder()
        .MaterialProvidersConfig(MaterialProvidersConfig.builder().build())
        .build();
final CreateAwsKmsHierarchicalKeyringInput keyringInput = CreateAwsKmsHierarchicalKeyringInput.builder()
        .keyStore(branchKeyStoreName)
        .branchKeyId(branch-key-id)
        .ttlSeconds(600)
        .build();
final Keyring hierarchicalKeyring = matProv.CreateAwsKmsHierarchicalKeyring(keyringInput);

C# / .NET

var matProv = new MaterialProviders(new MaterialProvidersConfig());
var keyringInput = new CreateAwsKmsHierarchicalKeyringInput
{
   KeyStore = keystore,
   BranchKeyIdSupplier = branchKeyIdSupplier,
   TtlSeconds = 600
};
var hierarchicalKeyring = matProv.CreateAwsKmsHierarchicalKeyring(keyringInput);

旋轉您的活動分支密鑰

每個分支密鑰一次只能有一個活動版本。分層密鑰環通常使用每個活動分支密鑰版本來滿足多個請求。但是您可以控制重複使用活動分支密鑰的程度，並確定活動分支鍵的旋轉頻率。

分支密鑰不用於加密純文本數據密鑰。它們被用來派生加密明文數據密鑰的唯一包裝密鑰。包裝密鑰派生過程會產生具有 28 個字節隨機性的唯一 32 字節包裝密鑰。這意味著在發生密碼編譯耗損之前，分支密鑰可以導出超過 79 個八進制或 2 ⁹⁶ 個唯一包裝密鑰。儘管這種用盡風險非常低，但由於業務或合約規則或政府法規，您可能需要輪換活動中的分支密鑰。

分支索引鍵的作用中版本會保持作用中狀態，直到您旋轉它為止。以前版本的 Active 分支密鑰將不會用於執行加密操作，也無法用於導出新的包裝密鑰。但是仍然可以查詢它們並提供包裝密鑰以解密它們在活動時加密的數據密鑰。

使用金鑰存放區服務VersionKey作業輪換作用中的分支金鑰。當您旋轉作用中的分支索引鍵時，會建立新的分支索引鍵來取代先前的版本。當您旋轉作用中的分支索引鍵時，不branch-key-id會變更。您必須在branch-key-id呼叫時指定識別目前作用中分支索引鍵的VersionKey。

Java

keystore.VersionKey(
    VersionKeyInput.builder()
        .branchKeyIdentifier("branch-key-id")
        .build()
);

C# / .NET

 keystore.VersionKey(new VersionKeyInput{BranchKeyIdentifier = branchKeyId});

搭配多租戶資料庫使用階層式金鑰圈

透過為資料庫中的每個租用戶建立分支金鑰，您可以使用在作用中分支金鑰及其衍生包裝金鑰之間建立的金鑰階層來支援多租戶資料庫。然後，階層式金鑰圈會使用其不同的分支金鑰加密並簽署指定租用戶的所有資料。這可讓您將多租戶資料儲存在單一資料庫中，並透過分支金鑰隔離租用戶資料。

每個承租人都有自己的分支索引鍵，由唯一定義branch-key-id。一次只能有一個branch-key-id作用中版本。

分支金鑰 ID 供應商

您必須先為每個承租人建立分支金鑰，並建立分支金鑰 ID 供應商，才能初始化多租戶使用的階層式金鑰環。分支金鑰 ID 供應商會使用儲存在加密內容中的欄位來決定解密記錄所需的租用戶分支金鑰。根據預設，只有分割區和排序索引鍵會包含在加密內容中。但是，您可以使用SIGN_AND_INCLUDE_IN_ENCRYPTION_CONTEXT密碼編譯動作在加密內容中包含其他欄位。

您可以使用分支金鑰 ID 供應商為您建立易記名稱，branch-key-ids以便輕鬆識別租用戶branch-key-id的正確名稱。例如，易記名稱可讓您參考分支索引鍵，tenant1而不是b3f61619-4d35-48ad-a275-050f87e15122。

對於解密作業，您可以靜態設定單一階層式金鑰環，以限制對單一承租人的解密，或者您可以使用分支金鑰識別碼供應商來識別負責解密記錄的承租人。

首先，遵循先決條件程序的步驟 1 和步驟 2。然後，使用下列程序為每個承租人建立分支金鑰、建立分支金鑰識別碼供應商，並初始化階層式金鑰圈以供多租戶使用。

使用階層式金鑰圈進行可搜尋的加密

可搜索的加密使您無需解密整個數據庫即可搜索加密記錄。這是透過使用信標對加密欄位的純文字值進行索引來完成的。若要實作可搜尋的加密，您必須使用階層式金鑰圈。

金鑰儲存區CreateKey作業會同時產生分支索引鍵和信標金鑰。分支密鑰用於記錄加密和解密操作。信標索引鍵是用來產生信標。

分支金鑰和信標金鑰會受到您在建立金鑰存放區服務時指定的相同 AWS KMS key 保護。CreateKey作業呼叫 AWS KMS 產生分支金鑰後，會呼叫 kms：GenerateDataKeyWithoutPlaintext第二次使用下列要求產生信標金鑰。

{
   "EncryptionContext": { 
      "branch-key-id" : "branch-key-id",
      "type" : type,
      "create-time" : "timestamp",
      "logical-key-store-name" : "the logical table name for your branch key store",
      "kms-arn" : the KMS key ARN,
      "hierarchy-version" : 1
   },
   "KeyId": "the KMS key ARN",
   "NumberOfBytes": "32"
}

產生這兩個金鑰之後，CreateKey作業會呼叫 ddb: TransactWriteItems 撰寫兩個新項目，這兩個新項目會在您的分支金鑰存放區中保留分支索引鍵和 Beacon 索引鍵。

設定標準信標時， AWS 資料庫加密 SDK 會查詢信標金鑰的分支金鑰存放區。然後，它使用基於 HMAC 的 extract-and-expand 密鑰派生函數（HKDF）將信標密鑰與標準信標的名稱相結合，以創建給定信標的 HMAC 密鑰。

與分支金鑰不同，分支金鑰存放區branch-key-id中每個只有一個信標金鑰版本。信標鍵永遠不會旋轉。

定義信標金鑰來源

當您定義標準和複合信標的信標版本時，必須識別信標 (Beacon) 索引鍵，並定義信標主要原物料的快取存留時間 (TTL)。信標金鑰材料會儲存在與分支金鑰不同的本機快取中。下列程式碼片段示範如何為單租keySource用戶資料庫定義。透過與其關聯的信標金鑰branch-key-id來識別您的信標金鑰。

Java

keySource(BeaconKeySource.builder()
        .single(SingleKeyStore.builder()
                .keyId(branch-key-id)
                .cacheTTL(6000)
                .build())
        .build())

C# / .NET

KeySource = new BeaconKeySource
{
    Single = new SingleKeyStore
    {
       KeyId = branch-key-id,
       CacheTTL = 6000
    }
}