前言
最近一段时间，一直在和PostgreSQL国际社区合作开发透明数据加密（Transparent data encryption），研究了一些密码学相关的知识，并利用这些知识和数据库相结合。本系列共分为3篇文章，上篇介绍了加密算法（关注文末二维码，往期文章不迷路）；本文是第二篇，将详细介绍密钥管理；最后一篇将介绍PG中的TDE。
密钥管理由四部分构成：
密钥生成、密钥保存、密钥交换以及密钥轮转。
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密钥生成
上篇文章介绍了我们将会选择对称分组加密方法进行加解密，那么我们的密钥即是对称密钥。而对称密码生成方法有：
随机数作为密钥
基于口令的密钥生成
HKDF（HMAC-based Extrac-and-Expand Key Derivation Function）
随机数作为密钥：这很用以理解，使用强随机数生成器，生成密钥。
基于口令的密钥生成：根据用户口令生成密钥并使用它进行加解密的方法。具体方法如下：
用户输入口令；
系统生成随机数，与用户口令进行hash计算，得到密钥加密密钥；
存储密钥加密密钥至安全处；
系统生成随机数作为数据加密密钥；
密钥加密密钥对数据密钥进行加密，同样也存储到安全处；
使用数据加密密钥对数据加解密。
3. HKDF：密钥派生函数(KDF)是密码系统的基本组成部分。它的目标是获取一些初始的密钥材料，并从中派生出一个或多个安全强度很大的密钥。
提取，使用强随机数和输入的信息使用hmac方法进行hash运算；
扩展，通过多次hash计算，对上面结果进行扩展，扩展到我们需要的长度。
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密钥保存
密钥的生成无论是随机数的还是基于口令的，都有一部分是目前难以记忆的，所以这就需要存储密钥了（也可能是salt）。密钥不能与数据存储在同一位置，否则等于是钥匙挂在门上，没有任何意义。 我们一般需要将密钥存储在文件内，放到保险柜等安全的存储位置或者安全的密钥分配中心。 当时当密钥数量达到一定数量时，我们就需要另一种密钥，KEK（Key encryption key，密钥加密密钥）。这是由于密钥如果不进行加密，窃取后，盗取者很容易使用密钥对数据解密了。同样，管理多个密钥难度远远大于单个密钥。 所以可以考虑使用KEK来保存密钥的一种方式，当然KEK也需要存储在安全的位置。
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密钥交换
密钥交换目前有4种：事先共享密钥，使用公钥密码，使用密钥分配中心和Diffie-Hellman密钥交换。
下面简单描述一下4种方法：
事先共享密码：双方加密前通过安全途径交换密钥，但是在数据库中，双方为服务端和磁盘，即密钥和磁盘在同一区域，不安全，所以数据库不会考虑这种方式。
使用公钥密码：由于我们这里使用对称加密体系，所以不考虑公钥。但是这可以作为密钥交换的一部分使用。
使用密钥分配中心：将密钥存储到可信任的第三方，使用时通过第三方获取密钥。在需要使用密钥时，向第三方通讯，生成会话密钥，使用会话密钥加密密钥进行发送密钥。这里的会发密钥可以使用公钥加密体系。
Diffie-Hellman密钥交换：Diffie-Hellman是1976年由Whitfield Diffie和Martin Hellman共同发明的一种算法。该算法可以通过交换可以公开的信息就能够生成共享的秘密数字，从而达到共享密钥的目的，其过程如下图所示：
DB server向Key server（以下简称D和K）发送两个质数P，G；
D生成一个随机数A；
K生成一个随机数B；
D将G^A mod P 发送给K；
K将G^B mod P 发送给D；
D使用K发过来的数B', 计算B’mod P，这就是数据加密密钥；
K使用D发过来的数A'，计算A' mod P，这个和D计算得到的加密密钥是相等的。
当然再加入数据库时，同样需要使用安全第三方作为信息交换，但这减少了密钥被窃听的可能性。
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密钥轮转
密钥轮转，分为密钥更新和作废两部分。 密钥更新，更新可以提高密钥暴力破解的难度，其次即便是过去的密钥被破解也无法获取当前的数据。 密钥作废，在更新后要及时对密钥进行作废，这里的作废不仅仅指的是删除，而是要达到无法还原密钥的目的。
