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队列的客户端加密

项目
09/10/2024

用于 .NET 和 Python 的 Azure 队列存储客户端库支持在上传到 Azure 存储之前加密客户端应用程序中的数据，并在下载到客户端时解密数据。这些客户端库还支持与 Azure Key Vault 集成，以便管理存储帐户密钥。

重要

Azure 存储同时支持服务端和客户端加密。对于大多数场景，Microsoft 建议使用服务端加密功能，以便于保护数据。若要详细了解服务端加密，请参阅静态数据的 Azure 存储加密。

关于客户端加密

Azure 队列存储客户端库使用 AES 来加密用户数据。客户端库中提供了两个版本的客户端加密：

版本 2 使用 AES 的伽罗瓦计数器模式 (GCM) 模式。
版本 1 结合使用加密块链接 (CBC) 模式与 AES。

警告

由于客户端库的 CBC 模式实现中存在安全漏洞，因此不再建议使用版本 1 客户端加密。有关此安全漏洞的详细信息，请参阅 Azure 存储更新 SDK 中的客户端加密以解决安全漏洞。如果当前正在使用版本 1，建议更新应用程序以使用版本 2，并迁移数据。有关进一步指导，请参阅以下部分：缓解应用程序中的安全漏洞。

缓解应用程序中的安全漏洞

由于在队列存储客户端库的 CBC 模式实现中发现了安全漏洞，因此 Microsoft 建议立即执行以下一项或多项操作：

考虑使用服务端加密功能，而不是客户端加密。有关服务端加密功能的详细信息，请参阅静态数据的 Azure 存储加密。
如果需要使用客户端加密，请将应用程序从客户端加密 v1 迁移到客户端加密 v2。

下表总结了在选择将应用程序迁移到客户端加密 v2 时需要执行的步骤：

客户端加密状态	建议的操作
应用程序将客户端加密与仅支持客户端加密 v1 的客户端库版本配合使用。	更新应用程序以使用支持客户端加密 v2 的客户端库版本。有关受支持版本的列表，请参阅客户端加密的 SDK 支持矩阵。更新代码以使用客户端加密 v2。
应用程序将客户端加密与支持客户端加密 v2 的客户端库版本配合使用。	更新代码以使用客户端加密 v2。

此外，Microsoft 建议执行以下步骤来帮助保护数据：

将存储帐户配置为使用专用终结点来保护虚拟网络 (VNet) 和存储帐户之间通过专用链接的所有流量。有关详细信息，请参阅对 Azure 存储使用专用终结点。
仅限制对特定网络的网络访问。

客户端加密的 SDK 支持矩阵

下表显示了哪些版本的适用于 .NET 和 Python 的客户端库支持哪些版本的客户端加密：

	.NET	Python
客户端加密 v2 和 v1	版本 12.11.0 及更高版本	版本 12.4.0 及更高版本
仅客户端加密 v1	版本 12.10.0 及更早版本	版本 12.3.0 及更早版本

如果应用程序将客户端加密与早期版本的 .NET 或 Python 客户端库配合使用，则必须首先将代码升级到支持客户端加密 v2 的版本。接下来，必须使用客户端加密 v2 解密和重新加密数据。可以根据需要在迁移代码时并行使用支持客户端加密 v2 的客户端库版本和更早版本的客户端库。

客户端加密的工作原理

Azure 队列存储客户端库使用信封加密来加密和解密客户端上的数据。信封加密使用一个或多个其他密钥来加密密钥。

队列存储客户端库依赖于 Azure Key Vault 来保护用于客户端加密的密钥。有关 Azure Key Vault 的详细信息，请参阅什么是 Azure Key Vault？。

通过信封技术加密和解密

通过信封技术加密的工作方式如下：

Azure 存储客户端库生成内容加密密钥 (CEK)，这是一次性使用对称密钥。
使用此 CEK 对用户数据进行加密。
然后，使用密钥加密密钥 (KEK) 对此 CEK 进行包装（加密）。 KEK 由密钥标识符标识，可以是非对称密钥对或对称密钥。可在本地管理 KEK 或将其存储在 Azure Key Vault 中。

Azure 存储客户端库本身永远无法访问 KEK。该库调用密钥保管库提供的密钥包装算法。用户可以根据需要选择使用自定义提供程序进行密钥包装/解包。
然后，将加密数据上传到 Azure 队列存储。通过已加密数据插入包装的密钥和一些其他加密元数据。

通过信封技术解密的工作方式如下：

Azure 存储客户端库假定用户在本地或 Azure Key Vault 中管理 KEK。用户不需要知道用于加密的特定密钥。但是，可以设置和使用一个密钥解析程序，将不同的密钥标识符解析为密钥。
客户端库下载存储在 Azure 存储中的已加密数据以及任何加密材料。
然后使用 KEK 解包（解密）包装的 CEK。在此过程中，客户端库无权访问 KEK，但仅调用 Azure Key Vault 或其他密钥存储的解包算法。
客户端库使用 CEK 解密已加密的用户数据。

消息加密/解密

由于队列消息可以采用任何格式，客户端库定义一个自定义格式，其在消息文本中包括初始化向量 (IV) 和已加密的内容加密密钥 (CEK)。

在加密过程中，客户端库将生成 16 字节的随机 IV 和 32 字节的随机 CEK，并使用此信息对队列消息文本执行信封加密。然后，将已包装的 CEK 和一些附加加密元数据添加到已加密的队列消息中。修改后的消息将存储在服务中。

<MessageText>{"EncryptedMessageContents":"6kOu8Rq1C3+M1QO4alKLmWthWXSmHV3mEfxBAgP9QGTU++MKn2uPq3t2UjF1DO6w","EncryptionData":{…}}</MessageText>

在解密过程中，将从队列消息中提取已包装的密钥并将其解包。还将从队列消息中提取 IV，与解包的密钥一起使用来对队列消息数据进行解密。加密元数据很少（500 字节以下），因此虽然它计入队列消息的 64-KB 限制，但影响应是可管理的。加密的消息采用 Base64 编码，如上面的代码片段所示，它将扩展正在发送的消息的大小。

由于队列中的消息生存期较短，因此没有必要在更新为客户端加密 v2 后解密和重新加密队列消息。在正常的队列消耗过程中，将轮换任何不太安全的消息。

客户端加密和性能

请记住，加密存储数据会导致额外的性能开销。在应用程序中使用客户端加密时，客户端库必须安全生成 CEK 和 IV、加密内容本身、与所选密钥存储通信以进行密钥封装，以及设置其他元数据的格式并上传它们。此开销因所加密的数据量而有所变化。我们建议客户在开发过程中始终测试其应用程序的性能。

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