1 基于SSL证书实现身份认证
在应用与数据库传输数据时，为避免攻击者对数据进行窃听、篡改、伪造、重放等攻击，Vastbae支持采用SSL协议保障数据机密性与完整性。在SSL协议协商密钥的过程中，应用与数据库需通过证书验证对方身份，同时，该证书也可作为登入数据库的身份凭证。
此处介绍生成证书，并基于证书配置SSL协议，同时基于证书实现身份认证，操作流程可分为以下3个阶段：
- 一、生成私钥与证书
- 二、数据库端配置证书与私钥
- 三、应用端配置证书与私钥
一、生成私钥与证书
此处介绍基于openssl工具，生成自签名证书的流程
创建存放私钥与证书的文件夹
mkdir cadir cd cadir mkdir ./demoCA ./demoCA/newcerts ./demoCA/private echo '01'>./demoCA/serial touch ./demoCA/index.txt配置openssl工具
从Vastbase安装包中，获取openssl工具以及openss配置文件。假设Vastbae安装包存放在$GAUSSHOME目录。cp $GAUSSHOME/bin/openssl ./ export PATH=`pwd`:$PATH which openssl # 确保openssl来源于Vastbase安装包，避免因版本不同造成证书不可用 openssl version cp $GAUSSHOME/share/sslcert/gsql/openssl.cnf ./ export OPENSSL_CONF=`pwd`/openssl.cnf创建CA私钥、CA证书
openssl ecparam -genkey -name SM2 -out demoCA/private/cakey.pem openssl req -new -config openssl.cnf -key demoCA/private/cakey.pem -subj /C=CN/ST=BJ/L=HaiDian/O=VAST/OU=SEC/CN=CA -out cacert.req openssl ca -selfsign -config openssl.cnf -batch -keyfile demoCA/private/cakey.pem -in cacert.req -out demoCA/cacert.pem创建数据库私钥、数据库证书
openssl ecparam -genkey -name SM2 -out server.key openssl req -new -config openssl.cnf -key server.key -subj /C=CN/ST=BJ/L=HaiDian/O=VAST/OU=SEC/CN=server -out server.req openssl ca -config openssl.cnf -days 3650 -batch -in server.req -out server.crt创建应用端私钥、应用端证书
注意，在以下第2条命令中，-subj的参数中，CN的取值应与数据库用户名相等。此处假设用户名为u1，则应配置CN=u1openssl ecparam -genkey -name SM2 -out client.key openssl req -new -config openssl.cnf -key client.key -subj /C=CN/ST=BJ/L=HaiDian/O=VAST/OU=SEC/CN=u1 -out client.req openssl ca -config openssl.cnf -days 3650 -batch -in client.req -out client.crt设置私钥与证书文件权限
chmod 600 client* server* ca* demoCA/ca*
二、数据库端配置证书与私钥
创建新用户
CREATE USER u1 PASSWORD 'u1.password';配置SSL证书
SSL协议支持使用多种加密与哈希算法保护传输数据，此处，通过配置ssl_ciphers参数可强制采用国密算法。
此处，假设数据库的数据目录为$VBDATA。vb_guc set -D $VBDATA -c "ssl=on" vb_guc set -D $VBDATA -c "require_ssl=on" vb_guc set -D $VBDATA -c "ssl_ciphers='ECDHE-ECDSA-SM4-CBC-SM3'" vb_guc set -D $VBDATA -c "ssl_cert_file='`pwd`/server.crt'" vb_guc set -D $VBDATA -c "ssl_key_file='`pwd`/server.key'" vb_guc set -D $VBDATA -c "ssl_ca_file='`pwd`/demoCA/cacert.pem'"开启远程登录
vb_guc set -D $VBDATA -c "listen_addresses='*'"开启登录防火墙与配置基于证书的身份认证
在pg_hba.conf中，添加一行配置，确保该配置在所有host配置的第1行vi $VBDATA/pg_hba.conf # 添加一下1行 hostssl all u1 0.0.0.0/0 cert
三、应用端配置证书与私钥
配置私钥与证书
应用端可通过环境变量或连接参数配置私钥与证书export PGSSLMODE=verify-ca export PGSSLCERT=`pwd`/client.crt export PGSSLKEY=`pwd`/client.key export PGSSLROOTCERT=`pwd`/demoCA/cacert.pem登录数据库
采用基于证书的身份认证后，并启用SSL协议，客户端无需再使用基于密码的身份认证vsql -h localhost -p 5432 -U u1 -r# 1. 验证openssl版本（确保openssl来vastbase安装包，且是tassl版本） which openssl openssl version # 2. 搭建CA环境 mkdir cadir cd cadir mkdir ./demoCA ./demoCA/newcerts ./demoCA/private echo '01'>./demoCA/serial touch ./demoCA/index.txt # 3. 创建CA私钥、CA证书 openssl ecparam -genkey -name SM2 -out demoCA/private/cakey.pem openssl req -new -config openssl.cnf -key demoCA/private/cakey.pem -subj /C=CN/ST=BJ/L=HaiDian/O=VAST/OU=SEC/CN=CA -out cacert.req openssl ca -config openssl.cnf -in cacert.req -keyfile demoCA/private/cakey.pem -selfsign -out demoCA/cacert.pem -batch # 4. 创建服务端私钥、服务端证书 openssl ecparam -genkey -name SM2 -out server.key openssl req -new -config openssl.cnf -key server.key -subj /C=CN/ST=BJ/L=HaiDian/O=VAST/OU=SEC/CN=server -out server.req openssl ca -config openssl.cnf -in server.req -out server.crt -days 3650 -batch # -md sm3 # 5. 创建客户端私钥、客户端证书 openssl ecparam -genkey -name SM2 -out client.key # (如果使用cert认证，-subj中，CN必须与用户名相等，比如我的用户名时u1) openssl req -new -config openssl.cnf -key client.key -subj /C=CN/ST=BJ/L=HaiDian/O=VAST/OU=SEC/CN=u1 -out client.req openssl ca -config openssl.cnf -in client.req -out client.crt -days 3650 -batch # 6. 设置权限 chmod 600 client* server* ca* demoCA/ca* # 7. 客户端配置ssl export PGSSLCERT=`pwd`/client.crt export PGSSLKEY=`pwd`/client.key export PGSSLMODE=verify-ca export PGSSLROOTCERT=`pwd`/demoCA/cacert.pem # 8. 服务端配置ssl连接 gs_guc set -D $GAUSSHOME/data -c "ssl=on" gs_guc set -D $GAUSSHOME/data -c "require_ssl=on" gs_guc set -D $GAUSSHOME/data -c "ssl_cert_file='`pwd`/server.crt'" gs_guc set -D $GAUSSHOME/data -c "ssl_key_file='`pwd`/server.key'" gs_guc set -D $GAUSSHOME/data -c "ssl_ca_file='`pwd`/demoCA/cacert.pem'" gs_guc set -D $GAUSSHOME/data -c "ssl_crl_file=''" # 9. 服务端配置远程连接 gs_guc set -D $GAUSSHOME/data -c "listen_addresses = '*'" vi $GAUSSHOME/data/pg_hba.conf host all u1 0.0.0.0/0 sha256 # 如果是cert认证，pg_hba.conf配置修改为： hostssl all all 0.0.0.0/0 cert
安全前提：（本例子中，正向计算为乘法，负向计算为除法，显然除法计算不难，此处只是为了方便解释如何计算密钥）
攻击者通过网络流量，获取：4，120，80
安全前提，攻击者无法逆向计算：120 / 4 = 30 或者 80 / 4 = 20
RSA：正向计算简单（大质数相乘）、负向计算非常难（大整数分解）
- 正向计算：9999991 * 9999983 = 99999740000153
- 负向计算：将99999740000153分解为2个质数
client
- 生成随机数 [client_random]
- 生成随机私钥 [client_priv]
- 计算公钥 [client_pub]
- 发送 [client_random, client_pub] -->
- 接收 [client_random, client_pub]
- 生成随机数 [server_random]
- 生成随机私钥 [server_priv]
- 计算公钥 [server_pub]
- 发送 [server_random, server_pub]
- 生成密钥 [client_random, client_priv, server_random, server_pub]
- 生成密钥 [server_random, server_priv, client_random, client_pub]
原理：[client_priv, server_pub] = [server_priv, client_pub]
client
- 生成随机数 [client_random]
- 生成随机私钥 [client_priv] 3
- 基于client_priv，计算公钥 [client_pub] 10 - 3 = 7
- 发送 [client_random, client_pub] -->
- 接收 [client_random, client_pub]
- 生成随机数 [server_random]
- 生成随机私钥 [server_priv] 1
- 基于server_priv，计算公钥 [server_pub] 10 - 1 = 9
- 发送 [server_random, server_pub]
- 生成密钥 [client_random, client_priv, server_random, server_pub]
- 生成密钥 [server_random, server_priv, client_random, client_pub]
3， 7
9 1
3 + (10 - 1) = 12
9 + (10 - 7) = 12
Client Server
==================================================================================
0️⃣ 启动连接
本机产生 32 字节随机预随机 → 准备发 ClientHello
------------------------------------------>
1️⃣ ClientHello 报文内容
- 协议版本：客户端最高支持的 TLS 版本号（如 1.2）
- ClientRandom：4 字节时间戳 + 28 字节真随机共 32 B
- 会话 ID：空（新会话）或旧会话票
- 密码套件列表：必须包含 ECDHE 族，如 TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256
- 压缩方法列表：通常只有 null
- 扩展：
– supported_groups：本机支持的椭圆曲线（secp256r1、secp384r1 …）
– ec_point_formats：支持未压缩/压缩点
– server_name：访问的域名（SNI）
– application_layer_protocol_negotiation：想谈 ALPN（h2、http/1.1 …）
– session_ticket：如果客户端有旧票
------------------------------------------>
2️⃣ Server 收到 ClientHello 后，**一次性动作**
2a) 当场随机生成 32 字节 ServerRandom（4 字节时间戳 + 28 字节真随机）
2b) 当场随机生成 ECDHE 私钥 eS ∈ [1, n-1]（n 为曲线阶）
2c) 计算对应临时公钥 PubS = eS·G
2d) 选定最终协议版本、CipherSuite、曲线
2e) 组装以下四条报文一次性发回
<------------------------------------------
┌─ ServerHello 报文
│ - 协议版本：最终协商的 TLS 版本
│ - ServerRandom：32 B 随机数
│ - CipherSuite：最终选定的算法套件
│ - CompressionMethod：null
│ - SessionID：服务器决定的新会话 ID
│ - 扩展：选定的曲线、点格式、ALPN 结果等
├─ Certificate 报文
│ - 服务器证书链（叶子证书 + 可选中间证书）
│ - 叶子证书含 RSA/ECDSA 公钥，KeyUsage 含数字签名
├─ ServerKeyExchange 报文
│ - 曲线参数：曲线名 secp256r1
│ - PubS：服务器临时 ECDHE 公钥（未压缩或压缩点）
│ - Signature：对“曲线参数 || PubS || ClientRandom || ServerRandom”
│ 用服务器私钥做的数字签名（算法与证书匹配）
├─ CertificateRequest 报文（双向认证必发）
│ - certificate_types：要求 RSA 或 ECDSA 证书
│ - signature_algorithms：可接受的签名算法列表
│ - certificate_authorities：服务器信任的 CA 可打印名列表
└─ ServerHelloDone 报文（空结构，仅表示“我发完了”）
【★Client 校验服务器身份】
3️⃣ Client 收到后
3a) **当场随机生成 ECDHE 私钥 eC ∈ [1, n-1]**
3b) 计算对应临时公钥 PubC = eC·G
3c) **逐张检查服务器证书链**
- 有效期、KeyUsage、吊销状态（CRL/OCSP）、域名匹配
3d) **用服务器证书公钥验证 ServerKeyExchange 中的签名**
- 验证失败直接发 Alert 断开
3e) **计算共享密钥**
Pre-Master Secret = 椭圆曲线点乘 eC·PubS 的 x 坐标
3f) 组装以下报文一次性发出
------------------------------------------>
┌─ Certificate 报文（双向认证时发）
│ - 客户端证书链（叶子证书 + 可选中间证书）
│ - 叶子证书含 RSA/ECDSA 公钥，KeyUsage 含数字签名
├─ ClientKeyExchange 报文
│ - PubC：客户端临时 ECDHE 公钥
├─ CertificateVerify 报文（若发了客户端证书，必发）
│ - Signature：对“到此为止所有握手消息哈希”
│ 用客户端私钥做的数字签名（算法与证书匹配）
├─ ChangeCipherSpec 报文（单字节 0x01）
│ - 含义：以后我用协商密钥加密
└─ Finished 报文
- 用刚刚算出的主密钥对“全部握手消息”做 HMAC，验证完整性
【★Server 校验客户端身份】
4️⃣ Server 收到后
4a) **逐张检查客户端证书链**
- 有效期、KeyUsage、吊销状态、ACL 匹配
4b) **用客户端证书公钥验证 CertificateVerify 中的签名**
- 验证失败直接发 Alert 断开
4c) **计算共享密钥**
Pre-Master Secret = 椭圆曲线点乘 eS·PubC 的 x 坐标
（与 Client 值必然相同）
4d) **PRF 派生主密钥**
Master Secret = PRF(Pre-Master, "master secret", ClientRandom || ServerRandom)
4e) **PRF 再次派生 6 把会话密钥/IV**
- client_write_key、server_write_key
- client_write_MAC_key、server_write_MAC_key
- client_write_IV、server_write_IV
4f) 组装以下报文一次性发回
<------------------------------------------
┌─ ChangeCipherSpec 报文（单字节 0x01）
└─ Finished 报文
- 用协商密钥对“全部握手消息”做 HMAC，验证完整性
5️⃣ 双方各自校验对端 Finished 的 HMAC
通过 → 握手成功
失败 → Alert(fatal) 立即断开
6️⃣ 应用数据阶段
- 所有后续记录层消息使用 AEAD（如 AES-128-GCM）加密
- 每条记录含序列号、类型、长度、密文、认证标签
- 任何 MAC 校验错误 → Alert(fatal) 立即中断
Client Server
==================================================================================
0️⃣ 启动连接
本地随机生成 32 B 预随机
------------------------------------------>
1️⃣ ClientHello
- TLS 版本、CipherSuites（本次必须含 TLS_RSA_WITH_*）
- ClientRandom (32 B)
- 可选 SNI / ALPN / 会话票
------------------------------------------>
2️⃣ Server 收到
- 选 TLS 版本、CipherSuite（TLS_RSA_*）
- 当场随机生成 ServerRandom
- 取自己 RSA 证书链 CertS（含 RSA 公钥 PubS）
- 决定要求客户端证书 → 置 CertificateRequest
<------------------------------------------
ServerHello
Certificate (CertS) ← 仅含 RSA 公钥，无临时 ECDHE 参数
CertificateRequest* ← 双向认证时发送
ServerHelloDone
【★Client 校验 Server 证书】
3️⃣ Client 收到后
3a) 解析 CertS 链
- 逐级检查签名、有效期、KeyUsage = keyEncipherment
- 查 CRL / OCSP / 本地缓存
- 把叶子证书与 SNI / URL 域名比对
3b) 任一步失败 → Alert(fatal) 中断
3c) 当场随机生成 48 B 的 Pre-Master Secret
3d) 用 PubS 对其进行 RSAES-PKCS1-v1_5 或 RSAES-OAEP 加密，
得到 EncryptedPreMasterSecret
4️⃣ Client 发送
- 自己的证书链 CertC（含 RSA 公钥）
- EncryptedPreMasterSecret
- CertificateVerify
- 签名 = Sign(握手消息哈希)
用 CertC 对应私钥
------------------------------------------>
ClientKeyExchange
- EncryptedPreMasterSecret
Certificate (CertC)
CertificateVerify
ChangeCipherSpec
Finished
【★Server 校验 Client 证书】
5️⃣ Server 收到后
5a) 解析 CertC 链
- 逐级检查签名、有效期、KeyUsage = digitalSignature
- 查 CRL / OCSP / 本地 ACL
5b) 用 CertC 的公钥验证 CertificateVerify
5c) 任一步失败 → Alert(fatal) 中断
5d) 用本地 RSA 私钥解密 EncryptedPreMasterSecret
得到与 Client 完全相同的 48 B Pre-Master
5e) PRF(Pre-Master, ClientRandom, ServerRandom)
→ Master Secret (48 B)
→ 6 个对称密钥/IV
<------------------------------------------
ChangeCipherSpec
Finished
6️⃣ 双方独立派生密钥
PRF 展开 → client_write_key / server_write_key 等
后续记录层全部 AEAD 加密
7️⃣ 应用数据阶段
Client 写：AEAD-加密
Server 写：AEAD-加密
Finished 校验失败 → Alert(fatal) 立即中断