目录
1 架构
1.1 整体架构
全密态数据库是一种由数据库提供的安全特性，指数据库在处理数据的过程中，确保数据在传输、计算、存储等全生命周期阶段，于任何不可信的介质或环境中，始终处于加密状态。不可信环境包括：网络、内存、磁盘等。以常见的拓扑模型为例，在使用数据库的过程中，威胁面较广：
全密态数据库中，对于传输、存储安全，采用驱动加密方案。应用向数据库发送数据时，先在驱动中加密数据，再发送数据密文。应用从数据库接收数据时，先接收数据密文，再在驱动中解密数据。数据在网络、磁盘、服务端内存中，均处于加密状态。基本架构如下图所示：
全密态数据库中，对于计算安全，采用机密计算方案。驱动加密方案，解决传输、存储安全，但是，数据库端无法在密文上计算。为解决计算问题，业界有两种方案：
- 基于密码学算法的密文计算方案：通过密码学算法，让数据库在直接在密文上进行计算，例如保序加密、可搜索加密、同态加密等
- 基于硬件隔离的机密计算方案：在CPU、内存中，划分逻辑独立的可信执行环境，让数据库在可信执行环境中解密数据密文，进行计算。
在充分对比安全性、功能完备性、性能、实现难度等特点，选择机密计算方案。结合驱动加密方案、机密计算方案，全密态数据库整体架构如下图所示：
全密态数据库中，对于加密模型，采用多级密钥方案。数据由数据密钥加密，密钥由主密钥加密，主密钥由根密钥加密。在驱动加密模块中，只能获取数据密钥，无法获取主密钥。在更安全的加密方案中，驱动加密模块无法获取数据密钥，由硬件加密机加密。在数据库端，仅存储密钥信息，无法获取密钥。全密态数据库加密模型如下图所示：
2 流程
2.1 整体流程
使用全密态数据库时，用户需定义主密钥、数据密钥、加密表，在执行存储、查询数据时，全密态数据库自动完成加密、解密、计算等操作。完整的使用流程如图所示：
3 设计
3.1 驱动加密
3.2 机密计算
一、技术调研
纯软路线
- 同态加密
软硬路线
- x86
- cpu
- sgx：硬件
- tdx：硬件
- 固件
- me：出厂自带
- 软件
- sgx driver
- cpu
- amd
- cpu
- sev：Secure Encrypted Virtualization，CPU扩展电路，为每台虚拟机分配内存密钥，运行时加密整段内存。需BIOS开启。
- sev-snp/sev-es
- 固件
- psp
- 软件
- kvm sev
- cpu
- arm
- cpu
- trust-zone：每个核新增总线，
- 固件
- arm trusted fimware
- 软件
- op-tee
- cpu
- x86