Cybertec PostgreSQL透明加密解析

目前PostgreSQL官方并未推出透明加密功能，但是cybertec开源了一个分支，支持透明加密。感兴趣的同学可以参考：

https://www.cybertec-postgresql.com/en/products/postgresql-transparent-data-encryption/

它支持对数据和WAL进行透明加密。本文主要介绍WAL的透明加密功能及原理。

WAL透明加密架构

WAL加密主要由一个缓冲来完成，该缓冲未encrypt_buf_xlog，该缓冲大小是8个页大小，在启动时创建，由函数setup_encryption完成，其堆栈如下：

PostgresMain->setup_encryption::
  encrypt_buf_xlog = (char *) MemoryContextAlloc(TopMemoryContext, ENCRYPT_BUF_XLOG_SIZE);

加密时将WAL数据加密到该缓冲中，然后刷写到磁盘。恢复回放时从磁盘上读取加密的WAL日志，然后进行in place解密，之后读取其中wal record进行回放。

加密

在XLogWrite刷写日志时进行加密：

首先会先计算有多少页需要刷写，然后将这些页一页一页的进行加密，时间线+段文件号+日志偏移作为向量和密钥encryption_key一起对页进行加密，将WAL加密到加密缓冲encrypt_buf_xlog中，然后将加密缓冲中的WAL刷写磁盘。

恢复时解密

重启时，将日志读取到缓冲中进行解密。由函数XLogPageRead完成。首先需要创建一个XLogReaderState即xlogreader，使用XLogPageRead函数读取WAL日志。然后读取checkpoint和WAL RECORD进行回放。读取WAL RECORD的函数是ReadRecord，从下面代码可以看出，其实真正读取是由XLogPageRead函数来完成的，也就是将磁盘上加密的WAL日志读取到xlogreader的readBuf中，该缓冲1个页大小。

然后，对readBuf中的WAL记录进行解密。可以看出是in place解密。

流复制场景

主上执行start replication命令开启流复制，即函数StartReplication完成的功能：

WalSndLoop不断循环，调用XLogSendPhysical函数从磁盘中将加密的WAL日志读取到encrypt_buf_xlog中，然后进行in plcace解密。将解密后的明文拷贝到output_message.data[]中，用于流复制传输。备机接收后将该日志持久化到磁盘。

备机receiver进程接收日志并写入磁盘，写入函数为XLogWalRcvWrite，这里可以看到它并没有加密。那么恢复时需要将磁盘上的日志加载到内存，这个流程认为磁盘上的WAL日志是加密的，恢复前需要先解密。但从代码上看，这个流程就存在矛盾了！

另外，Start replication命令支持对复制流加密，如下结构体：

上述中，XLogRead函数中的decrypt来源如下，在start replication命令中指定解密。若没有指定解密的话，传输的即为加密的日志流。此时，备机接收后写入磁盘为加密的日志。那么，回放时加载加密的WAL，然后解密，最后回放，这样流程是合理的。

也就是说，流复制场景下，WAL流为解密的情况下，有bug！使用时需注意。