Шифрование по схеме envelope encryption

У шифрования методом encrypt есть ограничение на максимальный размер данных для шифрования (32 КБ). Рост объема данных вызывает ряд проблем:

• Повышение нагрузки на KMS, вызванное операциями шифрования и расшифровки.

• Понижение эффективности шифрования и расшифровки методами encrypt и decrypt с ростом объема данных для шифрования.

  Время выполнения encrypt и decrypt операций включает в себя передачу данных от клиента к KMS и обратно. С ростом объема шифруемых данных растет время на их передачу и нагрузка на сеть.

Шифрование по схеме envelope encryption осуществляется в основном на стороне клиента и помогает избежать перечисленные выше проблемы.

Описание процесса шифрования

В отличие от шифрования напрямую, когда ключ KMS выступает в роли ключа шифрования данных, в схеме участвуют ключи двух типов:

• Ключ шифрования данных (data encryption key, DEK).
• Ключ шифрования ключа (key encryption key, KEK).

Шифрование происходит следующим образом:

1. Клиент генерирует ключ шифрования данных (DEK) и локально шифрует им данные.

   Для формирования ключа с высокой энтропией рекомендуется использовать метод generateDataKey. Он генерирует ключ на основе алгоритма Fortuna, агрегирующий энтропию с различных источников (RDSEED и RDRAND, /dev/urandom, энтропия с хостов).

2. Клиент выполняет encrypt-запрос к KMS на шифрование DEK.

3. Клиент получает зашифрованный DEK.

   Ключ KMS, которым выполняется шифрование DEK, выступает в данной схеме в роли ключа шифрования ключа (KEK).

4. Незашифрованный DEK уничтожается клиентом.

5. Зашифрованный DEK сохраняется клиентом рядом с шифртекстом.

При шифровании по схеме envelope encryption для локального шифрования вы можете использовать более широкий набор алгоритмов, а также шифровать данные несколькими DEK, например, для возможности произвольного доступа к шифртексту.

Описание процесса расшифровки

Расшифровка происходит следующим образом:

1. Клиент читает зашифрованный DEK, сохраненный рядом с зашифрованными данными.
2. Клиент выполняет decrypt-запрос к KMS на расшифрование DEK.
3. Клиент получает расшифрованный DEK.
4. Зашифрованные данные локально расшифровываются с помощью DEK.
5. DEK уничтожается.

Особенности реализации схемы envelope encryption

Шифрование по схеме envelope encryption перекладывает часть ответственности за безопасное шифрование данных на клиента. При реализации данной схемы важно:

• Использовать безопасные алгоритмы для локального шифрования.

• Не сохранять ключ шифрования данных (DEK) в открытом виде.

  Важно

  Открытый DEK должен расшифровываться только на время шифрования или расшифровки данных и уничтожаться сразу после этого.

• Использовать разные DEK для разных данных.

• Генерировать новые DEK при повторном шифровании данных.

Чтобы избежать ошибок, для шифрования на стороне клиента рекомендуется использовать AWS Encryption SDK или Google Tink.