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使用每个存储桶密钥的服务器端加密 (SSE-KMS)

MinIO 服务器端加密 (SSE) 在写入操作的一部分中保护对象,允许客户端利用服务器处理能力来在存储层(静态加密)保护对象。SSE 还为围绕安全锁定和擦除的监管和合规性要求提供了关键功能。

MinIO SSE 使用 MinIO 密钥加密服务 (KES)受支持的外部密钥管理服务 (KMS) 以大规模执行安全的加密操作。MinIO 还支持客户管理的密钥管理,在这种情况下,应用程序将承担创建和管理用于 MinIO SSE 的加密密钥的全部责任。

MinIO SSE-KMS 使用由密钥管理系统 (KMS) 管理的外部密钥 (EK) 对对象进行加密或解密。每个存储桶和对象都可以具有单独的 EK,从而支持部署中更细粒度的加密操作。MinIO 只能在可以访问 KMS 用于加密该对象的 EK 时才能解密对象。

您可以使用 mc encrypt set 命令启用存储桶默认 SSE-KMS 加密

mc encrypt set sse-kms EXTERNALKEY play/mybucket
  • EXTERNALKEY 替换为要用于加密存储桶中对象的 EK 的名称。

  • play/mybucket 替换为要启用自动 SSE-KMS 加密的 alias 和存储桶。

MinIO SSE-KMS 在功能上与 AWS S3 使用存储在 AWS 中的 KMS 密钥的服务器端加密 兼容,同时扩展支持以包含以下 KMS 提供商

快速入门

重要

在 MinIO 部署上启用 SSE 会自动使用默认加密密钥对该部署的后端数据进行加密。

MinIO 需要访问 KES 和外部 KMS 才能解密后端并正常启动。KMS 必须维护并提供对 MINIO_KMS_KES_KEY_NAME 的访问权限。您无法在以后禁用 KES 或“撤消”SSE 配置。

以下过程使用 play MinIO KES 沙箱来支持在评估和早期开发环境中使用 SSE-KMS 进行 SSE

对于扩展开发或生产环境,请使用以下受支持的外部密钥管理服务 (KMS) 之一

重要

MinIO KES Play 沙箱是公开的,并向所有创建的外部密钥 (EK) 授予根访问权限。存储在 Play 沙箱中的任何 EK 都可能在任何时候被访问或销毁,从而导致受保护的数据变得脆弱或永久无法读取。

  • 切勿使用 Play 沙箱来保护您无法承受丢失或泄露的数据。

  • 切勿使用揭示您组织的私有、机密或内部命名约定的名称来生成 EK

  • 切勿Play 沙箱用于生产环境。

此过程需要以下组件

  • 在具有网络访问源部署的机器上安装 mc。有关下载和安装 mc 的说明,请参阅 mc 安装快速入门

  • 在具有互联网访问权限的机器上安装 MinIO 密钥加密服务 (KES)。有关下载、安装和配置 KES 的说明,请参阅 kes 入门指南。

1) 为 SSE-KMS 加密创建加密密钥

使用 kes 命令行工具为 SSE-KMS 加密创建一个新的外部密钥 (EK)。

以下命令检索 play KES 服务器的根 身份

curl -sSL --tlsv1.2 \
  -O 'https://raw.githubusercontent.com/minio/kes/master/root.key' \
  -O 'https://raw.githubusercontent.com/minio/kes/master/root.cert'

在终端或 shell 中设置以下环境变量

export KES_CLIENT_KEY=root.key
export KES_CLIENT_CERT=root.cert

KES_CLIENT_KEY

KES 服务器上 身份 的私钥。该身份必须至少授予对 /v1/create/v1/generate/v1/list API 端点 的访问权限。此步骤使用 MinIO play KES 沙箱的 root 身份,该身份提供对 KES 服务器上所有操作的访问权限。

KES_CLIENT_CERT

KES 服务器上 身份 的相应证书。此步骤使用 MinIO play KES 沙箱的 root 身份,该身份提供对 KES 服务器上所有操作的访问权限。

以下命令通过 KES 创建一个新的 EK

kes key create my-minio-sse-kms-key

本教程使用示例名称 my-minio-sse-kms-key 以方便参考。指定一个唯一的密钥名称以防止与现有密钥冲突。

2) 配置 MinIO 以进行 SSE-KMS 对象加密

在部署中的每个 MinIO 服务器主机上的 shell 或终端中指定以下环境变量

export MINIO_KMS_KES_ENDPOINT=https://play.min.io:7373
export MINIO_KMS_KES_API_KEY=<API-key-identity-string-from-KES> # Replace with the key string for your credentials
export MINIO_KMS_KES_KEY_NAME=my-minio-sse-s3-key

注意

  • API 密钥是与 KES 服务器进行身份验证的首选方式,因为它提供了一个简化且安全的身份验证流程到 KES 服务器。

  • 或者,指定 MINIO_KMS_KES_KEY_FILEMINIO_KMS_KES_CERT_FILE 而不是 MINIO_KMS_KES_API_KEY

    API 密钥与基于证书的身份验证互斥。指定API 密钥变量密钥文件和证书文件变量

  • 本网站上的文档使用 API 密钥。

MINIO_KMS_KES_ENDPOINT

MinIO Play KES 服务的端点。

MINIO_KMS_KES_API_KEY

由 KES 为 MinIO 部署 生成的 API 密钥。API 密钥的身份必须授予创建、生成和解密密钥的权限。

API 密钥是与 KES 服务器进行身份验证的首选方式。如果情况需要,请指定 MINIO_KMS_KES_KEY_FILEMINIO_KMS_KES_CERT_FILE。指定API 密钥密钥文件和证书文件不要填充所有三个环境变量。

MINIO_KMS_KES_KEY_NAME

用于执行 SSE 加密操作的外部密钥 (EK) 的名称。KES 从配置的密钥管理服务 (KMS) 检索 EK。指定在上一步中创建的密钥的名称。

3) 重新启动 MinIO 部署以启用 SSE-KMS

必须重新启动 MinIO 部署以应用配置更改。使用 mc admin service restart 命令重新启动部署。

mc admin service restart ALIAS

用要重新启动的部署的 别名 替换 ALIAS

4) 配置自动桶加密

使用 mc encrypt set 命令启用对写入特定桶的所有对象的自动 SSE-KMS 保护。

mc encrypt set sse-kms my-minio-sse-kms-key ALIAS/BUCKET
  • 用已启用 SSE-KMS 的 MinIO 部署的 alias 替换 ALIAS

  • 用要启用自动 SSE-KMS 的桶或桶前缀的完整路径替换 BUCKET

写入指定桶的对象将使用指定的 EK 自动加密。

对要启用自动 SSE-KMS 加密的每个桶重复此步骤。您可以为每个桶或桶前缀生成额外的密钥,以便每个 EK 的范围仅限于对象的子集。

安全擦除和锁定

SSE-KMS 使用作为桶自动加密设置的一部分或写入操作的一部分指定的 EK 来保护对象。因此,MinIO 需要访问该 EK 才能解密该对象。

  • 暂时禁用 EK 将通过使加密了该 EK 的对象不可读来锁定这些对象。您以后可以启用 EK 以恢复对这些对象的正常读取操作。

  • 删除 EK 将使所有使用该 EK 加密的对象永久不可读。如果 KMS 没有或不支持 EK 的备份,则此过程不可逆

单个 EK 的范围取决于

  • 哪些桶为自动 SSE-KMS 加密指定了该 EK以及

  • 哪些写入操作在请求 SSE-KMS 加密时指定了该 EK

例如,考虑一个 MinIO 部署,每个桶使用一个 EK。禁用单个 EK 将使关联桶中的所有对象不可读,而不会影响其他桶。如果该部署改为对所有对象和桶使用一个 EK,则禁用该 EK 将使该部署中的所有对象不可读。

加密过程

注意

本节介绍 MinIO 内部逻辑和功能。这些信息仅供教育目的,不是配置或实现任何 MinIO 功能的先决条件。

SSE-KMS 使用由配置的密钥管理系统 (KMS) 管理的外部密钥 (EK) 来执行加密操作和保护对象。下表介绍了加密过程的每个阶段

阶段

描述

已启用 SSE 的写入操作

MinIO 收到请求 SSE-KMS 加密的写入操作。该写入操作必须具有与要用于加密对象的外部密钥 (EK) 关联。

  • 对于在已启用自动 SSE-KMS 的桶中的写入操作,MinIO 使用桶 EK。如果写入操作包含显式 EK,则 MinIO 使用该 EK 而不是桶 EK。

  • 对于在启用自动 SSE-KMS 的桶中的写入操作,MinIO 使用写入操作指定的 EK

生成数据加密密钥 (DEK)

MinIO 使用 EK 生成数据加密密钥 (DEK)。具体来说,MinIO 密钥加密服务 (KES) 使用 EK 作为“根”密钥向 KMS 请求一个新的加密密钥。

KES 同时返回明文 _和_ EK 加密后的 DEK 表示。MinIO 将加密后的表示存储为对象元数据的一部分。

生成密钥加密密钥 (KEK)

MinIO 使用确定性算法生成 256 位的唯一密钥加密密钥 (KEK)。密钥派生算法使用一个伪随机函数,该函数接受明文 DEK、随机生成的初始化向量以及由诸如桶和对象名称等值组成的上下文。

MinIO 在每次加密或解密操作时生成 KEK,并且 _绝不_ 将 KEK 存储到驱动器中。

生成对象加密密钥 (OEK)

MinIO 生成一个随机的 256 位唯一对象加密密钥 (OEK),并使用该密钥加密对象。MinIO 绝不会将 OEK 的明文表示存储到驱动器中。明文 OEK 在加密操作期间驻留在 RAM 中。

加密对象

MinIO 使用 OEK 在将对象存储到驱动器 _之前_ 加密对象。然后,MinIO 使用 KEK 加密 OEK

MinIO 将 OEKDEK 的加密表示存储为元数据的一部分。

对于读取操作,MinIO 通过检索 EK 来解密 DEK,从而解密对象。然后,MinIO 重新生成 KEK,解密 OEK,并解密对象。