我们都知道,在做系统设计时,考虑到系统的安全性,需要对用户的一些个人隐私信息,比如:登录密码、身份证号、银行卡号、手机号等,做加密处理,防止用户的个人信息被泄露。
很早之前,CSDN 遭遇了 SQL 注入,导致了 600 多万条明文保存的用户信息被泄。
因此,我们在做系统设计的时候,要考虑把用户的隐私信息加密保存。
常见的对称加密算法有 AES、SM4、ChaCha20、3DES、DES、Blowfish、IDEA、RC5、RC6、Camellia 等。
目前国际主流的对称加密算法是AES
,国内主推的则是SM4
。
无论是用哪种算法,加密前的字符串和加密后的字符串,差别还是比较大的。
比如加密前的字符串:苏三说技术
,使用密钥:123
,生成加密后的字符串为:o3kxBSmFGeRSzj2uwGoGA==
。
如何对加密后的字符串做模糊查询呢?
比如:假设查询苏三
关键字,加密后的字符串是:U2FsdGVkX19eCv+xt2WkQb5auYo0ckyw
。
上面生成的两个加密字符串差异看起来比较大,根本没办法直接通过 SQL 语句中的 like 关键字模糊查询。
那我们该怎么实现加密的手机号的模糊查询功能呢?
1 一次加载到内存
实现这个功能,我们第一个想到的办法可能是:把个人隐私数据一次性加载到内存中缓存起来,然后在内存中先解密,再在代码中实现模糊搜索的功能。
这样做的好处是:实现起来比较简单,成本非常低。
但带来的问题是:如果个人隐私数据非常多的话,应用服务器的内存不一定够用,可能会出现 OOM 问题。
还有另外一个问题是:数据一致性问题。
如果用户修改了手机号,数据库更新成功了,需要同步更新内存中的缓存,否则用户查询的结果可能会跟实际情况不一致。
比如:数据库更新成功了,内存中的缓存更新失败了。
或者你的应用,部署了多个服务器节点,有一部分内存缓存更新成功了,另外一部分刚好在重启,导致更新失败了。
该方案可能会导致应用服务器出现 OOM 问题,也可能会导致系统的复杂度提升许多,总体来说,有点得不偿失。
2 使用数据库函数
既然数据库中保存的是加密后的字符串,还有一种方案是使用数据库的函数解密。
我们可以使用 MySQL 的 DES_ENCRYPT 函数加密,使用 DES_DECRYPT 函数解密:
SELECT DES_DECRYPT('o3kxBSmFGeRSzj2uwGoGA==', '123');
应用系统中所有的用户隐私信息的加解密都在 MySQL 层实现,不存在加解密不一致的情况。
该方案中保存数据时,只对单个用户的数据进行操作,数据量比较小,性能还好。
但模糊查询数据时,每一次都需要通过 DES_DECRYPT 函数,把数据库中用户某个隐私信息字段的所有数据都解密了,然后再通过解密后的数据做模糊查询。
如果该字段的数据量非常大,这样每次查询的性能会非常差。
3 分段保存
我们可以将一个完整的字符串,拆分成多个小的字符串。
以手机号为例:18200256007,按每 3 位为一组进行拆分,拆分后的字符串为:182,820,200,002,025,256,560,600,007,这 9 组数据。
然后建一张表:
CREATE TABLE `encrypt_value_mapping` (
`id` bigint NOT NULL COMMENT '系统编号',
`ref_id` bigint NOT NULL COMMENT '关联系统编号',
`encrypt_value` varchar(255) NOT NULL COMMENT '加密后的字符串'
) ENGINE=InnoDB CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_bin COMMENT='分段加密映射表'
这张表有三个字段:
- id:系统编号。
- ref_id:主业务表的系统编号,比如用户表的系统编号。
- encrypt_value:拆分后的加密字符串。
用户在写入手机号的时候,同步把拆分之后的手机号分组数据也一起写入,可以保证在同一个事务当中数据的一致性。
public static function encrypt(){
$mobile = '苏三说技术';
$ciphertext = openssl_encrypt($mobile, 'aes-128-ecb', '123');
print_r($ciphertext) ;
}
/**
* 解密
*/
public static function mobile_decrypt(){
$encrypted_str = 'zo3kxBSmFGeRSzj2uwGoGA==';
print_r(openssl_decrypt($encrypted_str, 'aes-128-ecb', '123')) ;
}
如果要模糊查询手机号,可以直接通过 encrypt_value_mapping 的 encrypt_value,模糊查询出用户表的 ref_id,再通过 ref_id 查询用户信息。
具体 sql 如下:
select s2.id,s2.name,s2.phone
from encrypt_value_mapping s1
inner join `user` s2 on s1.ref_id=s2.id
where s1.encrypt_value = 'U2FsdGVkX19Se8cEpSLVGTkLw/yiNhcB'
limit 0,20;
这样就能轻松地通过模糊查询,搜索出我们想要的手机号了。
注意这里的 encrypt_value 用的等于号,由于是等值查询,效率比较高。
注意:这里通过 sql 语句查询出来的手机号是加密的,在接口返回给前端之前,需要在代码中统一做解密处理。
为了安全性,还可以将加密后的明文密码,用*
号增加一些干扰项,防止手机号被泄露,最后展示给用户的内容,可以显示成这样的:182***07
。
4 其他的模糊查询
如果除了用户手机号,还有其他的用户隐私字段需要模糊查询的场景,该怎么办?
我们可以将 encrypt_value_mapping 表扩展一下,增加一个type
字段。
该字段表示数据的类型,比如:1.手机号 2.身份证 3.银行卡号等。
这样如果有身份证和银行卡号模块查询的业务场景,我们可以通过 type 字段做区分,也可以使用这套方案,将数据写入到 encrypt_value_mapping 表,最后根据不同的 type 查询出不同的分组数据。
如果业务表中的数据量少,这套方案是可以满足需求的。
但如果业务表中的数据量很大,一个手机号就需要保存 9 条数据,一个身份证或者银行卡号也需要保存很多条数据,这样会导致 encrypt_value_mapping 表的数据急剧增加,可能会导致这张表非常大。
最后的后果是非常影响查询性能。
那么,这种情况该怎么办呢?
5 增加模糊查询字段
如果数据量多的情况下,将所有用户隐私信息字段,分组之后,都集中到一张表中,确实非常影响查询的性能。
那么,该如何优化呢?
答:我们可以增加模糊查询字段。
还是以手机模糊查询为例。
我们可以在用户表中,在手机号旁边,增加一个 encrypt_phone 字段。
CREATE TABLE `user` (
`id` int NOT NULL,
`code` varchar(20) NOT NULL,
`age` int NOT NULL DEFAULT '0',
`name` varchar(30) NOT NULL,
`height` int NOT NULL DEFAULT '0',
`address` varchar(30) DEFAULT NULL,
`phone` varchar(11) DEFAULT NULL,
`encrypt_phone` varchar(255) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_bin COMMENT='用户表'
然后我们在保存数据的时候,将分组之后的数据拼接起来。
还是以手机号为例:
18200256007,按每 3 位为一组,进行拆分,拆分后的字符串为:182,820,200,002,025,256,560,600,007,这 9 组数据。
分组之后,加密之后,用逗号分割之后拼接成这样的数据:,U2FsdGVkX19Se8cEpSLVGTkLw/yiNhcB,U2FsdGVkX1+qysCDyVMm/aYXMRpCEmBD,U2FsdGVkX19oXuv8m4ZAjz+AGhfXlsQk,U2FsdGVkX19VFs60R26BLFzv5nDZX40U,U2FsdGVkX19XPO0by9pVw4GKnGI3Z5Zs,U2FsdGVkX1/FIIaYpHlIlrngIYEnuwlM,U2FsdGVkX19s6WTtqngdAM9sgo5xKvld,U2FsdGVkX19PmLyjtuOpsMYKe2pmf+XW,U2FsdGVkX1+cJ/qussMgdPQq3WGdp16Q。
以后可以直接通过 sql 模糊查询字段 encrypt_phone 了:
select id,name,phonefrom user where encrypt_phone like '%U2FsdGVkX19Se8cEpSLVGTkLw/yiNhcB%'limit 0,20;
注意这里的 encrypt_value 用的like
。
这里为什么要用逗号分割呢?
答:是为了防止直接字符串拼接,在极端情况下,两个分组的数据,原本都不满足模糊搜索条件,但拼接在一起,却有一部分满足条件的情况发生。
当然我们也可以根据实际情况,将逗号改成其他的特殊字符。
此外,其他的用户隐私字段,如果要实现模糊查询功能,也可以使用类似的方案。
最后说一句,虽说本文介绍了多种加密手机号实现模糊查询功能的方案,但我们要根据实际业务场景来选择,没有最好的方案,只有最合适的。