AlloyDB Omni の透過的データ暗号化（TDE）

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機密情報を保護し、アプリケーション コードを変更することなく厳格なコンプライアンス要件を満たすには、透過的なデータ暗号化（TDE）を使用して AlloyDB Omni の保存データを保護します。この概要では、TDE がデータベース ファイル、ログ、キャッシュをディスクに書き込む前に自動的に暗号化し、運用オーバーヘッドを最小限に抑えながら多層防御を確保する方法について説明します。

鍵の階層

AlloyDB Omni は、データベースとユーザー管理のセキュリティ インフラストラクチャ間の職務分離を厳格に維持する 2 階層の鍵の階層を実装しています。

  • データ暗号鍵（DEK）: AlloyDB Omni によって生成され、所有される鍵。これらの鍵は、実際のデータファイル、WAL、一時ファイルを暗号化します。AlloyDB Omni は DEK をディスクに保存しますが、KEK でラップします。
  • 鍵暗号鍵（KEK）: 外部の鍵管理サービス（KMS）で管理するメインキー。AlloyDB Omni は、KEK を使用して DEK を暗号化します。AlloyDB Omni は、起動時にのみこの鍵にアクセスして DEK をラップ解除します。KEK はデータベース ディスクに永続的に保存されることはありません。
    • KEK のロケーションとアクセス パラメータは、環境変数と --tde-kek-url 初期化フラグで指定します。

AlloyDB Omni での TDE の仕組み

TDE が有効になっている場合、AlloyDB Omni は外部 KMS と統合された階層型暗号化モデルを使用してデータを保護します。

  • 初期化と鍵の取得: クラスタの起動または初期化フェーズで、AlloyDB Omni エンジンは KMS への安全な接続を確立します。JSON Web Token（JWT）を使用して認証し、KEK を取得します。
  • DEK のラップ解除: AlloyDB Omni は、KEK を使用して、ラップされた状態でローカル ストレージに保存されている DEK をラップ解除します。その後、これらの DEK がメモリに読み込まれます。
  • 透過的なデータ オペレーション:
    • ディスクへの書き込み: データベースがデータブロック、WAL レコード、一時ファイルを物理ディスクに書き込むとき、書き込む前に AES-256 アルゴリズムを使用してデータを自動的に暗号化します。
    • ディスクからの読み取り: データベースがデータをメモリに読み取る必要がある場合、メモリに保持されている DEK を使用してブロックを自動的に復号します。
    • キャッシュの暗号化: TDE は、キャッシュに保存されているカラム型エンジン情報を含むディスク キャッシュもサポートしています。チル キャッシュ ストレージ レイヤに書き込まれたデータは暗号化されます。カラム型エンジンの SSD キャッシュにスピルされたデータは、SSD に書き込まれる前に暗号化され、読み取り時に復号されます。

  • パフォーマンスの最適化: TDE には、データを保護しながら高いパフォーマンスを維持するための最適化が含まれています。データブロックとキャッシュに最適化された AES-256-XTS 保護を使用し、高速パスのレイテンシを最小限に抑える同期書き込みの最適化を備えています。

  • セキュリティ境界: KEK はローカル データベース ディスクに保存されないため、物理ストレージ メディアが侵害された場合でも、外部 Vault への承認されたアクセスがなければデータを読み取ることはできません。

暗号化のスコープと仕様

AlloyDB Omni は、業界標準の AES-256 アルゴリズムを使用してデータを保護します。

  • データファイル（テーブルとインデックス）: AES-256-XTS。
  • ログ先行書き込み（WAL）: AES-256-CTR。
  • 一時ファイル: 一時データの種類に応じて AES-256-XTS または AES-256-CTR。
  • カラム型エンジン キャッシュ ファイル: AES-256-XTS。
  • Chill キャッシュ ファイル: AES-256-XTS。
  • 鍵のラッピング: AES-256-KWP。

バックアップと高可用性

TDE が有効になっている場合、pgBackRest を使用して作成されたバックアップは、ソース クラスタの暗号化構成を継承します。これにより、バックアップ データはプライマリ データベースと同じレベルのセキュリティで保護されます。

バックアップを復元できるのは、同じ KEK を使用できるクラスタのみです。

HA 設定の場合、復元環境は同じ Vault 環境変数で初期化する必要があります。Vault 環境変数は、参加しているすべてのホストで使用可能である必要があります。

サポートされている KMS と認証

AlloyDB Omni は、外部 KMS プロバイダとして HashiCorp Vault をサポートしています。AlloyDB Omni は KV-V2 シークレット エンジンのみをサポートし、サポートされている認証方法は JWT のみです。

PostgreSQL ツールの互換性

TDE 対応クラスタは、initdb を除くすべての組み込み PostgreSQL ツールを環境変数を通じて透過的にサポートします。initdb を使用している場合は、KEK URL を明示的に渡してください。詳細については、TDE 対応クラスタを作成するをご覧ください。

制限事項

  • 既存のクラスタで TDE を有効にすることはできません。
  • TDE を有効にすると、無効にすることはできません。
  • TDE が有効なクラスタでは、メジャー バージョンのアップグレードはサポートされていません。
  • 暗号化されたバックアップを暗号化されていないサーバーに復元したり、暗号化されていないバックアップを暗号化されたサーバーに復元したりすることはできません。
  • DEK のローテーションは対象外です。
  • KEK URL パスが同じままであれば、KEK ローテーションはサポートされます。
  • FILE_COPY 戦略を使用して CREATE DATABASE することはできません。
  • TDE が有効になっているクラスタでは、Barman バックアップは rsync モードのみをサポートします。postgres バックアップ メソッドはサポートされていません。

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