AlloyDB Omni の透過的データ暗号化

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アプリケーション コードを変更せずに機密情報を保護し、厳格なコンプライアンス要件を満たすには、透過的データ暗号化（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、最小限の運用オーバーヘッドで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の間で厳格な職務分掌を維持する 2 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 のラップを解除します。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、TdeConfig カスタム リソース内で定義されます。

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: クラスタの起動フェーズ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。HashiCorp Vault の場合は JSON Web Token（JWT）、Thales CipherTrust Manager の場合はユーザー名とパスワードの認証情報を使用して認証し、KEK を取得します。
  • DEK のラップ解除: AlloyDB Omni は、KEK を使用して DEK のラップを解除します。DEK は、ラップされた状態でローカル ストレージに保存されます。その後、これらの DEK がメモリに読み込まれます。
  • 透明なデータ 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の情報など、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、同期書き込みの最適化により、高速パスのレイテンシを最小限に抑えます。

  • 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 KMS への承認済みアクセスがなければデータを読み取ることができません。

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。

バックアップの取得時に使用された `TdeConfig` リソースがターゲット クラスタと同じ Namespace で使用可能な場合にのみ、バックアップを復元できます。

HA 設定の場合、TdeConfig は DBCluster リソースと同じ Namespace に存在する必要があります。

サポートされている KMS と認証

AlloyDB Omni は、次の外部 KMS プロバイダと認証方法をサポートしています。

  • HashiCorp Vault: JSON Web Token（jwt）認証で KV-V2 シークレット エンジンをサポートします。
  • Thales CipherTrust Manager: ユーザー名とパスワード（password）認証によるシークレット管理をサポートします。

PostgreSQL ツールの互換性

TDE 対応クラスタは、TdeConfig リソースを介してすべての組み込み PostgreSQL ツールをサポートします。

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 を有効にした後は、無効にすることはできません。
  • TDE 対応クラスタでは、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サポートされていません。
  • 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 対応クラスタでは、Barman バックアップは rsync モードのみをサポートします。postgres バックアップ方法はサポートされていません。

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