SpringBoot+ Sharding Sphere 轻松实现数据库字段加解密

一、介绍

在实际的软件系统开发过程中，由于业务的需求，在代码层面实现数据的脱敏还是远远不够的，往往还需要在数据库层面针对某些关键性的敏感信息，例如：身份证号、银行卡号、手机号、工资等信息进行加密存储，实现真正意义的数据混淆脱敏，以满足信息安全的需要。

那在实际的业务开发过程中，我们如何快速实现呢？

今天通过这篇文章，我们一起来了解一下如何在 Spring Boot 中快速实现数据的加解密功能。废话不多说了，直接撸代码！

二、方案实践

在 Spring Boot 生态中，有一个非常厉害的开源框架：Apache ShardingSphere。

它是一款分布式 SQL 事务和查询引擎，可通过数据分片、弹性伸缩、加密等能力对任意数据库进行增强。我们可以利用它的数据脱敏模块，快速实现 SQL 字段的加解密操作。

如果当前项目是采用 Spring Boot 开发的，可以实现无缝集成，对原系统的改造会非常少。

下面以用户表为例，一起了解一下ShardingSphere的数据加解密的实现过程！

2.1、创建用户表

首先，在数据库中创建一张用户表，示例脚本如下！

CREATE TABLE user (
  id bigint(20) NOT NULL COMMENT '用户ID',
  email varchar(255)  NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '邮件',
  nick_name varchar(255)  DEFAULT NULL COMMENT '昵称',
  pass_word varchar(255)  NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '二次密码',
  reg_time varchar(255)  NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '注册时间',
  user_name varchar(255)  NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用户名',
  salary varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '基本工资',
  PRIMARY KEY (id) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_general_ci;

2.2、创建 springboot 项目并添加依赖包

接着，创建一个 Spring Boot 项目，并添加相关的依赖包，示例如下：

<dependencies>
    <!--spring boot核心-->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
    </dependency>
    <!--spring boot 测试-->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
    <!--springmvc web-->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    <!--mysql 数据源-->
    <dependency>
        <groupId>mysql</groupId>
        <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
    </dependency>
    <!--mybatis 支持-->
    <dependency>
        <groupId>org.mybatis.spring.boot</groupId>
        <artifactId>mybatis-spring-boot-starter</artifactId>
        <version>2.0.0</version>
    </dependency> 
    <!--shardingsphere数据分片、脱敏工具-->
    <dependency>
        <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
        <artifactId>sharding-jdbc-spring-boot-starter</artifactId>
        <version>4.1.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
        <artifactId>sharding-jdbc-spring-namespace</artifactId>
        <version>4.1.0</version>
    </dependency>
</dependencies>

2.3、添加相关配置

在application.properties文件中，添加shardingsphere相关配置，即可实现针对某个表进行脱敏

server.port=8080

logging.path=log

#shardingsphere数据源集成
spring.shardingsphere.datasource.name=ds
spring.shardingsphere.datasource.ds.type=com.zaxxer.hikari.HikariDataSource
spring.shardingsphere.datasource.ds.driver-class-name=com.mysql.cj.jdbc.Driver
spring.shardingsphere.datasource.ds.jdbc-url=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/test
spring.shardingsphere.datasource.ds.username=xxxx
spring.shardingsphere.datasource.ds.password=xxxx

#加密方式、密钥配置
spring.shardingsphere.encrypt.encryptors.encryptor_aes.type=aes
spring.shardingsphere.encrypt.encryptors.encryptor_aes.props.aes.key.value=hkiqAXU6Ur5fixGHaO4Lb2V2ggausYwW
#plainColumn表示明文列，cipherColumn表示脱敏列
spring.shardingsphere.encrypt.tables.user.columns.salary.plainColumn=
spring.shardingsphere.encrypt.tables.user.columns.salary.cipherColumn=salary
#spring.shardingsphere.encrypt.tables.user.columns.pass_word.assistedQueryColumn=
spring.shardingsphere.encrypt.tables.user.columns.salary.encryptor=encryptor_aes

#sql打印
spring.shardingsphere.props.sql.show=true
spring.shardingsphere.props.query.with.cipher.column=true


#基于xml方法的配置
mybatis.mapper-locations=classpath:mapper/*.xml

其中有几个的配置信息比较重要，spring.shardingsphere.encrypt.tables是指要脱敏的表，user是表名，salary表示user表中的真实列，其中plainColumn指的是明文列，cipherColumn指的是脱敏列，如果是新工程，只需要配置脱敏列即可！

配置示例如下！

# 用于告诉 ShardingSphere 数据表里哪个列用于存储明文数据
spring.shardingsphere.encrypt.tables.user.columns.salary.plainColumn=
# 用于告诉 ShardingSphere 数据表里哪个列用于存储密文数据
spring.shardingsphere.encrypt.tables.user.columns.salary.cipherColumn=salary
# 用于告诉 ShardingSphere 数据表里哪个列用于存储辅助查询数据
#spring.shardingsphere.encrypt.tables.user.columns.salary.assistedQueryColumn=
# 用于告诉 ShardingSphere 数据表里哪个列使用什么算法加解密
spring.shardingsphere.encrypt.tables.user.columns.salary.encryptor=encryptor_aes

2.4、编写数据持久层

然后，编写一个数据持久层，用于数据的存储和查询操作。

<mapper namespace="com.example.shardingsphere.mapper.UserMapperXml" >

    <resultMap id="BaseResultMap" type="com.example.shardingsphere.entity.UserEntity" >
        <id column="id" property="id" jdbcType="BIGINT" />
        <result column="email" property="email" jdbcType="VARCHAR" />
        <result column="nick_name" property="nickName" jdbcType="VARCHAR" />
        <result column="pass_word" property="passWord" jdbcType="VARCHAR" />
        <result column="reg_time" property="regTime" jdbcType="VARCHAR" />
        <result column="user_name" property="userName" jdbcType="VARCHAR" />
        <result column="salary" property="salary" jdbcType="VARCHAR" />
    </resultMap>

    <select id="findAll" resultMap="BaseResultMap">
        SELECT * FROM user
    </select>
    
    <insert id="insert" parameterType="com.example.shardingsphere.entity.UserEntity">
        INSERT INTO user(id,email,nick_name,pass_word,reg_time,user_name, salary)
        VALUES(#{id},#{email},#{nickName},#{passWord},#{regTime},#{userName}, #{salary})
    </insert>
</mapper>

public interface UserMapperXml {


    /**
     * 查询所有的信息
     * @return
     */
    List<UserEntity> findAll();

    /**
     * 新增数据
     * @param user
     */
    void insert(UserEntity user);
}

public class UserEntity {

    private Long id;

    private String email;

    private String nickName;

    private String passWord;

    private String regTime;

    private String userName;

    private String salary;

    //省略set、get...

}

2.5、单元测试

最后，我们编写一个单元测试，验证一下代码的正确性。

编写启用服务程序

@SpringBootApplication
@MapperScan("com.example.shardingsphere.mapper")
public class ShardingSphereApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ShardingSphereApplication.class, args);
    }
}

编写单元测试

@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@SpringBootTest(classes = ShardingSphereApplication.class)
public class UserTest {

    @Autowired
    private UserMapperXml userMapperXml;

    @Test
    public void insert() throws Exception {
        UserEntity entity = new UserEntity();
        entity.setId(3l);
        entity.setEmail("123@123.com");
        entity.setNickName("阿三");
        entity.setPassWord("123");
        entity.setRegTime("2021-10-10 00:00:00");
        entity.setUserName("张三");
        entity.setSalary("2500");
        userMapperXml.insert(entity);
    }

    @Test
    public void query() throws Exception {
        List<UserEntity> dataList = userMapperXml.findAll();
        System.out.println(JSON.toJSONString(dataList));
    }
}

插入数据后，如下图，数据库存储的数据已被加密！