PHP数据库数据加密存储全攻略

在文章实战开发的过程中，我们经常会遇到一些这样那样的问题，然后要卡好半天，等问题解决了才发现原来一些细节知识点还是没有掌握好。今天golang学习网就整理分享《PHP数据库加密存储方法详解》，聊聊，希望可以帮助到正在努力赚钱的你。

应用层加密结合密钥安全管理可实现数据库敏感数据的高安全性存储，核心是使用AES-256-CBC算法通过openssl_encrypt和openssl_decrypt函数在数据写入前加密、读取时解密，并将随机IV与密文拼接后Base64编码存储；密钥须从环境变量或KMS等安全途径获取，严禁硬编码或提交至版本控制，推荐定期轮换并分用途使用不同密钥；该方式虽带来CPU与存储开销，且影响数据库查询与索引能力，但能确保即使数据库被非法访问，数据仍保持机密性，适用于保护身份证号、银行卡号等高敏感信息。

在PHP应用中实现数据库数据加密存储，核心在于利用PHP内置的强大加密函数（如openssl_encrypt和openssl_decrypt），结合严谨的密钥管理策略，在数据写入数据库前进行加密，读取时进行解密。这不仅仅是技术层面的操作，更关乎整个数据生命周期的安全考量，确保敏感信息即使在数据库被非法访问的情况下，也能保持其机密性。

当我们需要在PHP应用中对数据库敏感数据进行加密存储时，通常会选择对称加密算法，因为它在性能和易用性上取得了不错的平衡。我个人倾向于使用AES-256-CBC模式，因为它被广泛认可且安全性较高。核心的PHP函数是openssl_encrypt和openssl_decrypt。

首先，你需要一个强大的密钥（Key）。这个密钥绝不能硬编码在代码里，理想情况下，它应该从环境变量、配置文件（且该文件权限受限）或者更高级的密钥管理服务中获取。密钥的长度对于AES-256来说是32字节（256位）。

其次，初始化向量（IV）同样重要。IV的目的是确保即便使用相同的密钥加密相同的数据，每次生成的密文也不同，这能有效防止模式攻击。每次加密时，都需要生成一个新的、随机的IV，并将其与密文一同存储。通常，我们会将IV附加到密文前面，或者以Base64编码后，用特定分隔符连接起来。

以下是一个基本的PHP加密解密函数示例，它封装了上述逻辑：

<?php

/**
 * 使用AES-256-CBC模式加密数据
 *
 * @param string $data 需要加密的原始数据
 * @param string $key 32字节（256位）的加密密钥
 * @return string|null 加密并Base64编码后的数据，失败返回null
 */
function encryptData(string $data, string $key): ?string
{
    $cipher = 'aes-256-cbc';
    // 确保加密算法可用
    if (!in_array($cipher, openssl_get_cipher_methods(true))) {
        error_log("Cipher method {$cipher} not available.");
        return null;
    }

    // 密钥长度检查，AES-256需要32字节
    if (mb_strlen($key, '8bit') !== 32) {
        error_log("Encryption key must be 32 bytes long for AES-256.");
        return null;
    }

    $iv_length = openssl_cipher_iv_length($cipher);
    $iv = openssl_random_pseudo_bytes($iv_length); // 生成随机IV

    // 执行加密
    $encrypted = openssl_encrypt($data, $cipher, $key, OPENSSL_RAW_DATA, $iv);

    if ($encrypted === false) {
        error_log("Encryption failed: " . openssl_error_string());
        return null;
    }

    // 将IV和密文拼接，并进行Base64编码以便存储和传输
    // 格式：Base64(IV + Ciphertext)
    return base64_encode($iv . $encrypted);
}

/**
 * 使用AES-256-CBC模式解密数据
 *
 * @param string $encryptedDataWithIv Base64编码的加密数据（包含IV）
 * @param string $key 32字节（256位）的解密密钥
 * @return string|null 解密后的原始数据，失败返回null
 */
function decryptData(string $encryptedDataWithIv, string $key): ?string
{
    $cipher = 'aes-256-cbc';
    // 确保加密算法可用
    if (!in_array($cipher, openssl_get_cipher_methods(true))) {
        error_log("Cipher method {$cipher} not available.");
        return null;
    }

    // 密钥长度检查
    if (mb_strlen($key, '8bit') !== 32) {
        error_log("Decryption key must be 32 bytes long for AES-256.");
        return null;
    }

    $decoded = base64_decode($encryptedDataWithIv);
    if ($decoded === false) {
        error_log("Base64 decoding failed.");
        return null;
    }

    $iv_length = openssl_cipher_iv_length($cipher);

    // 检查解码后的数据长度是否足以包含IV
    if (mb_strlen($decoded, '8bit') < $iv_length) {
        error_log("Decoded data is too short to contain IV.");
        return null;
    }

    // 从解码数据中分离IV和密文
    $iv = mb_substr($decoded, 0, $iv_length, '8bit');
    $encrypted = mb_substr($decoded, $iv_length, null, '8bit');

    // 执行解密
    $decrypted = openssl_decrypt($encrypted, $cipher, $key, OPENSSL_RAW_DATA, $iv);

    if ($decrypted === false) {
        error_log("Decryption failed: " . openssl_error_string());
    }

    return $decrypted;
}

// 示例使用：
// 在实际应用中，密钥应从安全的环境变量或密钥管理服务中获取。
// 这里的密钥仅为演示目的，请勿在生产环境中使用硬编码密钥。
$encryptionKey = hex2bin('0123456789abcdef0123456789abcdef0123456789abcdef0123456789abcdef'); // 示例32字节密钥
$originalData = '这是一段需要加密的敏感信息，比如用户的身份证号码或银行卡号。';

echo "原始数据: " . $originalData . PHP_EOL;

$encryptedResult = encryptData($originalData, $encryptionKey);
if ($encryptedResult !== null) {
    echo "加密后的数据 (Base64编码): " . $encryptedResult . PHP_EOL;
    $decryptedResult = decryptData($encryptedResult, $encryptionKey);
    if ($decryptedResult !== null) {
        echo "解密后的数据: " . $decryptedResult . PHP_EOL;
        if ($originalData === $decryptedResult) {
            echo "加密解密成功！" . PHP_EOL;
        } else {
            echo "加密解密失败，数据不匹配！" . PHP_EOL;
        }
    } else {
        echo "解密失败。" . PHP_EOL;
    }
} else {
    echo "加密失败。" . PHP_EOL;
}
?>

如何安全地管理和存储加密密钥？

这可能是整个加密策略中最头疼，也最容易出错的一环。密钥的安全性直接决定了你加密数据的安全性。如果密钥泄露，那么所有加密数据都将变得一览无余。

一种常见且相对安全的方式是使用环境变量。在服务器的环境配置中设置密钥，PHP应用通过getenv()或$_ENV来获取。这样密钥不会出现在代码库中，也不会意外地被提交到版本控制系统。

对于更大型、对安全性要求更高的应用，可以考虑专门的密钥管理服务（KMS），例如AWS KMS、Azure Key Vault或HashiCorp Vault。这些服务能够集中管理、存储和审计密钥，并提供API供应用安全地获取密钥，同时支持密钥轮换、访问控制等高级功能。

如果上述方案暂时无法实现，退而求其次，可以将密钥存储在服务器上受严格权限保护的配置文件中，并且这个文件应该位于Web服务器可访问目录之外。例如，php.ini或者一个单独的配置文件，其权限应设置为只有运行PHP进程的用户才能读取。但这种方式的风险在于，一旦服务器被入侵，密钥文件也可能被发现。

无论哪种方式，有几点是核心原则：

• 绝不硬编码密钥在代码中。
• 绝不将密钥提交到版本控制系统（如Git）。
• 定期轮换密钥，这就像定期更换门锁一样，即使旧密钥泄露，也只有有限的数据受到影响。密钥轮换通常需要一个数据迁移过程，将旧密钥加密的数据用新密钥重新加密。
• 为不同目的使用不同的密钥，例如，用户密码的哈希盐值密钥、敏感数据的加密密钥，甚至不同类型敏感数据使用不同密钥。这能限制单一密钥泄露的破坏范围。

数据库加密存储会带来哪些性能开销和挑战？

别以为加个密就万事大吉，性能和可用性往往是需要权衡的硬币两面。数据库加密存储确实能显著提升安全性，但它也必然会引入一些性能开销和额外的挑战。

首先是CPU开销。加密和解密操作都需要消耗CPU资源。对于高并发、大量数据读写的应用来说，每一次的加密解密都会增加服务器的计算负担，从而可能导致响应时间变长。虽然现代CPU对加密指令有优化，但累积起来的影响依然不容忽视。

其次是存储开销。为了保证加密的安全性，我们通常会为每次加密生成一个随机的初始化向量（IV），并将其与密文一同存储。此外，将二进制的密文进行Base64编码以便于数据库存储，也会使数据体积增大约33%。这意味着你的数据库将需要更多的存储空间。

最大的挑战可能在于数据查询和索引。一旦数据被加密，数据库就无法直接对密文进行有效的索引和搜索。你不能对加密后的身份证号进行WHERE encrypted_id_card = '...'这样的查询，也无法进行范围查询或者模糊匹配。解决方案通常包括：

• 只对非敏感字段进行索引和搜索。
• 为需要搜索的敏感字段存储一个哈希值（如果只需要精确匹配），但这意味着无法解密哈希值以获取原始数据。
• 将部分数据进行“假名化”或“标记化”（tokenization），而不是完全加密，以便进行有限的查询。
• 对于极少数情况，可能需要将数据解密到应用层内存中再进行搜索和过滤，但这显然效率极低且风险较高。

最后，数据迁移和维护也是一个挑战。当需要更新加密算法、更换密钥，或者数据库结构发生变化时，可能需要解密所有受影响的数据，然后用新的密钥或算法重新加密。这是一个复杂且耗时的工作，需要周密的计划和测试。

除了应用层加密，数据库本身提供的加密功能有何不同？何时选择？

在数据安全领域，我们经常会听到两种主要的加密方式：应用层加密和数据库层加密。它们的目标相似，但实现机制和保护范围却有显著差异。在我看来，这两种加密方式，更像是互补而非替代关系。

数据库层加密，最常见的是透明数据加密（TDE）。许多商业数据库（如SQL Server, Oracle, MySQL Enterprise）都提供了TDE功能。TDE主要用于加密静态数据（data at rest），即存储在磁盘上的数据库文件。它的特点是：

• 透明性： 对应用程序完全透明，应用无需修改代码。
• 管理简便： 密钥通常由数据库系统本身管理。
• 保护范围： 主要防止数据库文件被操作系统层面的攻击者或物理磁盘被盗后数据泄露。
• 缺点： 数据在数据库内存中、在网络传输到应用层时，通常是未加密状态。如果数据库服务器本身被入侵，或者数据库管理员恶意操作，TDE并不能提供保护。

应用层加密，就是我们前面讨论的，在PHP应用中利用openssl_encrypt等函数对数据进行加密。

• 保护范围： 数据在写入数据库前加密，读取后解密。这意味着即使数据库服务器被完全攻陷，攻击者也只能获取到密文，因为密钥由应用程序而非数据库管理。
• 灵活性： 可以根据业务需求，对特定敏感字段进行加密。
• 缺点： 需要修改应用代码，增加开发和维护的复杂性。如前所述，对查询和索引造成挑战。

何时选择？

• 选择应用层加密： 当你需要对最敏感的个人身份信息（PII）、财务数据等提供最高级别的保护时，尤其是不信任数据库管理员或数据库服务器环境时。你拥有密钥的完全控制权，这是最大的优势。例如，存储用户密码哈希（虽然密码通常是哈希而非加密）、身份证号、银行卡号等。
• 选择数据库层加密（TDE）： 当你的主要目标是满足合规性要求（如PCI DSS、GDPR等），或者保护数据免受物理盗窃、操作系统层面攻击时。它能提供基础的数据静止加密，且对应用影响最小。
• 最佳实践是结合使用： 对于高度敏感的数据，可以在应用层进行加密，然后将加密后的密文存储到数据库中。同时，数据库本身也可以开启TDE，为整个数据库文件提供额外的静止加密层。这样，即使攻击者突破了数据库服务器，也只能拿到应用层加密后的密文；即使应用层密钥泄露，TDE也能为整个数据库文件提供一道

文中关于PHP数据库的知识介绍，希望对你的学习有所帮助！若是受益匪浅，那就动动鼠标收藏这篇《PHP数据库数据加密存储全攻略》文章吧，也可关注golang学习网公众号了解相关技术文章。