客户管理的加密密钥 (CMEK)

默认情况下,Google Cloud 中的所有静态数据(包括 Cloud Spanner 中的数据)均使用 Google 管理的默认加密进行保护。Google Cloud 会为您处理和管理此默认加密,您无需进行任何其他操作。

如果您对保护数据的密钥有特定的合规性或监管要求,则可以将客户管理的加密密钥 (CMEK) 用于 Cloud Spanner。您的 Cloud Spanner 数据库由您在 Cloud Key Management Service (KMS) 中控制和管理的密钥进行保护,而不是由 Google 管理用于保护您的数据的加密密钥。 该密钥可以是对称密钥Cloud HSM 密钥Cloud External Key Manager 密钥

本页面介绍了适用于 Cloud Spanner 的 CMEK。如需大致了解 CMEK(包括其启用时间和原因),请参阅 Cloud KMS 文档

功能

  • 数据访问权限控制:管理员可以轮替用于保护 Cloud Spanner 中的静态数据的密钥、管理对该密钥的访问权限以及停用或销毁该密钥。
  • 可审核性:如果您为项目中的 Cloud KMS API 启用审核日志记录,则针对密钥的所有操作(包括由 Cloud Spanner 执行的操作)会在 Cloud Logging 中记录并可供查看。 Cloud EKM 密钥支持密钥访问理由,这会为所有密钥请求添加一个理由字段。借助特定的外部密钥管理合作伙伴,您可以根据理由自动批准或拒绝这些请求。
  • 性能:Cloud Spanner 性能或服务等级协议没有变化。

价格

Cloud Spanner 像任何其他数据库一样对启用 CMEK 的数据库进行计费;不会产生额外的 Cloud Spanner 费用。如需了解详情,请参阅 Cloud Spanner 价格

将会向您收取该密钥以及针对该密钥执行的任何加密操作的费用(每当 Cloud Spanner 使用该密钥进行加密/解密时)。根据 Cloud Spanner 生成的加密操作的预期数量,我们预计这些费用会很小。如需了解详情,请参阅 Cloud KMS 价格

受 CMEK 保护的内容

在启用 CMEK 的数据库中,Cloud Spanner 使用您的 Cloud KMS 密钥来保护静态数据。这包括存储在磁盘或闪存上的数据库中的数据。

有一些例外情况。以下类型的数据受 Google 静态默认加密保护,而不是受 CMEK 密钥保护:

  • 行密钥的子集,用于标记范围边界
  • 调试数据,包括核心转储和操作日志
  • 传输中或内存中的数据
  • 数据库元数据

在 Cloud Spanner 中,有三层加密。静态数据分成子文件区块进行存储,每个区块都在存储系统层级以单独的加密密钥进行加密。用于对块中的数据进行加密的密钥称为数据加密密钥 (DEK)。由于 Google 的密钥很多,且需要提供低延迟、高可用性的服务,因此这些密钥都存储在用其加密的数据附近。DEK 本身又使用密钥加密密钥 (KEK) 进行加密(也称为“封装”)。最后,每个 KEK 都通过客户管理的加密密钥进行加密。

当您轮替 CMEK 密钥时,Cloud Spanner 只会使用最新主要版本的 CMEK 密钥重新加密中间 KEK。重新加密完成后,停用或删除旧版本的 CMEK 密钥不会停用对数据库的访问权限。您还可以查看密钥版本(要使用这些版本来保护数据库)。

使用 CMEK

“演示使用客户管理的加密密钥进行加密的图表”

不使用 CMEK

“演示使用Google 管理的加密密钥进行加密的图表”

启用 CMEK

如需将 CMEK 用于 Cloud Spanner 数据库,您必须在创建数据库时创建新的数据库并指定 Cloud KMS 密钥。

Cloud KMS CryptoKey Encrypter/Decrypter (roles/cloudkms.cryptoKeyEncrypterDecrypter) 角色授予 Cloud Spanner 服务帐号后,Cloud Spanner 将能够代表您访问该密钥。

如需详细说明,请参阅使用 CMEK

Cloud Spanner 的数据访问 API(例如用于管理会话和针对数据执行事务的 API)对于启用 CMEK 的数据库和由 Google 管理的数据库完全相同。在读取或写入数据时,应用无需指定密钥或加密配置。所有加密都由该服务处理。

密钥管理

密钥管理操作使用 Cloud KMS 执行。在 Cloud KMS 传播任何密钥更改之前,Cloud Spanner 无法检测或处理任何密钥更改。某些操作(例如停用或销毁密钥)最多可能需要 3 小时才能传播;对权限的更改传播通常快很多。

创建数据库后,Cloud Spanner 大约每 5 分钟调用一次 Cloud KMS 以确保密钥仍有效。

如果 Cloud Spanner 检测到您的 Cloud KMS 密钥已停用或销毁,则会立即启动使您的数据库无法访问的操作。对数据库的任何后续调用(包括会话、读取和写入)都将返回 FAILED_PRECONDITION 错误:KMS key required by the Spanner resource is not accessible.

如果 Cloud Spanner 对 Cloud KMS 的调用检测到之前已停用的密钥已重新启用,则 Cloud KMS 会自动恢复对 Cloud Spanner 数据库的访问权限。

如何处理不可用的密钥状态

在极少数情况下,例如 Cloud KMS 不可用期间,Cloud Spanner 可能无法从 Cloud KMS 中检索密钥的状态。

如果您的 Cloud Spanner 数据库受密钥保护,而 Cloud Spanner 首次无法与 Cloud KMS 通信时已启用该密钥,则 Cloud Spanner 将继续尽最大努力支持完整数据库操作最多 1 小时,最大限度降低任何此类突发事件对工作负载的影响。

一小时后,如果 Cloud Spanner 仍无法连接到 Cloud KMS,Cloud Spanner 将数据库设为离线状态作为保护措施。在在您的数据库可通过 Cloud KMS 重新连接,且 Cloud KMS 响应密钥有效之前,Cloud Spanner 数据库中的数据将保持无法访问状态。

相反,如果您的 Cloud Spanner 数据库受密钥保护,而在 Cloud Spanner 首次无法与 Cloud KMS 通信时已停用该密钥,则除非该密钥能够重新连接到 Cloud KMS 并且您重新启用该密钥,否则您的数据库将保持无法访问状态。

外部密钥注意事项

当您使用 Cloud EKM 密钥时,Google 无法控制由外部管理的密钥在外部密钥管理合作伙伴系统中的可用性。

如果外部管理的密钥不可用,Cloud Spanner 可暂时使用密钥的缓存版本继续支持完整的数据库操作,时间最长可达一小时。

一小时后,如果 Cloud Spanner 仍无法连接到 Cloud KMS,Cloud Spanner 会将数据库设为离线状态作为保护措施。对数据库的调用将失败,并显示 FAILED_PRECONDITION 错误:External key error: Could not find a key resource at the key URI.

如需了解使用外部密钥的更多注意事项,请参阅 Cloud External Key Manager 文档

备份和恢复

Cloud Spanner 备份(如数据库)可受到 CMEK 或 Google 管理的加密的保护。默认情况下,备份使用与其数据库相同的加密配置,但您可以在创建备份时指定不同的加密配置来替换此行为。如果备份启用了 CMEK,则在创建备份时会使用主要版本的 KMS 密钥对备份进行加密。创建备份后,即使 KMS 密钥已轮替,其密钥和密钥版本也无法修改。如需了解详情,请参阅备份数据库

从备份恢复数据库时,默认情况下,恢复的数据库使用与备份的加密配置相同。您可以通过在恢复数据库时指定不同的加密配置来替换此行为。如需恢复启用 CMEK 的备份,用于加密备份的密钥和密钥版本都必须可用。如需了解详情,请参阅从备份恢复

日志记录

如果您已经为项目中的 Cloud KMS API 启用审核日志记录,则可以在Cloud Logging 中审核 Cloud Spanner 代表您发送给 Cloud KMS 的请求。您可以在 Cloud Logging 中查看这些 Cloud KMS 日志条目