给SQLite数据库加密

前端之家收集整理的这篇文章主要介绍了给SQLite数据库加密前端之家小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。

前面所说的内容网上已经有很多资料,虽然比较零散,但是花点时间也还是可以找到的。现在要说的这个——数据库加密,资料就很难找。也可能是我操作水平不够,找不到对应资料。但不管这样,我还是通过网上能找到的很有限的资料,探索出了给sqlite数据库加密的完整步骤。

这里要提一下,虽然 sqlite 很好用,速度快、体积小巧。但是它保存的文件却是明文的。若不信可以用 NotePad 打开数据库文件瞧瞧,里面 insert 的内容几乎一览无余。这样赤裸裸的展现自己,可不是我们的初衷。当然,如果你在嵌入式系统、智能手机上使用 sqlite,最好是不加密,因为这些系统运算能力有限,你做为一个新功能提供者,不能把用户有限的运算能力全部花掉。

sqlite为了速度而诞生。因此sqlite本身不对数据库加密,要知道,如果你选择标准AES算法加密,那么一定有接近50%的时间消耗在加解密算法上,甚至更多(性能主要取决于你算法编写水平以及你是否能使用cpu提供的底层运算能力,比如MMX或sse系列指令可以大幅度提升运算速度)。

sqlite免费版本是不提供加密功能的,当然你也可以选择他们的收费版本,那你得支付2000块钱,而且是USD。我这里也不是说支付钱不好,如果只为了数据库加密就去支付2000块,我觉得划不来。因为下面我将要告诉你如何为免费的sqlite扩展出加密模块——自己动手扩展,这是sqlite允许,也是它提倡的。

那么,就让我们一起开始为 sqlite3.c 文件扩展出加密模块。

i.1必要的宏

通过阅读 sqlite 代码(当然没有全部阅读完,6万多行代码,没有一行是我习惯的风格,我可没那么多眼神去看),我搞清楚了两件事:

sqlite支持加密扩展的;

需要 #define 一个宏才能使用加密扩展。

这个宏就是sqlITE_HAS_CODEC。

你在代码最前面(也可以在 sqlite3.h 文件第一行)定义:

#ifndef sqlITE_HAS_CODEC

#define sqlITE_HAS_CODEC

#endif

如果你在代码里定义了此宏,但是还能够正常编译,那么应该是操作没有成功。因为你应该会被编译器提示有一些函数无法链接才对。如果你用的是 VC 2003,你可以在“解决方案”里右键点击你的工程,然后选“属性”,找到“C/C++”,再找到“命令行”,在里面手工添加“/D "sqlITE_HAS_CODEC"”。

定义了这个宏,一些被 sqlite 故意屏蔽掉的代码就被使用了。这些代码就是加解密的接口。

尝试编译,vc提示你有一些函数无法链接,因为找不到他们的实现。

如果你也用的是VC2003,那么会得到下面的提示

error LNK2019:无法解析的外部符号 _sqlite3CodecGetKey,该符号在函数 _attachFunc 中被引用

error LNK2019:无法解析的外部符号 _sqlite3CodecAttach,该符号在函数_attachFunc 中被引用

error LNK2019:无法解析的外部符号 _sqlite3_activate_see,该符号在函数 _sqlite3Pragma 中被引用

error LNK2019:无法解析的外部符号 _sqlite3_key,该符号在函数 _sqlite3Pragma 中被引用

fatal error LNK1120:4个无法解析的外部命令

这是正常的,因为sqlite只留了接口而已,并没有给出实现。

下面就让我来实现这些接口。

i.2自己实现加解密接口函数

如果真要我从一份 www.sqlite.org网上down下来的 sqlite3.c 文件,直接摸索出这些接口的实现,我认为我还没有这个能力。

好在网上还有一些代码已经实现了这个功能。通过参照他们的代码以及不断编译中vc给出的错误提示,最终我把整个接口整理出来。

实现这些预留接口不是那么容易,要重头说一次怎么回事很困难。我把代码都写好了,直接把他们按我下面的说明拷贝到 sqlite3.c文件对应地方即可。我在下面也提供了sqlite3.c 文件,可以直接参考或取下来使用。

这里要说一点的是,我另外新建了两个文件:crypt.c和crypt.h。

其中crypt.h如此定义:

#ifndefDCG_sqlITE_CRYPT_FUNC_

#defineDCG_sqlITE_CRYPT_FUNC_

/***********

董淳光写的sqlITE加密关键函数

***********/

/***********

关键加密函数

***********/

int My_Encrypt_Func(unsignedchar * pData,unsignedint data_len,constchar * key,unsignedint len_of_key );

/***********

关键解密函数

***********/

int My_DeEncrypt_Func(unsignedchar * pData,unsignedint len_of_key );

#endif

其中的 crypt.c 如此定义:

#include "./crypt.h"

#include "memory.h"

/***********

关键加密函数

***********/

int My_Encrypt_Func(unsignedchar * pData,unsignedint len_of_key )

{

return 0;

}

/***********

关键解密函数

***********/

int My_DeEncrypt_Func(unsignedchar * pData,unsignedint len_of_key )

{

return 0;

}

这个文件很容易看,就两函数,一个加密一个解密。传进来的参数分别是待处理的数据、数据长度、密钥、密钥长度。

处理时直接把结果作用于 pData 指针指向的内容

你需要定义自己的加解密过程,就改动这两个函数,其它部分不用动。扩展起来很简单。

这里有个特点,data_len 一般总是 1024 字节。正因为如此,你可以在你的算法里使用一些特定长度的加密算法,比如AES要求被加密数据一定是128位(16字节)长。这个1024不是碰巧,而是 sqlite 的页定义是1024字节,在sqlite3.c文件里有定义:

# define sqlITE_DEFAULT_PAGE_SIZE1024

你可以改动这个值,不过还是建议没有必要不要去改它。

上面写了两个扩展函数,如何把扩展函数sqlite 挂接起来,这个过程说起来比较麻烦。我直接贴代码

分3个步骤。

首先,在 sqlite3.c 文件顶部,添加下面内容

#ifdef sqlITE_HAS_CODEC

#include "./crypt.h"

/***********

用于在sqlite3最后关闭时释放一些内存

***********/

void sqlite3pager_free_codecarg(void *pArg);

#endif

这个函数之所以要在 sqlite3.c 开头声明,是因为下面在 sqlite3.c 里面某些函数里要插入这个函数调用。所以要提前声明。

其次,在sqlite3.c文件搜索sqlite3PagerClose”函数,要找到它的实现代码(而不是声明代码)。

实现代码里一开始是:

#ifdef sqlITE_ENABLE_MEMORY_MANAGEMENT

/* A malloc() cannotfail in sqlite3ThreadData() as one or more calls to

** malloc() must have already been made bythis thread before it gets

** to this point. This means the ThreadDatamust have been allocated already

** so that ThreadData.nAlloc can be set.

*/

ThreadData *pTsd = sqlite3ThreadData();

assert( pPager );

assert( pTsd && pTsd->nAlloc );

#endif

需要在这部分后面紧接着插入:

#ifdef sqlITE_HAS_CODEC

sqlite3pager_free_codecarg(pPager->pCodecArg);

#endif

这里要注意,sqlite3PagerClose 函数大概也是 3.3.17版本左右才改名的,以前版本里是叫 “sqlite3pager_close”。因此你在老版本sqlite代码搜索sqlite3PagerClose”是搜不到的。

类似的还有“sqlite3pager_get”、“sqlite3pager_unref”、“sqlite3pager_write”、“sqlite3pager_pagecount”等都是老版本函数,它们在 pager.h 文件里定义。新版本对应函数是在 sqlite3.h 里定义(因为都合并到 sqlite3.c和sqlite3.h两文件了)。所以,如果你在使用老版本的sqlite,先看看 pager.h 文件,这些函数不是消失了,也不是新蹦出来的,而是老版本函数改名得到的。

最后,往sqlite3.c 文件下找。找到最后一行:

/************** End of main.c************************************************/

在这一行后面,接上本文最下面的代码段。

这些代码很长,我不再解释,直接接上去就得了。

唯一要提的是 DeriveKey 函数。这个函数是对密钥的扩展。比如,你要求密钥是128位,即是16字节,但是如果用户只输入 1个字节呢?2个字节呢?或输入50个字节呢?你得对密钥进行扩展,使之符合16字节的要求。

DeriveKey 函数就是做这个扩展的。有人把接收到的密钥求md5,这也是一个办法,因为md5运算结果固定16字节,不论你有多少字符,最后就是16字节。这是md5算法的特点。但是我不想用md5,因为还得为它添加包含一些 md5 的.c或.cpp文件。我不想这么做。我自己写了一个算法来扩展密钥,很简单的算法。当然,你也可以使用你的扩展方法,也而可以使用 md5 算法。只要修改 DeriveKey 函数就可以了。

在 DeriveKey 函数里,只管申请空间构造所需要的密钥,不需要释放,因为在另一个函数里有释放过程,而那个函数会在数据库关闭时被调用。参考我的 DeriveKey 函数来申请内存。

这里我给出我已经修改好的 sqlite3.c sqlite3.h 文件

如果太懒,就直接使用这两个文件,编译肯定能通过,运行也正常。当然,你必须按我前面提的,新建 crypt.h和 crypt.c 文件,而且函数要按我前面定义的要求来做。

i.3加密使用方法

现在,你代码已经有了加密功能

你要把加密功能给用上,除了改 sqlite3.c 文件、给你工程添加 sqlITE_HAS_CODEC 宏,还得修改你的数据库调用函数

前面提到过,要开始一个数据库操作,必须先 sqlite3_open

加解密过程就在 sqlite3_open 后面操作。

假设你已经 sqlite3_open 成功了,紧接着写下面的代码

int i;

//添加、使用密码

i = sqlite3_key(db,"dcg",3 );

//修改密码

i = sqlite3_rekey( db,0 );

sqlite3_key 函数来提交密码。

第1个参数是 sqlite3 *类型变量,代表着用 sqlite3_open 打开的数据库(或新建数据库)。

第2个参数是密钥。

第3个参数是密钥长度。

sqlite3_rekey 修改密码参数含义同 sqlite3_key

实际上,你可以在sqlite3_open函数之后,到 sqlite3_close 函数之前任意位置调用 sqlite3_key 来设置密码。

但是如果你没有设置密码,而数据库之前是有密码的,那么你做任何操作都会得到一个返回值:sqlITE_NOTADB,并且得到错误提示:“file is encrypted or is not a database”。

只有当你用 sqlite3_key 设置了正确的密码,数据库才会正常工作。

如果你要修改密码,前提是你必须先 sqlite3_open 打开数据库成功,然后 sqlite3_key 设置密钥成功,之后才能用 sqlite3_rekey 来修改密码

如果数据库有密码,但你没有用 sqlite3_key 设置密码,那么当你尝试用 sqlite3_rekey 来修改密码时会得到sqlITE_NOTADB返回值。

如果你需要清空密码,可以使用:

//修改密码

i = sqlite3_rekey( db,NULL,0 );

来完成密码清空功能

i.4sqlite3.c最后添加代码

/***

董淳光定义的加密函数

***/

#ifdef sqlITE_HAS_CODEC

/***

加密结构

***/

#define CRYPT_OFFSET 8

typedefstruct _CryptBlock

{

BYTE*ReadKey; // 数据库和写入事务的密钥

BYTE*WriteKey; // 写入数据库的密钥

intPageSize;//页的大小

BYTE*Data;

} CryptBlock,*LPCryptBlock;

#ifndefDB_KEY_LENGTH_BYTE/*密钥长度*/

#defineDB_KEY_LENGTH_BYTE 16/*密钥长度*/

#endif

#ifndefDB_KEY_PADDING/*密钥位数不足时补充的字符*/

#defineDB_KEY_PADDING 0x33/*密钥位数不足时补充的字符*/

#endif

/*** 下面是编译时提示缺少的函数 ***/

/** 这个函数不需要做任何处理,获取密钥的部分在下面 DeriveKey函数里实现 **/

void sqlite3CodecGetKey(sqlite3* db,int nDB,void** Key,int* nKey)

{

return ;

}

/*sqlite sqlite3_key_interop调用,附加密钥到数据库.*/

int sqlite3CodecAttach(sqlite3 *db,int nDb,constvoid *pKey,int nKeyLen);

/**

这个函数好像是sqlite 3.3.17前不久才加的,以前版本的sqlite里没有看到这个函数

这个函数我还没有搞清楚是做什么的,它里面什么都不做直接返回,对加解密没有影响

**/

void sqlite3_activate_see(constchar* right )

{

return;

}

int sqlite3_key(sqlite3 *db,int nKey);

int sqlite3_rekey(sqlite3 *db,int nKey);

/***

下面是上面的函数的辅助处理函数

***/

// 用户提供的缓冲区中得到一个加密密钥

// 用户提供的密钥可能位数上满足不了要求,使用这个函数来完成密钥扩展

staticunsignedchar * DeriveKey(constvoid *pKey,int nKeyLen);

//创建或更新一个页的加密算法索引.函数会申请缓冲区.

static LPCryptBlock CreateCryptBlock(unsignedchar* hKey,Pager *pager,LPCryptBlock pExisting);

//加密/解密函数,pager调用

void * sqlite3Codec(void *pArg,unsignedchar *data,Pgno nPageNum,int nMode);

//设置密码函数

int__stdcall sqlite3_key_interop(sqlite3 *db,int nKeySize);

// 修改密码函数

int__stdcall sqlite3_rekey_interop(sqlite3 *db,int nKeySize);

//销毁一个加密块及相关的缓冲区,密钥.

staticvoid DestroyCryptBlock(LPCryptBlock pBlock);

staticvoid * sqlite3pager_get_codecarg(Pager *pPager);

void sqlite3pager_set_codec(Pager *pPager,void *(*xCodec)(void*,void*,Pgno,int),void *pCodecArg );

//加密/解密函数,int nMode)

{

LPCryptBlock pBlock = (LPCryptBlock)pArg;

unsignedint dwPageSize = 0;

if (!pBlock)return data;

// 确保pager的页长度和加密块的页长度相等.如果改变,就需要调整.

if (nMode != 2)

{

PgHdr *pageHeader;

pageHeader = DATA_TO_PGHDR(data);

if (pageHeader->pPager->pageSize !=pBlock->PageSize)

{

CreateCryptBlock(0,pageHeader->pPager,pBlock);

}

}

switch(nMode)

{

case 0:// Undo a "case7" journal file encryption

case 2://重载一个页

case 3://载入一个页

if (!pBlock->ReadKey) break;

dwPageSize = pBlock->PageSize;

My_DeEncrypt_Func(data,dwPageSize,pBlock->ReadKey,DB_KEY_LENGTH_BYTE );/*调用我的解密函数*/

break;

case 6://加密一个主数据库文件的页

if (!pBlock->WriteKey) break;

memcpy(pBlock->Data + CRYPT_OFFSET,data,pBlock->PageSize);

data = pBlock->Data + CRYPT_OFFSET;

dwPageSize = pBlock->PageSize;

My_Encrypt_Func(data,pBlock->WriteKey,DB_KEY_LENGTH_BYTE ); /*调用我的加密函数*/

break;

case 7://加密事务文件的页

/*在正常环境下,读密钥和写密钥相同.数据库是被重新加密的,读密钥和写密钥未必相同.

回滚事务必要用数据库文件的原始密钥写入.因此,当一次回滚被写入,总是用数据库的读密钥,

这是为了保证与读取原始数据的密钥相同.

*/

if (!pBlock->ReadKey) break;

memcpy(pBlock->Data + CRYPT_OFFSET,pBlock->PageSize);

data = pBlock->Data + CRYPT_OFFSET;

dwPageSize = pBlock->PageSize;

My_Encrypt_Func( data,DB_KEY_LENGTH_BYTE ); /*调用我的加密函数*/

break;

}

return data;

}

//销毁一个加密块及相关的缓冲区,密钥.

staticvoid DestroyCryptBlock(LPCryptBlock pBlock)

{

//销毁读密钥.

if (pBlock->ReadKey){

sqliteFree(pBlock->ReadKey);

}

//如果写密钥存在并且不等于读密钥,也销毁.

if (pBlock->WriteKey && pBlock->WriteKey !=pBlock->ReadKey){

sqliteFree(pBlock->WriteKey);

}

if(pBlock->Data){

sqliteFree(pBlock->Data);

}

//释放加密块.

sqliteFree(pBlock);

}

staticvoid * sqlite3pager_get_codecarg(Pager *pPager)

{

return (pPager->xCodec) ? pPager->pCodecArg: NULL;

}

// 用户提供的缓冲区中得到一个加密密钥

staticunsignedchar * DeriveKey(constvoid *pKey,int nKeyLen)

{

unsignedchar *hKey = NULL;

int j;

if( pKey == NULL || nKeyLen == 0 )

{

return NULL;

}

hKey = sqliteMalloc( DB_KEY_LENGTH_BYTE + 1 );

if( hKey == NULL )

{

return NULL;

}

hKey[ DB_KEY_LENGTH_BYTE ] = 0;

if( nKeyLen < DB_KEY_LENGTH_BYTE )

{

memcpy( hKey,pKey,nKeyLen ); //先拷贝得到密钥前面的部分

j = DB_KEY_LENGTH_BYTE - nKeyLen;

//补充密钥后面的部分

memset(hKey + nKeyLen,DB_KEY_PADDING,j );

}

else

{ //密钥位数已经足够,直接把密钥取过来

memcpy(hKey,DB_KEY_LENGTH_BYTE );

}

return hKey;

}

//创建或更新一个页的加密算法索引.函数会申请缓冲区.

static LPCryptBlock CreateCryptBlock(unsignedchar* hKey,LPCryptBlock pExisting)

{

LPCryptBlock pBlock;

if (!pExisting)//创建新加密块

{

pBlock = sqliteMalloc(sizeof(CryptBlock));

memset(pBlock,sizeof(CryptBlock));

pBlock->ReadKey = hKey;

pBlock->WriteKey = hKey;

pBlock->PageSize = pager->pageSize;

pBlock->Data = (unsignedchar*)sqliteMalloc(pBlock->PageSize + CRYPT_OFFSET);

}

else//更新存在的加密块

{

pBlock = pExisting;

if ( pBlock->PageSize != pager->pageSize &&!pBlock->Data){

sqliteFree(pBlock->Data);

pBlock->PageSize =pager->pageSize;

pBlock->Data = (unsignedchar*)sqliteMalloc(pBlock->PageSize+ CRYPT_OFFSET);

}

}

memset(pBlock->Data,pBlock->PageSize+ CRYPT_OFFSET);

return pBlock;

}

/*

** Set the codec forthis pager

*/

void sqlite3pager_set_codec(

Pager *pPager,

void *(*xCodec)(void*,

void *pCodecArg

)

{

pPager->xCodec = xCodec;

pPager->pCodecArg = pCodecArg;

}

int sqlite3_key(sqlite3 *db,int nKey)

{

return sqlite3_key_interop(db,nKey);

}

int sqlite3_rekey(sqlite3 *db,int nKey)

{

return sqlite3_rekey_interop(db,nKey);

}

/*sqlite sqlite3_key_interop调用,int nKeyLen)

{

int rc = sqlITE_ERROR;

unsignedchar* hKey = 0;

//如果没有指定密匙,可能标识用了主数据库的加密或没加密.

if (!pKey || !nKeyLen)

{

if (!nDb)

{

return sqlITE_OK; //数据库,没有指定密钥所以没有加密.

}

else//附加数据库,使用主数据库的密钥.

{

//获取数据库的加密块并复制密钥给附加数据库使用

LPCryptBlock pBlock =(LPCryptBlock)sqlite3pager_get_codecarg(sqlite3BtreePager(db->aDb[0].pBt));

if (!pBlock) return sqlITE_OK;//数据库没有加密

if (!pBlock->ReadKey)return sqlITE_OK;//没有加密

memcpy(pBlock->ReadKey,&hKey,16);

}

}

else//用户提供了密码,从中创建密钥.

{

hKey = DeriveKey(pKey,nKeyLen);

}

//创建一个新的加密块,并将解码器指向新的附加数据库.

if (hKey)

{

LPCryptBlock pBlock =CreateCryptBlock(hKey,sqlite3BtreePager(db->aDb[nDb].pBt),NULL);

sqlite3pager_set_codec(sqlite3BtreePager(db->aDb[nDb].pBt),sqlite3Codec,pBlock);

rc = sqlITE_OK;

}

return rc;

}

// Changes the encryptionkey for an existing database.

int__stdcall sqlite3_rekey_interop(sqlite3 *db,int nKeySize)

{

Btree *pbt = db->aDb[0].pBt;

Pager *p = sqlite3BtreePager(pbt);

LPCryptBlock pBlock =(LPCryptBlock)sqlite3pager_get_codecarg(p);

unsignedchar * hKey = DeriveKey(pKey,nKeySize);

int rc = sqlITE_ERROR;

if (!pBlock && !hKey)return sqlITE_OK;

//重新加密一个数据库,改变pager的写密钥,读密钥依旧保留.

if (!pBlock)//加密一个未加密的数据库

{

pBlock = CreateCryptBlock(hKey,p,NULL);

pBlock->ReadKey = 0; // 原始数据库未加密

sqlite3pager_set_codec(sqlite3BtreePager(pbt),pBlock);

}

else//改变已加密数据库的写密钥

{

pBlock->WriteKey = hKey;

}

// 开始一个事务

rc = sqlite3BtreeBeginTrans(pbt,1);

if (!rc)

{

// 用新密钥重写所有的页到数据库

Pgno nPage = sqlite3PagerPagecount(p);

Pgno nSkip = PAGER_MJ_PGNO(p);

void *pPage;

Pgno n;

for(n = 1; rc == sqlITE_OK && n <= nPage; n ++)

{

if (n == nSkip) continue;

rc = sqlite3PagerGet(p,n,&pPage);

if(!rc)

{

rc = sqlite3PagerWrite(pPage);

sqlite3PagerUnref(pPage);

}

}

}

// 如果成功,提交事务。

if (!rc)

{

rc = sqlite3BtreeCommit(pbt);

}

// 如果失败,回滚。

if (rc)

{

sqlite3BtreeRollback(pbt);

}

// 如果成功,销毁先前的读密钥。并使读密钥等于当前的写密钥。

if (!rc)

{

if (pBlock->ReadKey)

{

sqliteFree(pBlock->ReadKey);

}

pBlock->ReadKey = pBlock->WriteKey;

}

else//如果失败,销毁当前的写密钥,并恢复为当前的读密钥。

{

if (pBlock->WriteKey)

{

sqliteFree(pBlock->WriteKey);

}

pBlock->WriteKey = pBlock->ReadKey;

}

// 如果读密钥和写密钥皆为空,就不需要再对页进行编解码。

// 销毁加密块并移除页的编解码器

if (!pBlock->ReadKey && !pBlock->WriteKey)

{

sqlite3pager_set_codec(p,NULL);

DestroyCryptBlock(pBlock);

}

return rc;

}

/***

下面是加密函数的主体

***/

int__stdcall sqlite3_key_interop(sqlite3 *db,int nKeySize)

{

return sqlite3CodecAttach(db,nKeySize);

}

// 释放与一个页相关的加密块

void sqlite3pager_free_codecarg(void *pArg)

{

if (pArg)

DestroyCryptBlock((LPCryptBlock)pArg);

}

#endif//#ifdefsqlITE_HAS_CODEC

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