pgcrypto 深度解析：从 md5 到 OpenSSL 集成的 PG 加密扩展

本文是「PostgreSQL 扩展系列」加密篇。同系列前文：PostgreSQL 核心特性全景

PG 8.0 (2005) 之前没有内置加密函数。**pgcrypto 是 2000 年进入 contrib 的”安全工具箱”**，25 年演化到 v1.3，对接 OpenSSL 3.x，是 99% PG 部署的加密核心。

本文回答 3 个问题：

1. pgcrypto 提供哪些加密原语？摘要 / 对称 / 非对称 / 随机数 / PGP
2. 生产部署怎么用：敏感字段加密 + 密钥管理
3. pgcrypto vs 应用层加密：何时在哪一层？

全文 5 大章节，10+ 张图，30+ 个 SQL 示例。

一、pgcrypto 在加密生态

1.1 加密层级

1.2 pgcrypto 5 大能力

二、pgcrypto 历史

三、5 大能力详解

3.1 摘要（hash）

-- MD5（不推荐）
SELECT digest('hello world', 'md5');
-- 5eb63bbbe01eeed093cb22bb8f5acdc3

-- SHA256
SELECT digest('hello world', 'sha256');
-- b94d27b9934d3e08a52e52d7da7dabfac484efe37a5380ee9088f7ace2efcde9

-- 密码摘要（推荐 PBKDF2）
SELECT crypt('my_password', gen_salt('bf', 10));
-- $2a$10$...

-- 标准密码哈希算法
-- bf: bcrypt (推荐)
-- md5: MD5 crypt (弱)
-- xdes: extended DES
-- des: standard DES

3.2 对称加密

-- AES 加密（推荐）
SELECT encrypt(
    'my_secret_data',
    'my_password',
    'aes'
)::bytea;

-- AES 解密
SELECT decrypt(
    bytea_encrypted,
    'my_password',
    'aes'
);

-- 支持算法
-- aes / aes-cbc / aes-ecb / aes-cfb / aes-ofb
-- blowfish / bf-cbc / bf-ecb / ...

3.3 非对称加密（PGP）

-- 生成 PGP 密钥对
SELECT gen_pgp_key(
    'alice',
    'alice@example.com',
    'strong_password',
    'rsa',
    2048
);

-- 加密（使用接收者公钥）
SELECT pgp_pub_encrypt(
    'secret data',
    dearmor('-----BEGIN PGP PUBLIC KEY BLOCK-----...')
);

-- 解密
SELECT pgp_priv_decrypt(
    encrypted_data,
    private_key,
    'private_key_password'
);

3.4 随机数

-- 随机字节
SELECT gen_random_bytes(16);  -- 16 字节随机数
SELECT encode(gen_random_bytes(16), 'hex');

-- 随机 UUID（PG 13+ 内置）
SELECT gen_random_uuid();
-- 550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000

-- 随机整数
SELECT random();   -- [0, 1)
SELECT (random() * 100)::int;

3.5 HMAC

-- HMAC-SHA256
SELECT hmac('message', 'secret_key', 'sha256');

-- 用途：API 签名
-- server 计算 hmac(message, secret) 给 client
-- client 验证 hmac(message, secret) 一致

四、生产部署模式

4.1 字段级加密

-- 敏感字段（卡号、密码、个人信息）
CREATE TABLE users (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    email TEXT,
    password_hash TEXT,  -- bcrypt
    card_number BYTEA,    -- AES 加密
    card_last4 CHAR(4)    -- 最后 4 位明文（业务需要）
);

-- 加密插入
INSERT INTO users (email, password_hash, card_number)
VALUES (
    'alice@example.com',
    crypt('my_password', gen_salt('bf', 12)),
    encrypt('1234567812345678', 'kms_key_2024', 'aes')
);

-- 解密查询
SELECT
    email,
    decrypt(card_number, 'kms_key_2024', 'aes') AS card_number_decrypted
FROM users WHERE email = 'alice@example.com';

4.2 密码认证流程

源码 src/crypt-bf.c：

/* bcrypt verify */
char *
crypt_bf(const char *key, const char *setting)
{
    /* 用 crypt 工具完成密码验证 */
}

4.3 PGP 加密邮件

-- 加密邮件正文
WITH key AS (
    SELECT dearmor(pgp_key) AS pub FROM user_keys WHERE user_id = 1
)
SELECT pgp_pub_encrypt(
    'sensitive email body',
    (SELECT pub FROM key)
);

五、密钥管理

5.1 密钥管理方案

5.2 Vault 集成

import hvac
import psycopg2

client = hvac.Client(url='https://vault.example.com', token='s.XXX')

def encrypt_card(card_number):
    key = client.secrets.transit.read_key(name='card_key')
    response = client.secrets.transit.encrypt_data(
        name='card_key',
        plaintext=card_number,
    )
    return response['data']['ciphertext']

# 写入 PG
conn = psycopg2.connect(...)
cur = conn.cursor()
cur.execute("INSERT INTO users (card) VALUES (%s)", (encrypt_card(card_number),))

5.3 定期 rotate 策略

-- 1. 加新密钥列
ALTER TABLE users ADD COLUMN card_number_v2 BYTEA;

-- 2. 解密旧 + 加密新（后台跑）
UPDATE users SET card_number_v2 = encrypt(
    decrypt(card_number, 'old_key', 'aes'),
    'new_key', 'aes'
);

-- 3. 切换 + drop 旧列
ALTER TABLE users DROP COLUMN card_number;
ALTER TABLE users RENAME COLUMN card_number_v2 TO card_number;

六、pgcrypto vs 应用层加密

推荐：

• PG 内做哈希 + 加密：存的是密文，PG 永远不接触明文
• 应用层做解密 / 业务处理：网关 + KMS

七、pgcrypto 性能优化

7.1 性能开销

7.2 优化建议

八、pgcrypto 设计哲学

九、源码引用索引

• pgcrypto.c — 主入口
• crypt-bf.c — bcrypt
• crypt-md5.c — MD5 crypt
• px.c — OpenSSL 抽象
• pgp.c — PGP 实现

同系列前文

• PostgreSQL 核心特性全景
• pgAudit 深度解析