关于前端:PostgreSQL-的审计和权限控制系统

背景介绍

GrowingIO 作为一家大数据公司，外围资产尽管在大数据平台上，但关系型数据库仍扮演着不可或缺的角色。它负担着存储产品逻辑，配置信息等重要数据信息。
GrowingIO 目前的数据库实例较多，例如按环境辨别为开发环境，测试环境，生产环境等不同环境。按需要来说，又存在运维人员须要间接批改线上脏数据，开发人员本地拜访开发环境的实例进行联调等状况。
而随着公司员工一直倒退，人员的流动性会加剧，数据库权限管制会越来越简单。
这时一个易用的数据库管理工具会缩小相当大的工作量。
因为 GrowingIO 选用 PostgreSQL 作为关系型数据库，所以以下内容以 PostgreSQL 作为根底开展。

目前情况

之前 GrowingIO 是应用基于 SSH + Iptables + PostgreSQL 日志的组合架构来实现的 PostgreSQL 的治理。
这种架构只是满足了权限管制和审计的根本需要，然而理论应用中有些问题是很难解决，例如:

• 因为权限管制和日志审计属于独立的零碎，造成审计的溯源比拟麻烦。
• 权限管制比拟粗粒度，只能管制能不能拜访，无奈做更细粒度的权限划分。
• 无奈做到 SQL 级别的限度。
• 没有接到对立账号管理系统，账号治理繁琐。
  因为以上种种原因，所以决定将该架构进行一次重构。

基于 PostgreSQL 审计和权限控制系统

后期筹备

性能需要

1. 不对 PostgreSQL 数据库做变更或者侵入较小。
2. 反对 RBAC 权限管制。
3. 应用 LDAP 作为 RBAC 中的角色和用户认证零碎。
4. 有审计性能。
5. 有 SQL 过滤的性能。

6. 易于应用和治理。

   工具调研

因为目前市面上次要数据库应用 MySQL 居多，而 PostgreSQL 应用的较少，扩大工具方面的材料绝对较少。
目前找到的可行的计划是 PostgreSQL 自身的 LDAP 性能 + pgAudit 组合来达到权限和审计性能。
该计划可实现的性能包含:

• 基于 LDAP 的用户和角色认证。
• 基于 pgAudit 的日志审计性能。
  该计划存在的问题:
• 须要操作 PostgreSQL 自身，对 PostgreSQL 自身有肯定的侵入性。
• 各个 PostgreSQL 实例的治理还是割裂的状态。
• 前期性能扩展性不强。
  因为该计划每个 PostgreSQL 实例的治理还是割裂的状态，当实例过多时仍会带来治理的简单，对于不反对公网的实例仍需在 PostgreSQL 实例前端搭建一个 Proxy 程序来做流量转发的工作。
  基于以上艰难，决定本人开发一个 PostgreSQL 的审计和权限控制系统。

数据库审计零碎设计与实现

程序架构设计

整体架构较为简单，整个零碎的外围为 Server 端和 Proxy 端。
Server 端须要实现与 PostgreSQL 客户端通过某些认证形式建设连贯，并将用户发来的申请进行解决，并通过一些模块来扩大性能，例如：
登录和权限通过 Auth 模块来解决，Auth 前面接入 LDAP 模块来进行用户的登录和权限认证。
Audit 模块记录用户的申请信息，并将用户的行为格式化后输入到日志和其余零碎中作为审计记录。
Filter 模块监测用户的申请，例如能够对 drop database 等语句禁止执行，后端能够对接其余零碎进行动态控制。
Proxy 端则次要通过 PostgreSQL 的零碎用户与 PostgreSQL 数据库建设连贯，作为 Server 端和 PostgreSQL 数据库之间沟通的桥梁。
所以零碎的外围为 Server 端和 Proxy 端的实现，当这两块实现后咱们就能够在此上做扩大，减少不同的性能。

Server 和 Proxy 实现

这里仿佛只有找到 PostgreSQL Server 和 Client 的包而后做一次封装后就差不多能够实现 Server 和 Proxy 了。
然而真正问题的是网上找了一圈没发现有实现 PostgreSQL 服务端的示例，也没找到官网的包。只在 PostgreSQL 官网文档中找到了前后端的通信协议。
最初只能本人实现 PostgreSQL 的前后端。
PostgreSQL 前后端交互的外围为通信协议和会话过程这两局部，上面次要进行这两块的解说。

PostgreSQL 前后端通信协议

这里介绍一下我集体去理解 PostgreSQL 通信协议的办法。
首先是官网文档中对于 PostgreSQL 前后端协定。
查看 PostgreSQL 的客户端源码进行剖析和 Debug，并通过 Wireshark 进行抓包。这里次要查看的客户端为 psycopg2，node-postgres，go-pg，这里发现 psycopg2 其实是封装了 libpq 这个官网库，没有更多的对于协定的细节，帮忙不大。然而发现 go-pg 和 node-postgres 是本人做了客户端协定，通过源码能够明确数据包内容的提取办法和协定格局。
PostgreSQL 前后端协定格局中，咱们次要介绍如下两种，这两种弄懂后，其余格局其实大同小异。
第一种比拟非凡的 StartupMessage 音讯格局为客户端发送的第一条正式音讯。

第二种为一般音讯类型也是 PostgreSQL 前后端交互的次要音讯格局。

协定字段阐明:
内容的长度 标记了这个数据包中音讯的长度（包含本身），大部分协定格局中都有这个字段，绝大部分长度为 4 Byte，类型为 Int32。这里须要留神的是局部协定格局中的长度不是 4 Byte。
StartupMessage 协定的版本信息 标记客户端申请应用的协定版本，其中前 16bits 为 Major Version，后 16bits 为 Minor Version。
音讯类型 标记本条音讯的类型，在大部分音讯中为第一个字节，Char 类型，例如
‘R’ 为服务端的认证音讯类型。
‘p’ 为客户端的认证信息。
‘Q’ 为客户端的简略查问音讯类型。
音讯主体内容 音讯类型中的主体内容。依据不同的音讯类型，须要不同的解析形式，上面会次要介绍 StartupMessage 和 音讯类型(‘R’) 中的主体内容格局，其余音讯类型请查看官网文档。

StartupMessage 音讯
为客户端发送的第一次的音讯格局，用于标记客户端的一些信息。
数据类型为 String，应用 key/value 格局，应用 0 做宰割符，次要字段有 user database，如下:

user\x00xiaoming\x00database\x00hello\x00application_name\x00navicat…

音讯类型 (’R‘)
是服务端发送到客户端的一种音讯格局，用于告诉客户端的认证形式。
主体音讯 中前四位应用 Int32，标记认证格局，局部含意如下。

• 0 示意认证胜利。
• 2 指定应用 Kerberos V5 认证形式。
• 3 指定明文明码认证形式。
• 5 指定须要 MD5 加密的明码认证形式，其中主体音讯的 4-7 位为加密的 SALT 值，加密过程如下。

password = 'md5' + string(md5(md5(USERNAME+PASSWORD) + string(SALT)))

PostgreSQL 前后端会话过程
通过下面的介绍，咱们大抵对协定格局有了一些理解，上面内容介绍一下 PostgreSQL 的会话过程，同样先放一张图，而后咱们再来进行阐明。

如图，咱们能够将一个前后端会话过程概括为如下四个阶段：

1. 建设连贯
   次要为建设 TCP 网络连接申请过程，如果启用 SSL，则客户端须要发送一条蕴含 SSL Requests 信息的 TCP 申请。
   SSL Requests 内容为
   []byte{0, 0, 0, 8, 4, 210, 22, 47}
2. 认证阶段
   该阶段次要为用户登录的认证阶段，次要过程如下。
   客户端发送一条蕴含用户名，数据库等信息 StartupMessage 的音讯。
   服务端发送一条蕴含认证形式的 ‘R’ 格局音讯。
   客户端依据认证形式发送一条蕴含认证信息的 ‘p’ 音讯进行验证。
   服务端依据认证信息进行认证，依据认证后果进行回复，如 ‘R’ 的认证胜利格局音讯。
3. 会话阶段
   认证通过后前后端开始进入会话进行 SQL 的申请操作。
   这时客户端会发送例如 ‘Q’ 和 ‘P’ 等格局音讯的 SQL 申请，服务端进行应答。
4. 完结会话
   客户端发送一条 ‘X’ 的 Close 申请后，进入 SSL/TCP 挥手阶段。

[]byte{'X', '\x00', '\x00', '\x00', '\x04'}

数据库审计零碎的会话流程

通过上一节介绍的 PostgreSQL 前后端通信协议格局 和 前后端的会话过程 咱们对 Server 和 Proxy 端的开发曾经不存在阻碍了，上面我会简略的介绍一下数据库审计零碎的会话流程，同样还是先放一张图。

整个数据库审计零碎的解决流程大体如下:

1. PostgreSQL 客户端建设与零碎的 TCP 连贯。
2. 零碎告诉 PostgreSQL 客户端应用 SSL 连贯。
3. PostgreSQL 客户端开始与零碎建设 SSL 连贯。
4. 连贯建设后，所有的客户端数据都会先通过 Parser 模块进行音讯解析。
5. 如果发现客户端没有登录，那么零碎会走到认证过程进行登录认证。
6. 认证通过后零碎中的 Proxy 模块会与 PostgreSQL 服务端进行连贯建设，并实现认证过程。
7. 后续客户端的申请通过 Parser 解析后会进行认证信息校验。
8. 认证信息校验通过后，申请会进入到 Filter 模块进行 SQL 的过滤。
9. Filter 过滤后，将申请通过 Proxy 模块转发到 PostgreSQL 服务端上。
10. 服务端返回的信息达到 Proxy 后，数据在转回 Server 模块将音讯发回 PostgreSQL 客户端。
11. 当会话达到超时或者 PostgreSQL 客户端发动敞开申请等状态，则进入到敞开会话阶段。
12. 最初敞开会话，敞开 TCP/SSL 会话。
    通过下面的介绍，咱们能够晓得数据库审计零碎的外围还是在于 PostgreSQL 的前后端协定和会话过程，其余性能绝对比较简单，所以对于零碎更多的细节介绍这里不在开展。

总结

目前该零碎曾经稳固运行了一年多的工夫，通过这段时间的应用能够确认该零碎达到了当初的设计指标，齐全满足了目前的应用场景，并且大大加重了日常中对于数据库治理的相干工作，并且因为没有对 PostgreSQL 数据库做任何方面的改变，从而没有对线上的业务产生任何影响。

参考

https://www.postgresql.org/do…

https://github.com/go-pg/pg

https://github.com/psycopg/ps…

https://github.com/brianc/nod…

作者：邢建辉

GrowingIO 运维开发工程师，次要负责平台化，自动化方向的设计与开发。

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