SQL Server 資料加密完整指南：從內建函數、CryptoAPI 到第三方方案的選型與實作

為什麼要在資料庫層加密？

防禦深度：網路層 (IPSec/SSL)、應用層 (參數化)、資料庫層 (TDE/欄位加密)、儲存層 (EFS/BitLocker)。資料庫層加密確保**即使備份檔、資料檔被竊取，敏感欄位 (身分證、信用卡、密碼雜湊) 仍不可讀**。

方案一：內建雜湊函數 (僅適用密碼驗證，不可逆)

-- 儲存雜湊
DECLARE @pwd NVARCHAR(128) = 'P@ssw0rd';
DECLARE @hash VARBINARY(256) = HASHBYTES('SHA2_256', @pwd); -- SQL 2012+
-- 驗證
IF HASHBYTES('SHA2_256', @input) = @hash PRINT 'Match';

• ✅ 無金鑰管理、效能極佳。
• ❌ 單向、不可解密、不適用需原文場景 (信用卡、身分證)。
• ⚠️ 舊版 PWDENCRYPT/PWDCOMPARE 已棄用、演算法弱、跨版本不相容，嚴禁新專案使用。

方案二：對稱金鑰加密 (資料庫內建，雙向、效能好)

建立金鑰體系

-- 1. 主金鑰 (DMK) - 受服務主金鑰 (SMK) 保護
CREATE MASTER KEY ENCRYPTION BY PASSWORD = 'Str0ngDMKPassword!';

-- 2. 憑證 - 受 DMK 保護
CREATE CERTIFICATE Cert_DataEncryption
WITH SUBJECT = 'Column Encryption Certificate',
EXPIRY_DATE = '2030-12-31';

-- 3. 對稱金鑰 - 受憑證保護
CREATE SYMMETRIC KEY SymKey_Data
WITH ALGORITHM = AES_256
ENCRYPTION BY CERTIFICATE Cert_DataEncryption;

加密/解密操作

-- 加密
OPEN SYMMETRIC KEY SymKey_Data DECRYPTION BY CERTIFICATE Cert_DataEncryption;
DECLARE @plain NVARCHAR(100) = 'A123456789'; -- 身分證
DECLARE @cipher VARBINARY(MAX) = ENCRYPTBYKEY(KEY_GUID('SymKey_Data'), @plain);
CLOSE SYMMETRIC KEY SymKey_Data;
-- 將 @cipher 存入 VARBINARY 欄位

-- 解密
OPEN SYMMETRIC KEY SymKey_Data DECRYPTION BY CERTIFICATE Cert_DataEncryption;
SELECT CONVERT(NVARCHAR(100), DECRYPTBYKEY(CipherCol)) AS PlainText FROM SensitiveTable;
CLOSE SYMMETRIC KEY SymKey_Data;

優缺點

方案三：非對稱金鑰 / 憑證加密 (公開金鑰加密、私鑰解密)

-- 加密 (公開金鑰，可在前端/應用層執行)
DECLARE @cipher VARBINARY(MAX) = ENCRYPTBYCERT(CERT_ID('Cert_DataEncryption'), @plain);
-- 解密 (私鑰，需開啟憑證私鑰存取)
SELECT CONVERT(NVARCHAR(100), DECRYPTBYCERT(CERT_ID('Cert_DataEncryption'), CipherCol, N'CertPrivateKeyPwd'));

• 適用：應用層加密、資料庫只解密；或跨系統傳遞加密資料。
• 效能較對稱金鑰慢 10~100 倍，**不適合大量資料**。

方案四：Always Encrypted (SQL 2016+ / Azure SQL) — 客戶端加密，資料庫不可見

• 金鑰儲存於 **客戶端 (Windows Certificate Store / Azure Key Vault / HSM)**，資料庫僅存密文。
• 驅動程式 (ODBC/JDBC/ADO.NET) 自動透明加解密，應用程式幾乎無感。
• 支援確定性加密 (可索引、JOIN、GROUP BY) 與隨機加密 (最高安全性)。
• 限制：不支援 Like、範圍查詢、運算式、複雜型別；需應用程式升級驅動程式。

方案五：透明資料庫加密 (TDE) — 檔案層級靜態加密

-- 1. Master Key & Certificate
USE master;
CREATE MASTER KEY ENCRYPTION BY PASSWORD = 'Str0ng!';
CREATE CERTIFICATE TDE_Cert WITH SUBJECT = 'TDE Certificate';

-- 2. 資料庫加密金鑰 (DEK)
USE TargetDB;
CREATE DATABASE ENCRYPTION KEY
WITH ALGORITHM = AES_256
ENCRYPTION BY SERVER CERTIFICATE TDE_Cert;

-- 3. 啟用 TDE
ALTER DATABASE TargetDB SET ENCRYPTION ON;

• ✅ 零應用程式變更、備份/記錄檔/Tempdb 同步加密、符合合規 (PCI DSS、GDPR)。
• ❌ 不保護記憶體中資料、不防禦 DBA/系統管理員、CPU 額外開銷 ~1-3%。

方案六：第三方擴充套件 (XP_CRYPT、ASPEncrypt、自定義 CLR)

• XP_CRYPT (ActiveCrypt)： 擴充預存程序，支援 DES/3DES/AES/RSA/MD5/SHA，免費版有長度限制。
• ASPEncrypt (Persits Software)： COM 元件，ASP/ASP.NET 傳統應用常用。
• CLR 整合： 將 .NET `System.Security.Cryptography` 封裝為 UDF/預存程序，彈性最高、效能佳，需啟用 `clr enabled`。

金鑰管理生命週期 (關鍵!)

1. 備份： BACKUP MASTER KEY, BACKUP CERTIFICATE ... WITH PRIVATE KEY, BACKUP SYMMETRIC KEY 至離線加密儲存。
2. 輪換： 定期 (年/半年) 產生新金鑰，分批 `DECRYPTBYKEY` + `ENCRYPTBYKEY` 重新加密，舊金鑰保留解密舊備份用。
3. 撤銷： 憑證過期自動失效；對稱金鑰需應用層協調停用。
4. 稽核： 記錄所有 `OPEN/CLOSE KEY`、`ENCRYPTBY*`、`DECRYPTBY*` 呼叫 (Extended Events)。

選型決策矩陣