セキュリティで保護されたエンクレーブを使用する Always Encrypted

適用対象: SQL Server 2019 (15.x) 以降 - Windows のみ Azure SQL データベース

セキュリティで保護されたエンクレーブを使用する Always Encrypted では、インプレース暗号化と豊富な機密クエリを有効にすることで、Always Encrypted の機密コンピューティング機能が拡張されます。 セキュリティで保護されたエンクレーブを使用した Always Encrypted は、SQL Server 2019 (15.x) 以降と Azure SQL Database で使用できます。

2015年に Azure SQL データベースで、また SQL Server 2016 (13.x) で導入された Always Encrypted により、機密データの秘密保持が、マルウェアや、次のような高い特権を持つ承認されていないユーザーから保護されます: データベース管理者 (DBA)、コンピューター管理者、クラウド管理者、またはサーバー インスタンスやハードウェアなどに対する正当なアクセス権を持ってはいるが、実際のデータの一部またはすべてにアクセスすべきではないユーザー。

この記事で説明されている機能強化を設定しないと、Always Encrypted では、クライアント側でデータを暗号化し、データまたは対応する暗号化キーがデータベース エンジン内でプレーンテキストで表示 "されない" ようにすることで、データが保護されます。 その結果、データベース内の暗号化された列に対する機能が大幅に制限されます。 暗号化されたデータに対してデータベース エンジンで実行できる操作は、等価比較のみです (決定論的暗号化でのみ使用できます)。 暗号化操作 (最初のデータ暗号化や、キーのローテーション) や高度なクエリ (パターン マッチングなど) などの他のすべての操作は、データベース内ではサポートされていません。 ユーザーがクライアント側でこのような操作を実行するには、データベースの外部にデータを移動する必要があります。

"セキュリティで保護されたエンクレーブ" が設定された Always Encrypted では、サーバー側のセキュリティで保護されたエンクレーブ内でプレーンテキストに対する一部の計算を許可することにより、このような制限に対応しています。 セキュリティで保護されたエンクレーブは、データベース エンジン プロセス内のメモリの保護された領域です。 セキュリティで保護されたエンクレーブは、データベース エンジンの他の部分や、ホスティング マシン上の他のプロセスからは、不透明なボックスとして認識されます。 デバッガーを使用しても、外部からエンクレーブ内のデータやコードを表示する方法はありません。 これらの特徴により、セキュリティで保護されたエンクレーブは "高信頼実行環境" になり、データの機密性を損なうことなく、プレーンテキストで暗号化キーと機密データに安全にアクセスできます。

Always Encrypted は、次の図のようにセキュリティで保護されたエンクレーブを使用します。

アプリケーションによって送信された Transact-SQL ステートメントを解析するときは、データベース エンジンにより、セキュリティで保護されたエンクレーブを使用する必要がある暗号化されたデータに対する操作がステートメントに含まれているかどうかが判断されます。 そのようなステートメントの場合:

• クライアント ドライバーにより、操作に必要な列の暗号化キーが (セキュリティで保護されたチャネルを介して) セキュリティで保護されたエンクレーブに送信され、実行するステートメントが送信されます。

• ステートメントを処理するときは、データベース エンジンにより、暗号化された列に対する暗号化操作または計算が、セキュリティで保護されたエンクレーブに委任されます。 必要に応じて、エンクレーブによりデータが解読され、プレーンテキストで計算が実行されます。

ステートメントの処理の間、データと列暗号化キーのどちらも、セキュリティで保護されたエンクレーブの外部にあるデータベース エンジンにおいて、プレーンテキストで公開されることはありません。

サポートされるクライアント ドライバー

セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted を使用するには、アプリケーションでこの機能をサポートするクライアント ドライバーを使用する必要があります。 エンクレーブの計算とエンクレーブの構成証明が有効になるように、アプリケーションとクライアント ドライバーを構成します (以下の「セキュリティで保護されたエンクレーブの構成証明」セクションを参照してください)。 サポートされているクライアント ドライバーの一覧などの詳細については、「Always Encrypted を使用したアプリケーションの開発」を参照してください。

サポートされているエンクレーブ テクノロジ

Always Encrypted では、次のエンクレーブ テクノロジ (またはエンクレーブの種類) がサポートされています。

• 仮想化ベースのセキュリティ (VBS) エンクレーブ (仮想セキュア モード (VSM) エンクレーブとも呼ばれます) - Windows ハイパーバイザーに依存するソフトウェアベースのテクノロジ。特別なハードウェアは必要ありません。
• Intel Software Guard Extensions (SGX) - ハードウェア ベースの高信頼実行環境テクノロジ。

データベースで使用できるエンクレーブの種類は、データベースをホストする SQL 製品 (Azure SQL Database と SQL Server) および (Azure SQL Database の場合) データベースの構成によって異なります。

• SQL Server 2019 (15.x) 以降では、Always Encrypted で VBS エンクレーブがサポートされています。 (Intel SGX エンクレーブはサポートされていません)。

• Azure SQL Database では、データベースが実行するように構成されているハードウェアに応じて、Intel SGX エンクレーブまたは VBS エンクレーブを使用できます。

  • DC シリーズ ハードウェア構成 (仮想コア購入モデルで使用可能) を使用するデータベースでは、Intel SGX エンクレーブが使用されます。
  • 仮想コア購入モデルで DC シリーズ以外の構成を使用するデータベースと、DTU 購入モデルを使用するデータベースは、VBS エンクレーブを使用するように構成できます。

  Note

  VBS エンクレーブは、Jio インド中部を除くすべての Azure SQL Database リージョンで利用可能です。

各エンクレーブの種類で提供されるレベル保護の重要な情報については、「セキュリティに関する考慮事項」セクションを参照してください。

セキュリティで保護されたエンクレーブの構成証明

エンクレーブ構成証明は、悪意のある管理者によるエンクレーブ コードまたはその環境の改ざんを伴う攻撃の検出に役立つ多層防御メカニズムです。

エンクレーブ構成証明を使用すると、アプリケーションが機密データの処理にエンクレーブを使用する前に、クライアント アプリケーションがアプリケーションは接続されるデータベースのセキュリティで保護されたエンクレーブとの信頼を確立できます。 構成証明ワークフローは、エンクレーブが正規の VBS または Intel SGX エンクレーブであることと、その中で実行されているコードが Always Encrypted 用の正規の Microsoft 署名済みエンクレーブ ライブラリであることを確認します。 構成証明中、アプリケーション内のクライアント ドライバーとデータベース エンジンの両方が、クライアント指定のエンドポイントを使用して外部構成証明サービスと通信します。

Always Encrypted では、次の 2 つの構成証明サービスのいずれかを使用できます。

• Microsoft Azure Attestation - クラウドベースの構成証明ソリューション。
• Windows Defender System Guard ランタイム構成証明を実装するホスト ガーディアン サービス (HGS)。

セキュリティで保護されたアプリケーションのエンクレーブを使用して Always Encrypted を有効にするには、アプリケーションのクライアント ドライバーの構成で構成証明プロトコルを設定する必要があります。 構成証明プロトコルの値は、1) クライアント アプリが構成証明を使用するかどうかを決定し、使用する場合は 2) 構成証明サービスの種類を指定します。 以下の表は、有効な SQL 製品とエンクレーブの種類の組み合わせでサポートされている構成証明プロトコルを示しています。

次のような重要な点があります。

• SQL Server 2019 (15.x) 以降で VBS エンクレーブの構成証明をするには、HGS が必要です。 構成証明なしで VBS エンクレーブを使用することもできます (最新のクライアント ドライバーが必要です)。
• Azure SQL Database の (DC シリーズ データベースの) Intel SGX エンクレーブでは、構成証明が必須であり、Microsoft Azure Attestation が必要です。
• Azure SQL Database の VBS エンクレーブでは、構成証明はサポートされません。

詳細については、以下を参照してください:

• ホスト ガーディアン サービスの構成証明の計画。
• Azure SQL Database での Intel SGX エンクレーブと構成証明の計画

用語

エンクレーブ対応キー

セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted では、エンクレーブ対応キーの概念が導入されました。

• エンクレーブ対応の列マスター キー - データベース内の列 master キー メタデータ オブジェクトで ENCLAVE_COMPUTATIONS プロパティが指定されている列 master キー。 列 master キー メタデータ オブジェクトには、メタデータ プロパティの有効な署名も含める必要があります。 詳細については、「CREATE COLUMN MASTER KEY (Transact-SQL)」を参照してください
• エンクレーブ対応列暗号化キー - エンクレーブ対応列 master キーで暗号化された列暗号化キーです。 セキュリティで保護されたエンクレーブ内での計算に使用できるのは、エンクレーブ対応の列暗号化キーだけです。

詳細については、「セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted のキーの管理」を参照してください。

エンクレーブ対応列

エンクレーブ対応列は、エンクレーブ対応列暗号化キーを使用して暗号化されたデータベース列です。

エンクレーブ対応列のための機密コンピューティング機能

セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted の 2 つの主な利点は、インプレース暗号化と豊富な機密クエリです。

インプレース暗号化

インプレース暗号化を使用すると、データをデータベースの外部に移動することなく、セキュリティで保護されたエンクレーブ内でデータベース列の暗号化操作を行うことができます。 インプレース暗号化により、暗号化操作のパフォーマンスと信頼性が向上します。 インプレース暗号化は、ALTER TABLE (Transact-SQL) ステートメントを使用して実行できます。

インプレースでサポートされる暗号化操作は次のとおりです。

• エンクレーブ対応の列暗号化キーによるプレーンテキストの列の暗号化。
• 次のことを目的とする、暗号化されたエンクレーブ対応列の再暗号化:
  • 列暗号化キーのローテーション - 新しいエンクレーブ対応列暗号化キーを使用して列を再暗号化します。
  • エンクレーブ対応列の暗号化の種類の変更 (たとえば、決定論的からランダム化に)。
• エンクレーブ対応列に格納されているデータの解読 (列からプレーンテキスト列への変換)。

暗号化操作に含まれる列暗号化キーがエンクレーブ対応である限り、決定論的とランダム化の両方の暗号化で、インプレース暗号化を使用できます。

機密クエリ

機密クエリは、セキュリティで保護されたエンクレーブ内で実行されるエンクレーブ対応列の操作を伴う DML クエリです。

セキュリティで保護されたエンクレーブでサポートされる操作は次のとおりです。

詳細については、「セキュリティで保護されたエンクレーブを使用して Transact-SQL ステートメントを実行する」を参照してください。

エンクレーブ対応列でのインデックス

ランダム化された暗号化を使用してエンクレーブ対応列で非クラスター化インデックスを作成することにより、セキュリティで保護されたエンクレーブを使用する機密 DML クエリの実行を高速化できます。

ランダム化された暗号化を使用して暗号化された列のインデックスで、機密データが漏えいしないようにするため、インデックス データ構造 (B ツリー) 内のキーの値は、プレーンテキストの値に基づいて暗号化され、並べ替えられます。 プレーンテキスト値による並べ替えは、エンクレーブ内でのクエリの処理にも役立ちます。 データベース エンジン内のクエリ Executor では、エンクレーブ内での計算のために暗号化された列のインデックスが使われるときに、インデックスを検索して列に格納されている特定の値が探索されます。 各検索には、複数の比較が含まれる場合があります。 クエリ Executor では各比較がエンクレーブにデリゲートされ、エンクレーブでは列に格納されている値と比較対象の暗号化されたインデックス キーの値が復号化されて、プレーンテキストで比較が実行された後、比較の結果が Executor に返されます。

ランダム化された暗号化を使用し、エンクレーブ対応ではない列でのインデックスの作成は、やはりサポートされていません。

決定論的な暗号化を使用する列でのインデックスは、列がエンクレーブ対応かどうかに関係なく、(プレーンテキストではなく) 暗号化テキストに基づいて並べ替えられます。

詳細については、「セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted を使用する列でインデックスを作成して使用する」を参照してください。 データベース エンジンでのインデックス作成のしくみに関する一般的な情報については、「クラスター化インデックスと非クラスター化インデックスの概念」の記事を参照してください。

データベースの回復

SQL Server のインスタンスで障害が発生した場合、そのデータベースは、完了しなかったトランザクションによる変更がデータ ファイルに含まれ状態のままになる可能性があります。 インスタンスが起動されると、データベース復旧と呼ばれるプロセスが実行されます。このプロセスでは、トランザクション ログで見つかったすべての未完了のトランザクションがロールバックされて、データベースの整合性が保持されます。 未完了のトランザクションによってインデックスの変更が行われた場合、それらの変更も元に戻す必要があります。 たとえば、インデックス内の一部のキー値は、削除するか、再挿入する必要があります。

従来のデータベース復旧プロセス (ARIES 復旧モデルに従うもの) では、インデックスに対する変更を元に戻すには、アプリケーションが列の列暗号化キーをエンクレーブに提供するまで SQL Server は待機する必要があり、長くかかることがあります。 高速データベース復旧 (ADR) を使用すると、エンクレーブ内のキャッシュで列暗号化キーを使用できないために遅延する必要がある元に戻す操作の数が、劇的に減少します。 その結果、新しいトランザクションがブロックされる可能性が最小限になり、データベースの可用性が大幅に向上します。 ADR を有効にしても、SQL Server では依然として古いデータ バージョンのクリーンアップを完了するために列暗号化キーが必要になる場合がありますが、データベースまたはユーザーのトランザクションの可用性に影響を与えないバックグラウンド タスクとして行われます。 列暗号化キーがないためにクリーンアップ操作が失敗したことを示すエラー メッセージが、エラー ログに記録されることがあります。

セキュリティに関する考慮事項

セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted に対しては、次のセキュリティに関する考慮事項が適用されます。

• VBS エンクレーブは、VM 内の攻撃からデータを保護するのに役立ちます。 ただし、ホストからの特権システム アカウントを使用した攻撃からは保護されません。 Intel SGX エンクレーブは、ゲスト OS とホスト OS の両方から発生した攻撃からデータを保護します。
• エンクレーブ構成証明の使用は、お使いの環境で利用できる場合や、データベースをホストしているコンピューターへの OS レベルの管理者アクセス権を持つユーザーによる攻撃からのデータ保護に懸念がある場合にお勧めします。 構成証明を使用する場合は、構成証明サービスとその構成が信頼できる管理者によって管理されていることを確認する必要があります。 また、両方の構成証明サービスではさまざまなポリシーと構成証明モードが提供されており、その中には、エンクレーブとその環境の最小限の検証を実行する、テストと開発用に設計されたものもあります。 ご利用の構成証明サービスに固有のガイドラインに厳密に従って、運用環境の配置には必ず推奨される構成とポリシーを使うようにしてください。
• エンクレーブ対応の列暗号化キーでランダム化された暗号化を使用して列を暗号化すると、列による範囲比較のサポートのため、列に格納されたデータの順序がリークする可能性があります。 たとえば、従業員の給与が含まれる暗号化された列にインデックスがある場合、悪意のある DBA はインデックスをスキャンして暗号化された給与の最大値を検索し、給与が最高の個人を特定できます (ユーザーの名前は暗号化されていないものとします)。
• Always Encrypted を使用して、DBA による不正アクセスから機密データを保護する場合は、列 master キーや列暗号化キーを DBA と共有しないでください。 DBA は、キーに直接アクセスできなくても、エンクレーブ内の列暗号化キーのキャッシュを使用して、暗号化された列のインデックスを管理できます。

ビジネス継続性、ディザスター リカバリー、データ移行に関する考慮事項

セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted を使用するデータベース用に高可用性またはディザスター リカバリー ソリューションを構成するときは、すべてのデータベース レプリカでセキュリティで保護されたエンクレーブを使用できることを確認します。 プライマリ レプリカにはエンクレーブを使用できても、セカンダリ レプリカには使用できない場合、セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted の機能を使用しようとするすべてのステートメントは、フェールオーバー後に失敗します。

セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted を使用してデータベースをコピーまたは移行するときは、ターゲット環境でエンクレーブが常にサポートされていることを確認します。 そうでない場合、エンクレーブを使用するステートメントは、コピーや移行されたデータベースで機能しません。

留意する必要のある具体的な考慮事項をいくつか示します。

• SQL Server

  • Always On 可用性グループを構成するときは、可用性グループ内のデータベースがホストされてい各 SQL Server インスタンスで、セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted がサポートされ、エンクレーブと構成証明が構成されていることを確認します。
  • エンクレーブが構成されていない SQL Server インスタンスで、セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted の機能を使用するデータベースのバックアップ ファイルから復元すると、復元操作は成功し、エンクレーブに依存しないすべての機能が使用可能になります。 しかし、エンクレーブ機能を使用する後続のステートメントは失敗し、ランダム化された暗号化を使用するエンクレーブ対応列のインデックスは無効になります。 エンクレーブが構成されていないインスタンスで、セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted を使用するデータベースをアタッチしたときも、同じようになります。
  • ランダム化された暗号化を使用するエンクレーブ対応列のインデックスがデータベースに含まれる場合は、データベースのバックアップを作成する前に、データベースで高速データベース復旧 (ADR) を有効にします。 ADR では、データベースを復元した後すぐに、インデックスも含めて、データベースを使用できることが保証されます。 詳しくは、「データベース復旧」をご覧ください。

• Azure SQL Database

  • アクティブ geo レプリケーションを構成するとき、セキュリティで保護されたエンクレーブがプライマリ データベースでサポートされている場合は、セカンダリ データベースでもそうであることを確認します。

SQL Server と Azure SQL Database の両方で、bacpac ファイルを使用してデータベースを移行するときは、bacpac ファイルを作成する前に、ランダム化された暗号化を使用するエンクレーブ対応列のすべてのインデックスを削除する必要があります。

既知の制限事項

「エンクレーブ対応列のための機密コンピューティング機能」で説明したように、セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted を使用すると、インプレース暗号化と、インデックスを使用した豊富な機密クエリがサポートされることで、Always Encrypted のいくつかの制限が対処されます。

「制限事項」に記載されている Always Encrypted での他のすべての制限は、セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted にも適用されます。

次の制限事項は、セキュリティで保護されたエンクレーブが設定された Always Encrypted に固有のものです。

• ランダム化された暗号化を使用するエンクレーブ対応の列では、クラスター化インデックスを作成できません。
• ランダム化された暗号化を使用するエンクレーブ対応の列を、主キー列にすることはできず、外部キー制約または一意キー制約によって参照することもできません。
• SQL Server 2019 (15.x) の場合 (この制限は Azure SQL Database や SQL Server 2022 (16.x) には適用されません)、ランダム化された暗号化を使用するエンクレーブ対応列では、入れ子になったループ結合 (可能な場合はインデックスを使用) のみがサポートされます。 異なる製品間のその他の違いについては、「機密クエリ」を参照してください。
• 同じコード ページ内の照合順序および NULL 値の許容の変更を除き、インプレース暗号化操作を、列メタデータの他の変更と組み合わせることはできません。 たとえば、1 つの ALTER TABLE/ALTER COLUMN Transact-SQL ステートメントで列を暗号化、再暗号化、または暗号化解除し、さらに列のデータ型を変更することはできません。 2 つの異なるステートメントを使用します。
• インメモリ テーブルの列にエンクレーブ対応キーを使用することは、サポートされていません。
• 計算列を定義する式では、ランダム化された暗号化を使用してエンクレーブ対応列の計算を実行することはできません (計算が「機密クエリ」に一覧表示されているサポート対象の操作に含まれる場合でも)。
• ランダム化された暗号化を使用するエンクレーブ対応列では、LIKE 演算子のパラメーターでのエスケープ文字はサポートされていません。
• (暗号化の後でラージ オブジェクトになる) 次のデータ型のいずれかを使用するクエリ パラメーターを持つ LIKE 演算子または比較演算子を含むクエリでは、インデックスは無視され、テーブル スキャンが実行されます。
  • nchar[n]、nvarchar[n] (n が 3967 より大きい場合)。
  • char[n]、varchar[n]、binary[n]、varbinary[n] (n が 7935 より大きい場合)。
• ツールの制限事項:
  • エンクレーブ対応列 master キーを格納するためにサポートされるキー ストアは、Windows 証明書ストアと Azure Key Vault のみです。
  • ALTER TABLE/ALTER COLUMN を使用してインプレース暗号化操作をトリガーするには、SSMS または Azure Data Studio でクエリ ウィンドウを使用してステートメントを発行する必要があります。ステートメントを発行する独自のプログラムを作成することもできます。 現時点では、SqlServer PowerShell モジュールの Set-SqlColumnEncryption コマンドレットと SQL Server Management Studio の Always Encrypted ウィザードでは、インプレース暗号化はサポートされていません。 操作に使用される列暗号化キーがエンクレーブ対応の場合でも、暗号化操作のためにデータベースからデータを移動します。
• VBS エンクレーブ対応データベースを復元する場合は、VBS エンクレーブ設定をもう一度再構成することが不可欠です。

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