通过 TLS 保障 Redis 数据传输安全

Redis，这个我们熟知的开源 Key-Value 数据库，自 2009 年由意大利开发者 Salvatore Sanfilippo 开始开发以来，已经发展成为一个通用的内存数据结构系统，广泛应用于各种程序中。Redis 的值（value）可以是字符串（String）、哈希（Map）、列表（list）、集合（sets）和有序集合（sorted sets）等类型，因此它也被称为数据结构服务器。

然而，在 Redis 的早期版本中，所有的通信都是未加密的，这意味着任何人都可以读取或修改在网络上发送的数据。这在许多情况下都是不可接受的，特别是当 Redis 实例需要通过互联网公开访问时。

为了解决这个问题，Redis 6.0 在 2020 年引入了对 TLS（传输层安全）的支持。TLS 是一种加密协议，用于在不安全的网络上保护通信。通过使用 TLS，Redis 可以确保数据在传输过程中的安全性，防止被窃听或篡改。

这是一个重要的里程碑，因为它使得 Redis 可以在更广泛的环境中使用，包括那些需要高级别安全性的环境。此外，TLS 的引入也使得 Redis 能够满足更严格的合规性要求，例如 PCI DSS 和 HIPAA。

通过 Redis 的 ACL 与 TLS 结合使用，可以提供以下安全保障：

1. 数据加密：TLS 协议可以对 Redis 的数据进行加密，保证数据在传输过程中的安全性。这对于处理敏感信息，如用户密码、信用卡信息等，尤其重要。
2. 身份验证：TLS 还提供了身份验证机制，可以确保 Redis 服务器的身份，防止中间人攻击。
3. 数据完整性：TLS 通过消息摘要算法保证数据在传输过程中的完整性，防止数据被篡改。

如何在 Redis 中启用 TLS

首先，我们需要安装 Redis。在 Ubuntu 系统中，可以使用以下命令安装 Redis：

sudo apt-get update
sudo apt-get install redis-server

安装完成后，我们需要生成 TLS 证书。这可以通过 openssl 命令完成。首先，我们需要创建一个私钥：

openssl genrsa -out redis.key 2048

然后，我们使用这个私钥生成一个自签名证书：

openssl req -new -x509 -days 365 -key redis.key -out redis.crt

接下来，我们需要配置 Redis 以使用这些证书。打开 Redis 配置文件，通常位于 /etc/redis/redis.conf，然后添加以下行：

tls-port 6379
tls-cert-file /path/to/redis.crt
tls-key-file /path/to/redis.key

这里，我们设置 Redis 在 TLS 端口 6379 上监听，并指定了证书和私钥的路径。

最后，我们需要重启 Redis 以应用这些更改：

sudo service redis-server restart

现在，Redis 应该已经在 TLS 端口上运行，并使用我们提供的证书和私钥。你可以使用 redis-cli 工具测试这个设置：

redis-cli --tls --cert /path/to/redis.crt --key /path/to/redis.key

如果一切正常，你应该能够看到一个提示符，表示你已经成功连接到了 Redis 服务器。

应用示例

当我们的应用程序与 Redis 服务器在不同的网络环境中，或者我们的数据非常敏感，需要在传输过程中进行加密。

下面是一个使用 Python 的 redis-py 库通过 TLS 连接到 Redis 服务器的示例代码：

import redis
from redis.connection import SSLConnection

pool = redis.ConnectionPool(
    connection_class=SSLConnection,
    host='your_redis_server',
    port=6379,
    ssl_keyfile='path_to_your_keyfile',
    ssl_certfile='path_to_your_certfile',
    ssl_cert_reqs='required',
    ssl_ca_certs='path_to_your_ca_cert',
)

r = redis.Redis(connection_pool=pool)

r.set('foo', 'bar')
print(r.get('foo'))

在这个示例中，我们首先导入了 redis 库和 SSLConnection 类。然后，我们创建了一个连接池，其中包含了我们的 Redis 服务器的地址和端口，以及我们的 SSL 密钥文件、证书文件和 CA 证书的路径。最后，我们创建了一个 Redis 对象，并使用它来设置和获取一个键值对。

常见问题

在使用 Redis with TLS 时，可能会遇到一些常见的问题。以下是一些可能的问题以及解决方案：

1. TLS 连接失败：这可能是由于证书问题，例如证书过期，证书不被信任，或者证书的主机名与 Redis 服务器的主机名不匹配。解决这个问题的方法是检查和更新你的证书。确保证书是由一个可信任的证书颁发机构签发的，证书的主机名与 Redis 服务器的主机名匹配，且证书没有过期。
2. 性能下降：TLS 加密和解密需要额外的 CPU 资源，这可能会导致性能下降。你可以通过增加服务器的 CPU 资源，或者使用支持硬件加速的 TLS 库来解决这个问题。
3. 客户端不支持 TLS：一些 Redis 客户端可能不支持 TLS。在这种情况下，你需要更新你的客户端库，或者使用一个支持 TLS 的客户端。
4. 配置问题：如果你的 Redis 服务器配置不正确，可能会导致 TLS 无法正常工作。例如，你可能没有正确地设置 tls-port，tls-cert-file，tls-key-file 等参数。你需要检查你的配置文件，并确保所有的 TLS 相关参数都已正确设置。
5. 网络问题：如果你的网络连接不稳定，可能会导致 TLS 连接失败。你需要检查你的网络连接，并确保你的 Redis 服务器可以从网络上正确地访问。

总结

在之前的项目中，笔者也使用过第三方工具给 Redis 通信加密，例如 stunnel。不过从 Redis 6.0 版本开始，Redis 已经原生支持 TLS。这意味着你可以直接在 Redis 中启用 TLS，而无需使用任何第三方工具。这无疑是最方便、最高效的解决方案。