数据中台实战(11)-数据中台的数据安全解决方案

0 微盟删库跑路

除了快、准和省，数据中台须安全，避免“微盟删库跑路”。

2020年2月23日19点，国内最大精准营销服务商微盟出现大面积系统故障，旗下300万商户线上业务全停，商铺后台所有数据被清。始作俑者是一位运维，在生产环境数据库删库，而刚上市不久的微盟就因此遭受巨大的损失，2月23日宕机以来，市值蒸发30亿港元。最贵的安全事件。数据中台咋防止类似事件？

• 如何解决数据误删除
• 如何解决敏感数据泄露
• 如何解决开发和生产物理隔离

1 数据备份与恢复

数据中台的数据几乎都存储在HDFS，即使实时数据（存储于Kafka），也会归档HDFS，因为要保存历史数据进行回算或补数据。所以核心问题是HDFS数据备份。

HDFS数据备份可基于HDFS 快照 + DistCp + EC实现。

分为两个集群：

• 线上集群
  数据加工任务访问
  
• 冷备集群
  考虑存储成本，采用EC存储
  

存储采用HDFS默认的3副本。

EC存储原理图

EC存储基本原理

Hadoop3.x正式引入EC存储，一种基于纠删码实现的数据容错机制，通过将数据分块，然后基于算法计算一些冗余校验块，当其中一部分数据块丢失时，可通过这些冗余校验块和剩余数据块，恢复丢失数据块。

案例

如有三个数据块，分别存储1、2和3。担心其中一个数据块坏了，丢失内容。所以增加一个块，这块存储内容是前面三个数据块之和。若任一数据块坏了，可根据现有数据块计算出丢失的数据块内容。

如1丢失，可根据6-3-2计算出1，当然这只是最简单EC算法，只能容忍一个数据块丢失，实际EC算法更复杂。

EC存储，在不降低可靠性前提下（与HDFS 3副本可靠性相同），通过牺牲一定计算性能（计算校验块消耗额外计算资源），将数据存储成本降低一半，适合低频访问的冷数据存储，如备份数据。

线上集群的数据同步到冷备集群

先了解快照基本原理，才能理解后续的数据同步。

Hadoop 2.x支持对某文件或目录创建快照，几s内完成一个快照操作。快照前，先要对某目录或文件启用快照，此时对应目录下会生成.snapshot文件夹：

上图对/helloword目录启用快照，然后创建一个s1的备份。此时，在.snapshot下存在s1文件。然后删除/helloword/animal/lion文件时，HDFS会在animal目录创建differ文件，并把diifer文件关联到s1备份，最后把lion文件移动到differ目录下。

HDFS快照实际只记录了产生快照时刻之后的，所有的文件和目录的变化，适合每天只有少数文件被更新的数据中台，代价和成本也低。

有了快照后，就要把快照拷贝到冷备集群，这里选择Hadoop自带的DistCp，因为它支持增量数据的同步。它有differ参数，可对比两个快照，仅拷贝增量数据。同时，DistCp是基于MapReduce框架实现的数据同步工具，可充分利用Hadoop分布式计算的能力，保证数据拷贝性能。

数据从线上集群拷贝到冷备集群

首先，对于第一次开始数据备份的文件，我们会先创建一个快照，然后利用DistCp 拷贝全量的备份数据到冷备集群。然后后续的每一天，我们都会定时生成一个快照，并和前一天的快照基于distcp --differ 参数进行对比，将有更新的部分再同步到冷备集群。同步完成以后，会删除前一天的快照，这样就完成了每日数据的增量同步。

这里需要特别注意的是，拷贝数据会对线上I/O 产生比较大的压力，所以尽量在任务运行的低峰期进行同步（比如白天12点到晚上24点之间的时间），同时DistCp的bandwidth参数可以限制同步的速率，你可以根据I/O 负载和数据同步速率，动态调整。比如说，I/O 利用率100%，应该限制数据拷贝带宽，为10MB/s。

数据中台中文件目录的备份光这些还不够，还要备份数据的产出任务，表相关的信息：

• 任务的备份，要保存任务代码、任务的依赖关系、任务调度配置及任务告警、稽核监控等信息
• 表的备份主要是备份表的创建语句

网易提供产品化解决方案，数据开发可在提供的数据管理平台，选择一张表，创建备份，然后系统自动完成任务、文件和表的备份。平台也提供一键恢复功能，系统自动帮数据开发创建任务和表，拷贝数据从冷备集群到线上集群。

什么样数据应备份？

数据的备份策略应和数据资产等级打通，对核心数据资产，数据中台应强制备份。

假如数据没备份，但误删除，还有补救方法？ 试下这机制：

2 垃圾回收箱设计

HDFS本身提供垃圾回收站功能，意外删除的文件可在指定时间内进行恢复。

Core-site.xml添加如下配置开启，默认关闭：

<property>  
      <name>fs.trash.interval</name>  
      <value>1440</value>  
</property>  

当HDFS一旦开启GC功能，用户通过命令行执行rm时，HDFS会将文件移到

/user/[用户名]/.trash/current/

目录。这目录下文件会在fs.trash.interval配置时间过期后，被系统自动删除。需恢复文件时，只需把

/user/[用户名]/.trash/current/

被删除文件移到要恢复的目录。

2.1 HDFS垃圾回收机制缺陷

只支持通过命令行执行rm，对在代码中通过HDFS API调用Delete接口时，会直接删除文件，GC机制并不生效。尤其Hive中执行drop table删除一个Hive内表，此时删除的数据文件并不会进入trash目录，巨大安全隐患。

改造后的HDFS回收站原理图：

推荐对HDFS的Client修改，对Delete API通过配置项控制，改成跟rm相同语义。即把文件移到trash目录。对Hive上的HDFS Client进行替换，确保用户通过drop table删除表和数据时，数据文件能正常进入HDFS trash目录。

这样，即可解决数据误删问题。但HDFS回收站不宜保留时间过长，因为回收站中的数据还是三副本配置，会占用过多存储空间。所以配合解决方案：回收站保留24h内数据，解决数据还没来得及被同步到冷备集群，误删除的情况。

对一天以上数据恢复，建议采取基于冷备集群的数据备份来恢复。

3 精细化的权限管理

避免敏感数据泄露。数据权限是数据中台实现数据复用的前提和必要条件。若刚开始系统没开启权限，后期接入权限，任务改造成本很高，几乎涉及所有任务。权限问题，在数据中台构建之初，须提前规划好。

数据中台支撑技术体系基于OpenLDAP + Kerberos + Ranger 实现的一体化用户、认证、权限管理体系。

数据中台用户、认证、权限系统架构：

如有几千台机器，却没个统一的用户管理服务，当想添加一个用户，需到几千台服务器创建初始化用户，OpenLDAP解决了这问题。轻量化的目录服务，数据以树型结构存储，提供高性能查询服务，适合用户管理。

OpenLDAP 树型目录架构示意图

在OpenLDAP中，可创建用户（User）和组(Group)，对于每个用户，会有唯一的uid，对于每个组，通过Memberuid，我们可以添加一个用户到一个组中。

大数据平台上注册一个用户，平台会自动生成一个OpenLDAP用户，当该用户加入某项目，会将该项目对应的Group下增加一个Memberuid。假设大漂亮加入da_music项目，da_music的Group下会增加Memberuid:1002。

Hadoop和OpenLDAP集成

Hadoop可使用LdapGroupsMappings同步LDAP创建的用户和用户组，在LDAP中添加用户和组时，会自动同步到Hadoop集群内的所有机器。

非安全网络中，除了客户端要证明自己是谁，对于服务端而言，同样也需要证明我是我。为实现双向认证，生产环境启用安全等级最高的基于共享密钥实现的Kerberos认证。

Kerberos认证原理

进游乐场，先要身份证实名购买与你身份绑定的门票。每个游乐设施前都有票据授权机器，刷门票，授权机器会生成该游乐设施的票据，就可玩这游乐设施。

想玩另外一个游乐设施，也要刷门票，生成对应游乐设施票据。门票有效期内尽情玩游乐设施，一旦超期，需重新购买门票。

Kerberos 认证原理

TGT（Ticket-granting ticket）可看作门票，Client首先使用自己的密钥文件Keytab和用户标识Principal去认证服务器（AS）购买TGT，认证服务器确认是合法的用户，Client会获得TGT，而这个TGT使用了TGS（Ticket-granting service）的Keytab加密，所以Client是没办法伪造的。

在访问每个Server前，Client需要去票据授权服务（TGS）刷一下TGT，获取每个服务的票据（ST），ST使用了Client要访问的Server的Keytab加密，里面包含了TGS 认证的用户信息，Client是无法伪造ST的。

最后基于每个服务的票据，以及客户端自己生成的加密客户认证信息（Autenticator）访问每个服务。每个Server都有归属于自己的Keytab，Server只有使用Server自己的Keytab才能解密票据（ST），这就避免了Client传给了错误的Server。

与此同时，解密后票据中包含TGS认证的客户信息，通过与Authenticator 中Client生成的客户信息进行对比，如果是一致的，就认为Client是认证通过的。

Hadoop中使用Kinit 工具完成TGT的获取，TGT 一般保存24小时内。Kerberos对Hadoop集群来说，是一个非常安全的认证实现机制。

Kerberos 使用的是Principal标识用户的，它又是

怎么和OpenLDAP中的用户打通的呢？

我们访问HDFS，使用Principal，Hadoop可通过配置hadoop.security.auth_to_local，将Principal映射为系统中的OpenLDAP的的用户。用户注册时，平台会为每一个新注册的用户生成Principal以及相对应的Keytab文件。

认证完成后，要解决哪些客户可以访问哪些数据的问题。使用Ranger解决权限管理。

因为Ranger 提供了细粒度的权限控制（Hive列级别），基于策略的访问控制机制，支持丰富的组件以及与Kerberos的良好集成。权限管理的本质，可以抽象成一个模型：“用户-资源-权限”。

数据就是资源，权限的本质是解决哪些人对哪些资源有权限。

在Ranger中，保存了很多策略，每一个资源都对应了一条策略，对于每个策略中，包含了很多组许可，每个一个许可标识哪个用户或者组拥有CRUD权限。

讲完了用户、认证和权限实现机制，那你可能会问，权限的申请流程是什么样子的呢?

在数据中台中，每一张表都有对应的负责人，当我们在数据地图中找到我们想要的数据的时候，可以直接申请表的访问权限，然后就会发起一个权限申请的工单。表的负责人可以选择授权或者拒绝申请。申请通过后，就可以基于我们自己的Keytab访问该表了。

由于数据中台中会有一些涉及商业机密的核心数据，所以数据权限要根据数据资产等级，制订不同的授权策略，会涉及到不同的权限审批流程，对于一级机密文件，可能需要数据中台负责人来审批，对于一般的表，只需要表的负责人审批。

4 操作审计机制

进行到第三步，权限控制的时候，其实已经大幅降低了数据泄露的风险了，但是一旦真的出现了数据泄露，我们必须能够追查到到底谁泄露了数据，所以，数据中台必须具备审计的功能。

由于用户每次访问数据，都要对权限进行验证，所以在校验权限的同时，可以获取用户访问表的记录，Ranger支持审计的功能，用户的访问记录会由部署在各个服务（HDFS，HBase等等）上的插件推送到Audit Server上，然后存储在Solr中，Ranger提供了API接口查询表的访问记录。但是必须指出的是，Ranger开启Audit 后，会对服务内的插件性能产生影响。

除了敏感数据泄露的风险，我还看到一些企业想要对开发和生产环境进行物理隔离。为什么企业会有这个诉求呢？

首先，很多传统公司的数据开发都是外包人员，从企业的角度，不希望数据开发直接使用生产环境的数据进行测试，从安全角度，他们希望生产和测试从物理集群上完全隔离，数据脱敏以后，给开发环境进行数据测试。

其次，涉及一些基础设施层面的组件升级（比如HDFS、Yarn、Hive、Spark等），贸然直接在生产环境升级，往往会造成兼容性的事故，所以从安全性的角度，企业需要有灰度环境，而用开发环境承担灰度环境的职能，是一个不错的选择。

最后，虽然可以为生产和开发环境设置不同的库和队列，从而实现隔离，避免开发任务影响线上任务和数据，但会导致任务上线需要改动代码，所以最理想的，还是实现开发和生产环境两套集群，同一套代码，在开发环境对应的就是开发集群，提交上线后，就发布到生产集群。

这些就是企业希望开发和生产集群物理隔离的原因，那我们接下来看一看该如何满足。

5 开发、生产集群物理隔离

两类不同企业群体。

5.1 安全性要求>>效率

传统企业，尤其金融行业，严格禁止数据开发使用线上数据测试，他们希望有两套完全不同环境，包括操作平台，任务在开发环境进行开发，配置任务依赖，设置稽核规则和报警，然后由运维审核后，一键发布到生产环境。

当数据开发要对数据测试时，可同步生产环境的局部数据（部分分区），数据会脱敏。

该模式部署架构

开发、测试环境本身是两套完全独立平台，因为每次数据测试，都要同步生产环境的数据，所以数据开发效率有较大影响，但优势在对数据安全实现最高保护。

很多企业需

5.2 兼顾安全、效率

他们没法接受同步生产环境数据，而是要在开发环境能直接使用线上数据测试。

部署架构

大数据平台和任务调度系统（Azkaban）都是一套，然后Hive、Yarn和HDFS都是两套，两套集群通过Metastore共享元数据。

好处

一个集群的Hive可直接访问另一个集群的数据。在同一Metastore中：

• 开发环境数据在dev库
• 生产环境数据在online库

用户在代码不需指定库，任务执行时，根据运行环境，自动匹配库。如：

• 在开发环境执行，Hive默认用dev库表
• 在生产环境执行，Hive默认用online库表

从而实现不需改代码实现一键发布。

5.3 选型

• 对安全性要求高，推荐第一
• 对效率要求高，同时兼顾一定安全性，推荐第二

6 总结

• 数据备份要兼顾备份性能、成本，推荐EC存储作为备份集群的存储策略
• 数据权限要实现精细化管理，基于OpenLDAP+Kerberos+Ranger可实现一体化用户、认证、权限管理
• 开发、生产环境物理隔离，两种部署模式，权衡效率、安全进行选择

参考

• HDFS EC 存储介绍