加密原理
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| page data | iv | hmac |
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iv是一段随机数，可以保证每一页的iv值都不一样。和page data一起作用，用于生成hmac值。
sizeof(page data) = page sz - reserved sz
hmac是一段校验和，可以用来检查page data是否损坏。
sizeof(iv + hmac) = reserved sz
加密实现是通过派生后的key+盐值，对原始page加密，生成加密数据。然后通过iv，对加密数据生成校验和hmac值。
Set key / Attach
SQLCipher的实现方式是在读、写page的时候实现的加、解密。通过pragma key和attach流程中可以分别设置key，在这一过程中只是注册了加解密的实现算法、保存了key。在后面的第一次操作中才开始派生key。
pragma key的入口函数是sqlite3Pragma->sqlite3_key_v2，attach的入口函数是attachFunc。
在这两个函数内，实际上都是执行sqlite3CodecAttach操作
int sqlite3CodecAttach(
sqlite3* db,
int nDb, // 数据库数组db->aDb的索引，前两个分别是main和temp，后面的是attach的
const void *zKey, // 密文或者密钥的地址
int nKey // 密钥的长度，如果是密文，这里是-1
);
在这个函数里。主要执行了以下动作：
-
sqlcipher_activate
注册了全局的sqlcipher_provider *default_provider。这个里面主要存了一些加解密算法的实现函数的指针。可以通过宏选择加解密算法，这些算法都是利用第三方的开源加密库。比如SQLCIPHER_CRYPTO_CC，可以选择common crypto算法，实现放在crypto_cc.c里。
-
sqlcipher_codec_ctx_init
这个函数主要填充了codec_ctx对象，这个对象对应于一个数据库。这里面的一些关于加密的参数都先设置成了默认值，密文（或密钥）填充进两个cipher_ctx——read_ctx和write_ctx里。
typedef struct {
int derive_key; // 是否需要派生key。设置原始key后置位，派生key后取消置位
int pass_sz; // 原始key的size。因为有可能是blob，所以需要size
unsigned char *key; // 派生后的key。可能是用户设置的HEX key转换成二进制得到，或者由用户设置的密文和盐值经过kdf_iter次派生得到
unsigned char *hmac_key; // 由key和hmac_kdf_salt经过fast_kdf_iter次派生得到
unsigned char *pass; // 配置的原始key，可能是密文、x'HEX key'、x'HEX key + HEX kdf_salt'
char *keyspec; // x'HEX key + HEX kdf_salt'
} cipher_ctx;
typedef struct {
int store_pass; // 是否要保存原始key。如果设成false，应该在派生key后清空原始key
int kdf_iter; // key的派生次数
int fast_kdf_iter; // hmac_key的派生次数
int kdf_salt_sz;
int key_sz;
int iv_sz;
int block_sz;
int page_sz;
int keyspec_sz;
int reserve_sz;
int hmac_sz;
int plaintext_header_sz;
int hmac_algorithm;
int kdf_algorithm;
unsigned int skip_read_hmac;
unsigned int need_kdf_salt; // 是否需要取kdf_salt。默认置位，取到kdf_salt后取消置位
unsigned int flags; // 默认值DEFAULT_CIPHER_FLAGS，标志是否要hmac校验、大小端
unsigned char *kdf_salt; // 生成key的盐值。优先使用用户配置的，其次从文件头取，取不到用随机数
unsigned char *hmac_kdf_salt; // kdf_salt的每字节 XOR hmac_salt_mask
unsigned char *buffer; // 预申请的一段内存，用于加、解密的缓存区，大小为page_sz
Btree *pBt;
cipher_ctx *read_ctx; // 读page用的密钥配置
cipher_ctx *write_ctx; // 写page用的密钥配置
sqlcipher_provider *provider; // 默认的provider，算法可以通过宏配置
void *provider_ctx;
} codec_ctx;
-
sqlite3PagerSetCodec
这个函数把加解密的函数注册进了pager里面。这些函数后面在读写page的时候会用到。
db->aDb[nDb]->pBt->pBt->pPager->xCodec; // sqlite3Codec
db->aDb[nDb]->pBt->pBt->pPager->xCodecFree; // sqlite3FreeCodecArg
db->aDb[nDb]->pBt->pBt->pPager->pCodec; // codec_ctx
最重要的是sqlite3Codec这个函数，这个函数实现了key的派生，对页面的加密、解密。代码中没有直接调用过这个函数，而是把这个函数注册进pager，又把pager->xCodec封装成两个宏。CODEC1用于解密，CODEC2用于加密。
# define CODEC1(P,D,N,X,E) \
if( P->xCodec && P->xCodec(P->pCodec,D,N,X)==0 ){ E; }
# define CODEC2(P,D,N,X,E,O) \
if( P->xCodec==0 ){ O=(char*)D; }else \
if( (O=(char*)(P->xCodec(P->pCodec,D,N,X)))==0 ){ E; }
P代表pager，D代表输入数据pData（如果是解密操作，也是输出数据），N代表pageno，X代表操作码CODEC_READ_OP或CODEC_WRITE_OP或CODEC_JOURNAL_OP，E代表执行出错时的动作，O代表加密后的输出数据。
sqlite3Codec执行以下动作：
- sqlcipher_codec_key_derive
派生key。检查derive_key标志位，如果置位，执行sqlcipher_cipher_ctx_key_derive，派生key，然后清除derive_key标志位。先read_ctx后write_ctx，如果两个ctx里的原始key一样，派生一个就行，另一个copy过去。然后检查store_pass标志位，如果未置位，需要清空两个原始key。
- 根据不同的操作码分别做处理。如果是CODEC_READ_OP，利用read_ctx执行解密操作，page数据pData解密后，缓存到buffer里，然后再copy buffer数据到pData中，返回pData；如果是CODEC_WRITE_OP，利用write_ctx执行加密操作，pData数据加密后，缓存到buffer里，返回buffer；如果是CODEC_JOURNAL_OP，也是执行加密操作，不过是利用read_ctx使用原始key加密日志数据，这是为了防止rekey事务失败，需要rollback的场景，此时需要从journal文件中读取数据。具体加解密、hmac校验的动作在sqlcipher_page_cipher里实现。
Rekey
Rekey是对一个加密数据库更改密钥的操作。
在set key的流程中，有一个生成reat_ctx和write_ctx的过程sqlcipher_codec_ctx_init。这两个对象绝大多数情况都是相同的，只有在rekey过程中不同。
在rekey过程中，正是利用了这两个对象实现了更改密文的操作。可以分为三步：
- 设置新key到write_ctx；
- 逐页读出后重新写入。读的过程中使用read_ctx解密，写的过程中使用write_ctx加密；
- 复制write_ctx到read_ctx中。
这三步完成后，rekey操作成功。老的数据都已经转换成新key加密的了，再写入新数据也是用新key加密的。
Export
Export可以实现将一个加密数据库导出到一个明文数据库、将一个明文数据库导出到一个加密数据库，将一个加密数据库导出到一个不同key的加密数据库中。export过程的内部实现方法是sqlcipher_exportFunc。该函数内实际上是利用原生的sqlite语句实现了导出。
下面的语句执行后可以得到 CREATE table/index 或者 INSERT INTO SELECT 语句，然后再执行查询出的语句即可实现复制。
-- CREATE table/index/unique index ...
SELECT sql FROM source.sqlite_schema WHERE type='table' AND name!='sqlite_sequence' AND rootpage>0;
SELECT sql FROM source.sqlite_schema WHERE sql LIKE 'CREATE INDEX %%';
SELECT sql FROM source.sqlite_schema WHERE sql LIKE 'CREATE UNIQUE INDEX %%';
-- INSERT INTO target.xxx SELECT * FROM main.xxx
SELECT 'INSERT INTO target.' || quote(name) || '
SELECT * FROM source.' || quote(name) || ';'
FROM source.sqlite_schema
WHERE type = 'table' AND name!='sqlite_sequence' AND rootpage>0;
-- INSERT INTO target.sqlite_sequence SELECT * FROM main.sqlite_sequence
SELECT 'INSERT INTO target.' || quote(name) || '
SELECT * FROM source.' || quote(name) || ';'
FROM target.sqlite_schema
WHERE name=='sqlite_sequence';
下面的语句可以直接执行。
INSERT INTO target.sqlite_schema
SELECT type, name, tbl_name, rootpage, sql
FROM source.sqlite_schema
WHERE type='view' OR type='trigger' OR (type='table' AND rootpage=0)";
这两部分sql执行完，实际上是实现了export的功能。
