1.
Takayuki Shimizukawa
2021/7/3(土)
DjangoCongress JP 2021
RLSを用いたマルチテナント実装
for Django
1

2.
@shimizukawa （清水川）
● BeProud 取締役 / IT Architect
○ 受託開発（Webアプリ / 機械学習 / 数理最適化）
○ 自社サービス（connpass / PyQ / TRACERY）
○ Python研修（Python基礎、Django、Pandas、その他）
● 一般社団法人PyCon JP Association 会計理事
○ PyCon JP 年次イベントの見守り
○ Python Boot Camp 主催
● Sphinx （コミッター休業中）
おまえ誰よ / Who are you
2

3.
1版: 2010/5/28
2版: 2018/2/26
3版: 2021/7/30
1版: 2013/09/12
2版: 2017/10/20
2018/02/23
2020/02/27
1版: 2012/03/27
2版: 2015/02/27
3版: 2018/06/12
執筆・翻訳した書籍
3
NEW
年

4.
このトークで紹介すること
マルチテナントアーキテクチャにおけるデータ分割アプロー
チのひとつ「共有アプローチ」を、PostgresのRow Level
Security (RLS)を用いてDjangoで安全に実現する方法を紹介
します。
またこの方法のメリット、デメリットを紹介します。
4

5.
アジェンダ
● マルチテナント概要と課題
● RLS: Row Level Security
● DjangoではRLSどうなるの？
● Djangoデモ
● マルチテナントの開発と運用
● まとめ
● 参考資料
5

6.
マルチテナントの概要と課題
6

7.
マルチテナントの概要
マルチテナントは、複数のテナント（チーム・組織）向けにサービスを提供
するシステムです。
● マルチテナント
○ 1つのシステムに複数の顧客
○ 顧客同士はデータが隔離されている
○ 顧客同士は存在を知らない
● 対義語: シングルテナント
○ 1つのシステムに1つの顧客
● それ以外:
○ 複数の組織/グループがサービス上共存している
7

8.
Multi-Tenant Magic: Under the Covers of the Force.com data
Architecture より
8
シングルテナントアーキテクチャ
ユーザー企業ごとにデータベースを用
意すると、データベースごとに管理者
が必要となるため多くのシステム管理
者が必要となり、またインフラの利用
効率をあげることも難しい。
マルチテナントアーキテクチャ
全ユーザーが1つのインフラを共有する
ため管理者が少なくて済み、インフラ
の稼働効率も高くなる

9.
マルチテナントの課題
マルチテナントによって、運用時の費用を下げたい。
しかし導入においては、テナント相互の情報分離、つまりデータ混濁が発生
しないと保証されていることが大事です。
「各プログラマが努力して実装する」戦略でもマルチテナントを実現できま
すが、努力だけでデータ混濁を避けるのはとても難しいです。
9
小 難易度 大
大 運用コスト 小
図は Web アプリケーションをマルチテナント型 SaaS ソリューションに変換する より引用

10.
データ混濁
提供するデータに期待しないデータが混ざり込むこと。
ある顧客データのなかに別の顧客データが混ざりこむ等。
● 個人情報が他の会社に見えちゃった
● 売上額の集計値に他の会社の売上が混ざる
マルチテナントアーキテクチャは、データ混濁を避けるため
の戦略
10

11.
マルチテナントアーキテクチャ
データ混濁を避ける、複数のマルチテナントアーキテクチャが考案されています
。
マルチテナント SaaS パターン - Azure SQL Database | Microsoft Docs による分
類では、マルチテナントは以下の3つのモデルに分けられる。
1. スタンドアロンアプリ
2. テナント単位データベース
3. シャードマルチテナント
図は Web アプリケーションをマルチテナント型 SaaS ソリューションに変換する より引用 11

12.
マルチテナントアーキテクチャ
1. スタンドアロンアプリ（DB分離、アプリ分離）
○ DB・アプリもテナント毎に用意、ユーザーには極めて柔軟
○ 運用コストはもっともかかる
2. テナント単位データベース（DB分離/準分離、アプリ共有）
○ DBは分けつつ、アプリは共有
○ 運用は、アプリが分かれてない分楽
○ （清水川所感：Web記事、スライド等ではこのパターンが多い）
3. シャードマルチテナント（DB共有、アプリ共有）
○ 同じDB・アプリのリソースを利用
○ 最も効率的で「真のマルチテナント」と呼ばれる
○ （今日紹介するのはこの方式）
12

13.
DB分割アプローチ
DB層でデータ混濁を避けるための、3つのDB分割アプローチ
1. 分離(isolated)
○ DBを分ける（≒ シングルテナントDB）
2. 準分離(semi-isolated)
○ DBは1つ、スキーマ/名前空間を分ける
3. 共有(shared)
○ DB/スキーマを分けない
13

14.
DB準分離アプローチの特徴
● 1つのDBインスタンス内に、テナント別スキーマ
○ ただし、一部のテーブルはPublicスキーマに配置
● 仕組みが複雑で、通常運用が基本大変
● アプリからは、スキーマ指定でDBにアクセス
○ Django拡張いくつかあり
採用例は多いが、保守停止時間はテナント数に比例
● マイグレーション 30秒 x 5,000テナント = 42時間
● 例: つらくないマルチテナンシーを求めて: 全て見せま
す！ SmartHR データベース移行プロジェクトの裏側
DB準分離アプローチ
14

15.
DB共有アプローチ
DB共有アプローチの特徴
● DB、スキーマが全体で1つ
● 仕組みがシンプルで、通常運用が基本楽
● WHERE句にTenantIDを指定必須
○ Django拡張はあまりない
採用を避ける理由
● ミスると、データ混濁が発生
○ ORM実装で、WHERE句付け忘れ
○ 保守で生SQLを書いて、WHERE句付け忘れ
● 直感に反する（分かれてないので、危なそう）
15

16.
DB分割アプローチ, Pros, Cons
5000テナントの場合の例
(django-easy-tenants · PyPIを元に追記)
16

17.
メリット
● テーブルがスキーマ単位で分かれている（データ隔離）
○ データ混濁が発生しにくい、複数スキーマのデータが混在しない
● テナント個別の制御がしやすい
○ バックアップ、リストアが容易
○ 負荷が高いテナントがあるとき、DB分離に切り替えやすい
デメリット
● テーブルがスキーマ単位で分かれている（同じテーブルがたくさん）
○ 各スキーマにマイグレーションが必要、時間はテナント数に比例
● テナント個別の制御が必要
○ 管理ユーザーが、テナントそれぞれに必要
○ 管理コストがテナントの数だけかかる
DB準分離アプローチのメリデメ
17
by @kashew_nuts

18.
メリット
● スキーマはひとつ、テーブル構造もひとつ
● テナント個別の制御が不要
○ 管理ユーザーは、テナントをまたいで管理しやすい
○ 大抵はマルチテナントを忘れられるため、通常の実装 & 管理コストが低い
デメリット
● テナント個別の制御がしづらい
○ バックアップ・リストア
○ 特定テナントだけをメンテナンス
○ 個別カスタマイズ
■ 保守運用が死ぬので、どのアプローチでもやめましょう！JSON型カラムで回避
● ミスった時のデータ混濁が致命的
○ RLS: Row Level Security （行レベルアクセス制御）を導入しましょう！
18
DB共有アプローチのメリデメ
by @shimizukawa

19.
DB準分離 vs DB共有
19
django-tenantsのような拡張も公開
されてますし！
コードレベルで変更が必要な箇所は
分かってます！
準分離はテナント数が増えた場合の運用コス
トが大きい！
DB共有なら省リソース・省コストで、RLSを
使えば安全に実現できるはず！
（真のマルチテナント、やってみたいなー）

20.
RLS: Row Level Security

21.
RLS: Row Level Securityとは
● Row Level Security = 行レベルのアクセス制御
● データベース層でデータ混濁を回避する技術
○ SQL実行時に、アクセス権限のある行だけが返される
○ WHERE句の指定は不要
○ アクセス権限は、DB接続ユーザー または ロール で決まる
RLSを使えば、
「シャードマルチテナント（真のマルチテナント）」
を安全に実現できる
21

22.
customers テーブル
id name tenant_id
1 customer_1 2
2 customer_2 2
3 customer_3 3
4 customer_4 1
5 customer_5 3
6 customer_6 1
7 customer_7 1
8 customer_8 2
tenant=2 で
ログイン
2
SELECT * FROM customers;
RLS利用時は権限のある行のみ取得
22
SQL実行時に、WHERE句を指定しなくても、アクセス権限の
ある行だけが返される。
tenant_id =2 の全行
つまり、アプリ各所でのSQL書き換えが不要
■User ■Role ■RLS

23.
23
どういう仕組み？

24.
db=# CREATE TABLE rls (id SERIAL PRIMARY KEY, tenant_id INTEGER);
db=> INSERT INTO rls (tenant_id) VALUES (1),(2),(3),(1),(2),(3);
db=> SELECT * FROM rls;
id | tenant_id
----+-----------
1 | 1
2 | 2
...
6 | 3
(6 rows)
実験用テーブル rls を作る
24
rls テーブル
id tenant_id
1 1
2 2
3 3
4 1
5 2
6 3

25.
db=# CREATE ROLE “1”; -- tenant_id=1 の行のみアクセスできるROLE（予定）
db=# SET ROLE “1”;
db=> SELECT * FROM rls;
ERROR: permission denied for table customers
db=# RESET ROLE; -- 接続ユーザー権限に戻る
新規のロール "1" を作る
25
rls テーブル
id tenant_id
1 1
2 2
3 3
4 1
5 2
6 3
Postgres users
“db” User
“1” Role
OK
NG
■User ■Role ■RLS
https://www.postgresql.org/docs/13/sql-set-role.html
USER でも ROLE でも可能ですが、ROLE で制御する
理由は29スライド付近で説明します。
PostgreSQLのロール - Qiita

26.
db=# GRANT ALL ON ALL TABLES IN SCHEMA public TO ”1”;
db=# GRANT ALL ON ALL SEQUENCES IN SCHEMA public TO ”1”;
db=# SET ROLE “1”;
db=# SELECT * FROM rls;
1 | 1
2 | 2
...
6 | 3
(6 rows)
db=# RESET ROLE; -- 接続ユーザー権限に戻る
"1" に全権限を付ける
26
全権限があるので、全行見えてます rls テーブル
id tenant_id
1 1
2 2
3 3
4 1
5 2
6 3
Postgres users
“db” User
“1” Role
OK
OK
■User ■Role ■RLS
https://www.postgresql.org/docs/13/sql-grant.html

27.
db=# ALTER TABLE rls ENABLE ROW LEVEL SECURITY;
db=# SET ROLE “1”;
db=# SELECT * FROM rls;
id | tenant_id
----+-----------
(0 rows)
db=# RESET ROLE; -- 接続ユーザー権限に戻る
rls テーブルのRLSを有効化
27
SELECT権限はありますが、
RLSによって制限されました
rls テーブル
id tenant_id
1 1
2 2
3 3
4 1
5 2
6 3
Postgres users
“db” User
“1” Role
OK
OKだが
1行も見
えない
■User ■Role ■RLS
https://www.postgresql.org/docs/13/ddl-rowsecurity.html

28.
db=# CREATE POLICY foo ON rls USING(tenant_id::text = current_user);
db=# SET ROLE “1”;
db=# SELECT * FROM rls;
id | tenant_id
----+-----------
1 | 1
4 | 1
(2 rows)
rls テーブルのRLSポリシーを設定
28
rls テーブル
id tenant_id
1 1
2 2
3 3
4 1
5 2
6 3
Postgres users
“db” User
“1” Role
SELECT権限がありますが、
RLSポリシーによって
対象行が制限されました
OK
OK
■User ■Role ■RLS
https://www.postgresql.org/docs/13/ddl-rowsecurity.html

29.
DjangoではRLSどうなるの？
29

30.
tenant=2 で
ログイン
2
dbで接続
セッションでのSELECT
30
全行
■User ■Role ■RLS
customers テーブル
id name tenant_id
1 customer_1 2
2 customer_2 2
3 customer_3 3
4 customer_4 1
5 customer_5 3
6 customer_6 1
7 customer_7 1
8 customer_8 2
Postgres users
“db” User
“1” User
“2” User
“3” User
SELECT * FROM customers;

31.
customers テーブル
id name tenant_id
1 customer_1 2
2 customer_2 2
3 customer_3 3
4 customer_4 1
5 customer_5 3
6 customer_6 1
7 customer_7 1
8 customer_8 2
tenant=2 で
ログイン
2
Postgres users
“db” User
“1” User
“2” User
“3” User
セッション+RLSでのSELECT
31
CREATE POLICY foo ON customers USING(tenant_id::text = session_user);
接続Userで制御
■User ■Role ■RLS
SELECT * FROM customers;
tenant_id =2 の全行
“2” で接続
ログインユーザー毎に、
DjangoからDBへ接続する
ユーザーを切り替えるのは難しい

32.
tenant=2 で
ログイン
2
tenant_id =2 の全行
Postgres users
“db” User
“1” Role
“2” Role
“3” Role
dbで接続
SET ROLE “2”;
SELECT * FROM customers;
RLS+Roleを介したSELECT（Role密結合）
32
CREATE POLICY foo ON customers USING(tenant_id::text = current_user);
CREATE ROLE “1”;
GRANT ALL ON TABLES ... TO “1”;
GRANT ALL ON SCHEMAS ... TO “1”;
-- 2, 3, 以下繰り返し
customers テーブル
id name tenant_id
1 customer_1 2
2 customer_2 2
3 customer_3 3
4 customer_4 1
5 customer_5 3
6 customer_6 1
7 customer_7 1
8 customer_8 2
Roleで制御
■User ■Role ■RLS
ログインユーザーのHTTPリクエスト毎に、
Roleを切り替えるMiddlewareを用意
DjangoからDBへの接続は、
常に1つのuser/passwordを使う

33.
customers テーブル
id name tenant_id
1 customer_1 2
2 customer_2 2
3 customer_3 3
4 customer_4 1
5 customer_5 3
6 customer_6 1
7 customer_7 1
8 customer_8 2
tenant=2 で
ログイン
2
Postgres users
“db” User
“tenantuser” Role
“1” Role
“2” Role
“3” Role
dbで接続
SET ROLE “2”;
SELECT * FROM customers;
RLS+Roleを介したSELECT（Role疎結合）
33
CREATE POLICY foo ON customers USING(tenant_id::text = current_user);
CREATE ROLE “tenantuser”;
GRANT ALL ON TABLES … TO “tenantuser”;
GRANT ALL ON SCHEMAS … TO “tenantuser”;
GRANT “tenantuser” TO "1";
-- 以下繰り返し
Roleで制御
■User ■Role ■RLS
テナントのRoleは、代理ロール ”tenantuser” 経由でテー
ブルへのアクセスが許可される
tenant_id =2 の全行

34.
Django でRLSを使うには（まとめ）
34
初期化
1. 代理ROLEを作成し、全テーブルのGRANT ALLを設定
2. テナント制御するテーブルにRLS有効化&ポリシー設定
都度
1. CREATE ROLE -- テナント追加時
2. SET ROLE -- テナント判別し、ROLEを設定
■User ■Role ■RLS

35.
1 & 2. 初期化
35
db=# CREATE ROLE “tenantuser”;
db=# GRANT ALL ON ALL TABLES IN SCHEMA public TO ”tenantuser”;
db=# GRANT ALL ON ALL SEQUENCES IN SCHEMA public TO ”tenantuser”;
※ 初期化は、後から追加されたテーブルにも個別適用が必要
■User ■Role ■RLS
-- for <table> in <tables_to_enable_rls>:
db=# ALTER TABLE <table> ENABLE ROW LEVEL SECURITY;
db=# CREATE POLICY <name> ON <table> USING(tenant_id::text = current_user);
1. 代理ROLEを作成し、全テーブルのGRANT ALLを設定
2. テナント制御するテーブルにRLS有効化&ポリシー設定

36.
3. CREATE ROLE -- テナント追加時
36
■User ■Role ■RLS
from django.db.models.signals import post_save
def on_create_tenant(sender, instance, created, **kwargs):
if created: # レコード追加時
tenant_id = instance.tenant_id
with connection.cursor() as cursor:
cursor.execute(f'CREATE ROLE "{tenant_id}"')
cursor.execute(f'GRANT "tenantuser" TO "{tenant_id}"')
# DBにレコードが追加された後に実行する
post_save.connect(on_create_tenant, sender=models.Tenant)
https://docs.djangoproject.com/ja/3.2/topics/signals/

37.
4. SET ROLE -- Middlewareでテナント判別
37
■User ■Role ■RLS
https://docs.djangoproject.com/ja/3.2/topics/http/middleware/
class RlsMiddleware:
def __init__(self, get_response):
self.get_response = get_response
def __call__(self, request):
tenant_id = getattr(request.user, 'tenant_id', None)
if tenant_id: # テナントに所属しないスーパー管理者はROLE設定不要
with connection.cursor() as cursor:
cursor.execute(f'SET ROLE "{tenant_id}" ')
response = self.get_response(request)
return response
※ Middlewareを通らない処理では個別に SET ROLE が必要

38.
4. SET ROLE -- Middleware以外でもテナント設定
38
■User ■Role ■RLS
https://django-tenants.readthedocs.io/en/latest/use.html#tenant_context
@contextmanager
def tenant_context(tenant_id: int):
with connection.cursor() as cursor:
cursor.execute(f'SET ROLE "{tenant_id}" ')
Yield
cursor.execute(f'RESET ROLE')
# バッチや非同期呼び出し等、Middlewareを経由しない場合の呼び出し
def some_command(tenant_id):
with tenant_context(tenant_id): # SET ROLE される
objs = DjangoModel.objects.all()

39.
デモ
39

40.
マルチテナントの開発と運用
40

41.
各RDBMSのRLS対応状況
2021/05 調査時点
● PostgreSQL 9.5 (2016) 以降
○ https://www.postgresql.org/docs/9.5/ddl-rowsecurity.html
設定方法などのサンプルコード付き
● SQL Server 2016 (13.x) 以降
○ https://docs.microsoft.com/ja-jp/sql/relational-databases/security/row-level-security?view=sql-server-ver15
● Oracle 10g Release 2 (10.2) (2005) 以降
○ https://docs.oracle.com/cd/B19306_01/network.102/b14267/intro.htm
● MySQL
○ 8.0.25 (2021-05-11) では非対応
● MariaDB
○ 10.5.10 (2021-05-07) では非対応
● SQLite
○ 3.36.0 (2021-06-18) 非対応
41

42.
シングルテナント < マルチテナント
● 分離 = シングルテナントの場合
○ データ混濁について考える必要はない
● 準分離（スキーマ分離）アプローチにした場合
○ 共有するテーブルと分離するテーブルを管理し、専用のマイグレーション手順を用意
● 共有アプローチにした場合
○ 複数テナントを前提にしたテーブル設計が必要、RLSの導入が必要
開発コスト
42
DB分離アプローチ
DB共有アプローチ

43.
テナント数の増加に合わせて変化
● 運用では、テナント数と管理対象が比例する
● DBやアプリのインスタンス毎に担当者が必要
運用コスト
43
少 テナント数 多
大 DB数 小
大 運用・改修コスト 小
大 リソース 小

44.
● パフォーマンス測定を行い、N+1等は解消しておく
○ RLSにより負荷は上がるため、顕著になってしまう
● 作り方によってはINDEXが効かない等の問題がある
○ ROLE名によるPOLICY適用時に、フルスキャンが発生等
● コネクションをテナント別に用意しない（できない）
○ そもそもDBの接続数上限を100や1000にするのは厳しい（デフォルトは10）
○ Postgresは、コネクション生成コストが高いため、都度生成は負荷が高い
○ データ混濁を避けたいとしても、コネクションは共有するしかない
○ （なお、Djangoではテナント別コネクション利用がそもそも難しい）
● Citus / Hyperscale の利用を検討する
○ 特定カラムの値(tenant_id等)をキーに、ノード分散によって負荷分散できる
RLS利用時の負荷対策
44

45.
● ROLE設定を忘れないようにする
○ 今回のデモではMiddlewareで自動設定した
○ 管理コマンド等Middlewareを通らないケースがあるので、そこは実装で努力
○ ROLE設定を忘れると、「全テナントのデータが漏洩する」
■ SET ROLEを忘れたら全部見れない方が安全 -> 今後の課題
● バックアップをテナント単位でやりたい
○ DB全体のバックアップで。リストア方法は要検討
● PITR（Point In Time Recovery）をテナント単位でやりたい
○ DB内の特定レコード群だけを巻き戻す、のは難しい。
○ DB準分離ならスキーマ単位で独立のため、多少楽（publicスキーマのデータとの不整合に注意）
● 高負荷テナントのリソースを隔離をしたい
○ Citus / Hyperscale の利用を検討する
■ 特定カラムの値(tenant_id等)をキーに、ノード分散によって負荷分散できる
RLS/DB共有のデメリット対策
45

46.
まとめ
RLSのメリット
● コンピューターリソースを無駄なく最大限活用できる
● マイグーレーション時間が線形増加しない
● テナント個別の特別対応をしない、という潔さ
RLSのデメリット
● クエリ負荷の上昇は避けられない
● テナント個別の特別対応が難しい
○ バックアップ、リストア、負荷の高いテナントの分離
46

47.
参考資料
マルチテナント
● マルチテナント SaaS パターン - Azure SQL Database | Microsoft Docs
● Web アプリケーションをマルチテナント型 SaaS ソリューションに変換する IBM Developer Works (WebArchive)
● Multi-Tenant Data Architecture Microsoft (WebArchive)
● つらくないマルチテナンシーを求めて: 全て見せます！ SmartHR データベース移行プロジェクトの裏側 / builderscon 2018 - Speaker
Deck
RLS
● Django + RLS でマルチテナント - 清水川のScrapbox /デモコード https://github.com/shimizukawa/django-pg-rls
● Using Postgres Row-Level Security in Python and Django
● 行レベルのセキュリティ - SQL Server
● PostgreSQL の行レベルのセキュリティを備えたマルチテナントデータの分離 | Amazon Web Services ブログ
● Row Level Securityはマルチテナントの銀の弾丸になりうるのか / Row Level Security is silver bullet for multitenancy? - Speaker Deck
● PostgreSQLの行レベルセキュリティと SpringAOPでマルチテナントの ユーザー間情報漏洩を防止する (JJUG CCC 2021 Spring)
Citus (Hyperscale)
● Azure Database for PostgreSQL Hyperscale(Citus)しらべてみた - Qiita
● チュートリアル:マルチテナント データベースを設計する - Hyperscale (Citus) - Azure Database for PostgreSQL | Microsoft Docs
47

48.
Special Thanks! -- Review頂いたみなさん
BeProud slack
● kashew, delhi09, susumuis, tell-k, mtb_beta, altnight
django-ja Discord
● hirokiky, tokibito
48

49.
and…
Thanks for all attendees!!
by @shimizukawa
49