面试题：如何在保证性能的前提下实现Redis字符串对象的加密存储

Question

假设你需要在高并发读写的Redis应用中对字符串对象进行加密存储，既要保证数据的安全性，又不能过多影响系统性能。请描述你的整体设计思路，包括选择何种加密算法、如何处理加密与解密过程中的性能瓶颈等。

Answer 1

整体设计思路

1. 加密算法选择：
   • 考虑使用AES（高级加密标准）算法。AES算法是一种对称加密算法，在现代密码学中被广泛应用。它具有较高的安全性，能够抵抗多种已知的密码分析攻击。同时，AES算法在硬件和软件实现上都有较高的效率，适合在高并发读写场景下使用。例如，AES - 256 提供了较高的密钥长度，增强了安全性。
2. 加密与解密过程中的性能瓶颈处理：
   • 缓存加密结果：在应用层设置一个本地缓存（如使用Guava Cache）。当对某个字符串进行加密后，将加密后的结果存入本地缓存。下次需要对相同字符串进行加密时，先从本地缓存中查找，如果存在则直接返回，避免重复加密操作，减少加密计算开销。
   • 异步处理：将加密和解密操作放到异步线程池中执行。这样在高并发读写时，主线程不会因为加密解密操作而阻塞，提高系统的并发处理能力。例如，在Java中可以使用ExecutorService创建线程池来处理加密和解密任务。
   • 批量操作：对于需要加密存储的多个字符串，可以将它们批量收集起来，一次性进行加密处理，然后再批量存储到Redis中。这样减少了加密操作的次数和Redis的写入次数，提高整体性能。同样，在读取时也可以批量读取并批量解密。
   • 硬件加速：如果服务器支持，利用硬件加速功能（如某些CPU支持AES - NI指令集）来加速AES加密和解密操作。通过在代码中调用相关的硬件加速接口，可以显著提高加密解密的性能。

具体实现步骤

1. 加密过程：
   • 从应用层获取需要加密的字符串。
   • 检查本地缓存，看是否已经存在该字符串的加密结果，如果存在则直接返回。
   • 否则，将字符串放入异步线程池中的任务队列，使用AES算法进行加密。
   • 加密完成后，将加密结果存入本地缓存，并写入Redis。
2. 解密过程：
   • 从Redis中读取加密后的字符串。
   • 将加密字符串放入异步线程池中的任务队列，使用AES算法进行解密。
   • 解密完成后返回解密后的字符串供应用层使用。