面试题：CouchDB JSON格式文档安全性与复杂业务场景下的加密策略优化

Question

假设在一个具有复杂业务逻辑的场景中，CouchDB存储的JSON格式文档包含敏感信息，需要多层加密保护。一方面要保证数据在不同业务操作间高效流转，另一方面要抵御高级别的安全攻击。请设计一套加密策略，并阐述如何与CouchDB的现有安全机制集成，同时分析该策略对系统性能和可扩展性的影响。

Answer 1

加密策略设计

1. 文档级加密：在将数据存入CouchDB之前，对整个JSON文档使用对称加密算法（如AES - 256）进行加密。这样可以保证数据在存储时即使数据库被非法访问，敏感信息也难以被破解。生成一个唯一的加密密钥，将其安全存储（例如使用硬件安全模块HSM）。
2. 字段级加密：对于特别敏感的字段，使用非对称加密算法（如RSA）进行二次加密。不同的业务模块可以有自己的公钥，用于加密特定字段，只有持有对应私钥的模块才能解密。例如，财务相关字段可由财务模块的公钥加密。
3. 多层加密链：结合文档级和字段级加密形成多层加密链。先进行字段级加密，再进行文档级加密。这样可以提供更高级别的安全防护，同时在数据使用时根据不同业务需求灵活解密。

与CouchDB现有安全机制集成

1. 用户认证与授权：利用CouchDB的内置用户认证系统，为不同业务操作分配不同的用户角色和权限。只有经过授权的用户才能访问特定的数据库和文档。结合加密策略，确保只有合法用户才能获取解密密钥进行解密操作。
2. SSL/TLS通信：启用CouchDB的SSL/TLS加密，保证数据在网络传输过程中的安全性。这与本地存储的加密策略相结合，形成端到端的安全防护。加密后的数据在传输过程中即使被截取，也无法被轻易破解。

对系统性能和可扩展性的影响

性能影响

1. 加密和解密开销：加密和解密操作会增加CPU和内存的开销。特别是非对称加密算法（如RSA）计算量较大，可能会导致数据处理速度下降。为缓解这一问题，可以采用硬件加速（如支持加密指令集的CPU）或分布式计算方式，将加密解密任务分散到多个节点。
2. 数据存储和传输：加密后的数据体积会有所增加，这可能会影响数据库的存储效率和网络传输速度。可以通过压缩算法（如gzip）对加密后的数据进行压缩，以减少存储和传输的压力。

可扩展性影响

1. 密钥管理：随着业务的扩展，密钥数量会增加，密钥管理的复杂性也会提高。需要设计一个可扩展的密钥管理系统，如基于分布式账本技术（如区块链）的密钥管理，确保密钥的安全存储和分发。
2. 业务集成：多层加密策略需要不同业务模块之间紧密配合，增加了业务集成的难度。可以通过制定统一的加密和解密接口规范，降低业务模块之间的耦合度，提高系统的可扩展性。