各种加密算法内部原理实现

众所周知数据对于一个公司来说，非常重要，一旦数据泄露，公司将面临非常大的威胁，因此对数据加密非常有必要，保证数据的安全性。

1 加密算法的基本原理

       加密算法目前主流分为对称加密，不对称加密，散列加密。

1.1 对称加密

       对称加密是指加密和解密使用相同密钥的加密算法，常见的对称加密算法有DES,DES3,AES加密算法。对称加密由于其加解密速度快，常被用于大量的数据加密场景，还有对传输效率要求高的场景如v*n之间的传输，但是由于其密匙不方便保存，所以适合于内部系统。

1.1.1 DES加密算法

       DES加密算法是一种分组加密算法，通过将输入的明文按64位一组，进行分组加，加密过程分为初始置换明文，分组明文，生成子密匙，密匙与明文加密，经过S盒替换，P盒替换，置换后的密文与原32位明文加密。

初始置换：初始置换是只将输入的64位明文，按照一个置换表进行置换位置，具体置换规则：初始数据里面的64是1号位，置换表的1则到了第40这个位置，那么64置换之后就到了第40这个位置、63是原来的2号位，在置换表里面是第8号位，所以63经过置换表则到了第8位，其他的位置执行同样的操作，具体操作如表1.1，表1.2，表1.3：

表1.1 初始数据表

64	63	62	61	60	59	58	57
26	55	54	53	52	51	50	49
48	47	46	45	44	43	42	41
40	39	38	37	36	35	34	34
32	31	30	29	28	27	26	25
24	23	22	21	20	19	18	17
16	15	14	13	12	11	10	9
8	7	6	5	4	3	2	1

 

 

 

 

表1.2 置换表

58	50	42	34	26	18	10	2
60	52	44	36	28	20	12	4
62	54	46	38	30	22	14	6
64	56	48	40	32	24	16	8
57	49	41	33	25	17	9	1
59	51	43	35	27	19	11	3
61	53	45	37	29	21	13	5
63	55	47	39	31	23	15	7

 

表1.3 置换后数据

7	15	23	31	39	47	55	63
62	54	46	38	30	22	14	6
3	11	18	27	35	43	51	59
1	9	17	25	33	41	49	57
8	16	24	32	40	48	56	64
6	14	22	30	38	46	54	62
4	12	20	28	36	44	52	60
2	10	18	26	34	42	50	58

 

    拿到置换后的数据后，将明文分组左右两组。将初始置换之后的数据按前32位为左边L0，后32位为右边R0。具体分组如表1.4,1.5.

表1.4 左边L0

7	15	23	31	39	47	55	63
62	54	46	38	30	22	14	6
3	11	18	27	35	43	51	59
1	9	17	25	33	41	49	57

                           

表1.5 右边R0

8	16	24	32	40	48	56	64
6	14	22	30	38	46	54	62
4	12	20	28	36	44	52	60
2	10	18	26	34	42	50	58

      

将一个主密匙生成16个子密匙，每一次操作用一个密匙。用户设置的一个64位key,我们将其忽略第8,16,24,32,40,48,56,64奇偶检验位。得到一个56位key,将其进行移位操作，再进行压缩置换就得到具体加密的KEY。具体操作如表1.6 所示

 

 

 

表1.6 移位操作是移位表

移位表
轮询次数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
移动位数	1	1	2	2	2	2	2	2	1	2	2	2	2	2	2	1

从表中我们可以知道，第一轮是左移一位，第三轮是左移两位,后面一堆位数安装表1.6所示即可。具体移位如表1.7，表1.8

表1.7 主密匙表

57	49	41	33	25	17	9	1
58	50	42	34	26	18	10	2
59	51	43	35	27	19	11	3
60	52	44	36	63	55	47	39
31	23	15	7	62	54	46	38
30	22	14	6	61	53	45	37
29	21	13	5	28	20	12	4

                    

表1.8 左移一位后的密匙

49	41	33	25	17	9	1	57
50	42	34	26	18	10	2	58
51	43	35	27	19	11	3	59
52	44	36	63	55	47	39	60
23	15	7	62	54	46	38	31
22	14	6	61	53	45	37	30
21	13	5	28	20	12	4	29

 

移位之后进行压缩置换，将56位的密匙进行48位的置换表置换，得到48位密匙舍去8位，如表1.9,1.10，表1.11所示

表1.9 密匙

49	41	33	25	17	9	1
57	50	42	34	26	18	10
2	58	51	43	35	27	19
11	3	59	52	44	36	63
55	47	39	60	23	15	7
62	54	46	38	31	22	14
6	61	53	45	37	30	21
13	5	28	20	12	4	29

 

 

 

 

 

表1.10 48位置换表

14	17	11	24	1	5
3	28	15	6	21	10
23	19	12	4	26	8
16	7	27	20	13	2
41	52	31	37	47	55
30	40	51	45	33	48
44	49	39	56	34	53
46	42	50	36	29	32

 

表1.11 置换之后得到的数据KEY1

1	15	34	60	9	17
33	19	2	9	10	42
3	35	26	25	44	58
59	57	36	27	18	41
22	28	39	54	37	4
47	30	5	53	23	22
61	14	38	21	15	12
45	7	13	62	55	31

 

得到48位密匙后，因为明文分组是32位，所以对明文进行扩充置换成48位，以下操作是对明文进行扩充置换，对于扩充后的明文我们可以发现，他中间四列是原来的明文，并没有修改，增加的第一列是原明文的最后一列从倒数排列，新添加的第后一列，则是第一列的倒数。具体如表1.12，表1.13所示。

 

                           表1.12 左边明文L0

7	15	23	31
39	47	55	63
5	13	21	29
37	45	53	61
3	11	18	27
35	43	51	59
1	9	17	25
33	41	49	57

 

 

表1.13 扩充之后的明文L0

57	7	15	23	31	39
31	39	47	55	63	5
63	5	13	21	29	37
29	37	45	53	61	3
61	3	11	18	27	35
27	35	43	51	59	1
59	1	9	17	25	33
25	33	41	49	57	7

 

    现在得到48位密匙和48位数据，就可以进行异或加密操作了。异或操作后面拿到的数据是加密后的数据，我们对此数据进行S盒替换和P盒替换。

    S盒替换是将48位的数，分组8组，一组6位，进入S盒,一个S盒6位输入4位输出，及48位出入，进入8个S盒输出只有32位。具体替换如表1.14。

表1.14 S0盒：

行\列	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
0	14	4	13	1	2	15	11	8	3	10	6	12	5	9	0	7
1	0	15	7	4	14	2	13	1	10	6	12	11	9	5	3	8
2	4	1	14	8	13	6	2	11	15	12	9	7	3	10	5	0
3	15	12	8	2	4	9	1	7	5	11	3	14	10	0	6	13

 

例如：输入为101110 那么他的第一位和最后一位组合10转换位10进制则为2及第2行，中间四为0111转为10进制及为7及第7列，所以第2行，第7列及为2转为2进制及为0010，所以输入101110，输出0010，S盒替换完成。经过S盒换以后就要经过P盒替换了，具体替换过程如下表1.15,1.16,1.17所示

表1.15 S盒替换后的数据

7	15	23	31	39	47	55	63
5	13	21	29	37	45	53	61
3	11	18	27	35	43	51	59
1	9	17	25	33	41	49	57

 

表1.16 P盒

16	7	20	21	29	12	28	17
1	15	23	26	5	18	31	10
2	8	24	14	32	27	3	9
19	13	30	6	22	11	4	25

                        

表1.17 P盒置换后的数据

61	55	27	35	33	29	25	3
7	3	51	9	39	11	49	13
15	63	59	45	57	17	23	5
18	53	41	47	43	21	31	1

 

现在我们已经拿到P盒置换后的数据了，再跟我们第一次分组生成的32位左边的数据进行异或操作，这次拿到的数据就是我们第一轮加密后的数据，再进行左右互换，进行同样的加密操作，连续操作16次，加密就算完成了。

 

    加密完成了，接下来就是解密了，解密和加密是同样的操作，输入64位明文，进行初始置换，将KEY倒着进行加密，密匙移位，加密是向左移，那么解密就是向右移，执行同样的操作就可以解密进行解密操作。

1.1.2  AES加密算法

       AES加密算法是分组加密，每一组是16字节，是目前主流的高级加密算法。他的加密过程主要分为密匙轮询，字节替代，行移动，列混合，密匙加轮…….以上操作重复10次，就是第一次加密的数据

密匙加轮：用密匙与原文进行异或操作，原文是128位，密文也是128位，首先将主密匙与原文进行异或操作，后面再用主密匙生成40位子密匙。密匙生成过程如下所示：

KEY = 3C A1 0B 21 57 F0 19 16 90 2E 13 80 AC C1 07 BD

初始密匙：

W[0]=3C A1 0B 21
W[1]=57 F0 19 16
w[2]=90 2E 13 80
w[3]=AC C1 07 BD

生成密匙算法：
1.如果i不是4的倍数，那么第i列用如下公式：
W[i]=W[i-4] XOR W[i-1] (XOR表示异或的意思，下同)
2.如果i是4的倍数，那么第i列用如下公式：
W[i]=W[i-4] XOR T(W[i-1])
解释一下T（）函数：由三部分组成，字循环，字节替代，轮常量代替异或。
a.字循环：将1个字中的4个字节循环左移1个字节。即将输入字[a0, a1, a2, a3]变换成[a1,a2,a3,a0]。
b.字节代换：对字循环的结果使用S盒进行字节代换。
c.轮常量异或：将前两步的结果同轮常量进行异或。具体如表1.18所示

表1.18 轮询常量表

轮询数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
轮询常量	01 00 00 00	02 00 00 00	04 00 00 00	08 00 00 00	10 00 00 00	20 00 00 00	40 00 00 00	80 00 00 00	1B 00 00 00	36 00 00 00

 

 

例如：初始密匙

W[0]=3C A1 0B 21
W[1]=57 F0 19 16
w[2]=90 2E 13 80
w[3]=AC C1 07 BD

计算w[4],w[5],w[6],w[7]

求w[4]的时候，因为4是4的倍数，所以，我们先要求T(W[3])

W[3]= AC C1 07 BD

左移一位 得到 C1 07 BD AC

进入S和字节替换

进S盒替换时，例如替换C1，C则是行，1则是列，找到第C行第1列即可以找到替换的数字(16进制的数)S盒

C1在S盒中对应78,

07在S盒中对应C5

BD在S盒中对应7A

AC在S盒中对应 91

所以经过第二步S盒替换变成了78,C5,7A,91

(3).将78 C5 7A 91 XOR 01 00 00 00 = 79 C5 7A 91

所以计算密匙如下：

W[4]= W[0] XOR T(W[3] ) = 3C A1 0B 21 XOR 79 C5 7A 91 = 45 64 71 B0
W[5]= W[1] XOR W[4]   = 57 F0 19 16 XOR 45 64 71 B0 = 12 94 68 A6
W[6]= W[2] XOR W[5]   = 90 2E 13 80 XOR 12 94 68 A6 = 82 BA 7B 26
W[7]= W[3] XOR W[6]   = AC C1 07 BD XOR 82 BA 7B 26 = 2E 7B 7C 9B

同样的方法计算其他密匙。

 

有了密匙，将明文与密匙异或运算，接下来进行字节替代。例如，假设我们明文与密匙加轮得到的数据是abcdefghijklmnop具体如表1.19，1.10,1.21所示

表1.19 轮询后的数据

a	b	c	D
e	f	g	h
i	j	k	l
m	n	o	p

 

 

 

表1.20 转化为16进制

0x61	0x62	0x63	0x64
0x65	0x66	0x67	0x68
0x69	0x6A	0x6B	0x6C
0x6D	0x6E	0x6F	0x70

 

表1.21 S盒替代之后的数据

0xD0	0xEF	0xAA	0xFB
0x43	0x4D	0x33	0x85
0x45	0XF9	0x02	0x7F
0x50	0x3C	0x9F	0Xa8

 

S盒上就是密匙替换的S盒，(如果出来本就是16进制则不需要转换)将a转为16进制0x61则在S盒中找到第6行第1个数，这个数就是要替换的数，替换其他数也是同样的操作。

 

    接下来就是行移动，列混合就是将每一列移动不同的位数，第一列不移动，第二列移动一位，第三列移动两位，第四列移动三位。具体一位如下表1.22,1.23：

表1.22 移位前的数据

0xD0	0xEF	0xAA	0xFB
0x43	0x4D	0x33	0x85
0x45	0XF9	0x02	0x7F
0x50	0x3C	0x9F	0Xa8

表1.23 移位后的数据

0xD0	0xEF	0xAA	0xFB
0x4D	0x33	0x85	0x43
0x02	0x7F	0x45	0XF9
0Xa8	0x50	0x3C	0x9F

      

       行移动后就是列混合了，列混合就是将行移动后的矩阵乘一个固定矩阵。具体如下表1.24,1.25所示

表1.24 行移动后的数据

0xD0	0xEF	0xAA	0xFB
0x4D	0x33	0x85	0x43
0x02	0x7F	0x45	0XF9
0Xa8	0x50	0x3C	0x9F

 

表1.25 先转10进制

208	239	170	251
77	51	133	67
2	127	69	249
171	91	60	159

 

转10进制进行与固定矩阵相乘

得到结果矩阵后，将其转为16进制，到此第一轮加密结束，后续只需将结果矩阵当成第2个KEY进行执行同样的加密操作。

    解密操作和加密操作一样，用最后一组密匙对密文进行密匙轮询，再用逆S盒进行字节替代，行移动是向右移动，列混合是乘固定矩阵的逆矩阵，后面操作与前面操作一样，轮询10次即可解密回来。

 

AES加密的代码实现，由于代码过多，只列出主要加密，解密代码，具体代码如图

1.2 不对称加密

       不对称加密算法使用两把完全不同但又是完全匹配的一对钥匙，进行加解密，一般使用公匙加密，私匙解密，常见的加密算法有RSA,ECC,DSA加密算法。不对称加密由于其加解密耗时长，常用作小量的数据加密。第三方机构常用私密加密生成证书(只有自己公密可以认证)，客户端用公密认证证书的可靠性。

1.2.1 RSA加密算法

      RSA算法是基于一个简单的数论事实，即将两个大的质数相乘非常容易，但是想要对其乘积进行因式分解为两个大的质数确非常困难，因此可以将乘积公开作为加密秘钥，来进行加解密，具体如图

E：公密
D：私密
N：两个pq的乘积
密文 = 明文的E次幂对N取余的余数
明文 = 密文的D次幂对N去与的余数

例如：p = 7   q = 11

求N：N = p×q = 7×11=77

求L：L = (p-1)×(q-1)=6×10=60

求E：gcd(E,L) = 1 , 1<E<L (gcd函数指E,L的最大公约数是1，即E不能被L整除)

gcd(E,60) = 1
E = 13

求D：E×D mod L ＝ 1    1<D<L (mod指取余，E乘D对L取的余数为1)
13×D mod 60 =1
D = 37 
明文 = 20  明文小于N
加密  2013 mod 77 = 69
解密  6937 mod 77 = 20

解密成功！！！

当P,Q特别特别大时，已知E求D会变的特别复杂，所以常将(E,N)做公密，(D,N)做私密

1.2.2 ECC加密算法

             先进入一个这样的场景1和2

据Y不知不觉的就传给了小红，这里面体现的就是ECC的加密原理。如公式总结：
    G × k = N  (G,N公开，k保密,k就是传说中的密钥，N就是传说中的公钥，G一般在算法里写死了，也叫做曲线参数）
   C1 = G×M
   C2 = N × M + x  （M随机选取，x为要加密的数字，M和x都保密）

方法一：
   x = c2 - C1×k
     = N×M+x-G×M×k
     = G×M×k - G×M×k +x
     = x

  方法二：
   x = C2-N×M= C2 – N×(C1/G)
   问题：C2,N,C1,G都是已知数,都能直接算出来，干嘛还要c2-c1*k这么复杂

每个人都会算加，减，乘，除，幂运算，有人会算log23 这类对数吗？至少特别特别难，ECC就利用这个原理来进行加解密。
   GK = N
   C1 = GM
   C2 = NM  + X
   方法一：
   x = c2 - C1K
     = NM  + X - GMK
     =GMK  + X - GMK

     = x

   方法二：
   x = C2-N×M= C2 – N×(logc1G )

由于logc1G 是一个求不出来的具体的数，所以方法二是不可取的，所以就只能使用方案一，只有知道k利用C2-kC2才能解出来。ECC就是利用这个原理进行加密，k为私密，N为公密，x为加密数据。了解ECC加密算法前，我们先了解有限域的计算方法，基本规则：

现在定义一个有限域Fp
a. Fp中p（p为质数）个元素0,1,2,…, p-2,p-1
b. Fp的加法是a+b≡c(mod p)
c. Fp的乘法是a×b≡c(mod p)
d. Fp的除法是a÷b≡c(mod p)，即 a×b^(-1)≡c (mod p)，b-1也是一个0到p-1之间的整数，但满足b×b-1≡1 (mod p)
e. Fp的单位元是1，零元是 0
f. Fp域内运算满足交换律、结合律、分配律

 

解释一下同余定理，同余定理是指两个数对同一个数取余得到的余数相同。例如5和3对2取余都是1那么我可以写成5≡3(mod 2)，已知3(mod2)怎么求5呢？

直接3对2取余为1，所以3(mod2)=2k+1(k为整数)

例如：

椭圆曲线已知E23(1,1)上两点P(3,10)，Q(9,7)求：

(1) -P

(2) P+Q
(3) 2P

E23(1,1) = Ep(a,b)

(1) 计算-P

−P=(3,−10(mod23)) 我们知道-10对23取余是-10 所以-10(mod23)=23k-10(k为整数)，这里K取1，即-p=(3,13)

(2)计算P+Q

由上面公式可知K = (7-10)/(9-6)(mod 23) = -(1/2)(mod23)

(1/2)×(2)=1(mod23)      1(mod23)=23k+1  取k为1

得出 1/2×2= 24  即1/2 = 12

所以K = -12(mod23) = 23k-12 取k为1 即k = 11

P+Q =(x3,y3)

= ((11^2-3-9)(mod23),11(3-(11^2-3-9)(mod23))-10 (mod23))

        =(109(mod23),11(3-109(mod23))-10(mod23))

        =(17,(11(3-17)-10)(mod23))

       =(17,23k-164)  k取8

       =(17,20)

 

(3)2P

K = ((3×3^2+1)/(2×10))(mod23) = (7/5)(mod23)

5×1/5 = 1(mod23)

5×1/5 = 23k+1     k取3

1/5 = 14

K = 7×14(mod23) = 23k+6(k为整数) k取0

K = 6

2P  = (x3,y3)

=((6×6-3-3)(mod23),(6×(3-x3)-10)(mod23))

=(30(mod23),(6×(3-x3)-10)(mod23))

=(7,(-34)(mod23))

=(7,23k-34) 取k = 2

=(7,12)

 

是不是发现新的运算法则，利用这个运算法则去计算ECC的数据

 

举个栗子：

现在我们取椭圆曲线上一点作为基点G 假设选定E29(4,20)，基点G(13,23) 基点G的阶数n=37，P = 29，

定义私密k = 25 (k<n) 

生成公密  

G   =kG

=25G(mod29)

=25(13,23)(mod29)

=(14,6) 

随机选取一个数r = 5,需要加密的数据为3,将3编码到曲线上即(3,28)

C1  =M+rK

=M+6K

=(3,28)+6×(14,6)(mod29)

=(3,28)+(27,27)(mod29)

=(6,12) (加密的数据)

C2  =rG

=6G(mod29)

=(5,7)​

解密：C1​−kC2  ​=(6,12)−25C2(mod29)

​      =(6,12)−25×(5,7)(mod29)

=(6,12)−(27,27)(mod29)

=(3,28)

注意，这里的所有加减乘除，都不是直接加减乘除，就向上面的例子一样，P+Q,2P,-P的操作一样，是有个(mod29)的操作，所以每次相加出来的点都是不同的。

 

1.3 散列算法

                            散列算法又有MD5和SHA加密算法，他们的原理都是将不定长的输入，输出成定长，不可逆，雪崩的数据,具体流程如图

MD5加密将不确定长度的输入，经过MD5加密后生成固定长度32位的输出：

哈希加密算法常用在文件的完整性校验，密码的正确性校验方面

传输加密

2.1 少量数据

       对于传输少量的数据，我们优先选择RSA不对称加密算法，对称加密算法的密匙是不方便保存，另外因为数据量小，所以RSA加密消耗资源，会比较小，加解密速度方面也会比较快，使用RSA加密算法，公密公开，客户端直接用公密加密数据，服务端用私密解密数据。

 

2.2 大量数据

       对于大量数据，我们采用RSA+AES加密算法混合使用，加密大量数据，RSA不对称加密算法是不适合加密大量，加解速度慢，消耗资源多，AES加密算法加解密速度快，资源消耗的也少，这样我们可以用AES加密算法加密数据，用RSA加密算法加密密匙，这样的即保证了加密大量数据的加解密速度，也保证的密匙传输的安全性。具体的传输过程流程图

1.服务端先用RSA加密算法生成公密M，私密N

2.客户端请求服务端拿到公密M

3.客户端拿到公密M之后，随机生成一个密匙K，用于AES加密的密匙K

4.我们将大量数据进行AES加密，将密匙用RSA公密M加密

5.将加密数据和加密的密匙K一起传至服务端

6.服务端拿到加密的数据和加密的密匙K，先用私密对加密的密匙进行解密，7.拿到里面的(AES)密匙K,在用密匙K进行解密客户端传来的加密数据。

8.后面的交互就可以直接用密匙K加解密就可以了。

 

2.3 只存不取的数据

       对于只存不取的数据我们可以用hash加密，将其加密为不可解的数据，安全性更高，对于数据库的密码，一般会用MD5加”盐”加密，在输入的字符串后面拼接一个字符串，这样是为了保证加密的安全性。

2.4 HTTPS工作原理

       HTTPS也是一种传输协议，一种安全传输协议。主要有获取证书，认证，加解密数据三个主要过程，获取证书，证书认证，数据传输加解密

生成证书过程：

1. 服务端先生成一对公密M,私密N
2. 服务端将公密M，还有一些相关信息(认证时间，过期时间等等)拿到第三方认证机构
3. 认证机构拿到我们的信息及密匙，首先会用hash进行加密拿到HASH序列
4. 再将Hash序列用第三方机构的私密进行加密，生成了一个我们需要的证书
5. 认证机构将证书，还有个人的基本信息，公密传给客户端。

认证证书过程：

1. 客户端拿到服务端的证书，还要个人基本信息，还有服务端的公密
2. 客户端首先要验证证书是否正确，先用第三方机构的公密进行解密证书，如果能解密说明没有问题。不能解密则说明证书有问题，被掉包了，或者被截包了等情况。
3. 用公密解密证书，拿到里面的Hash序列
4. 验证的证书没有问题的情况下，再去验证服务端公密是否正确，客户端将服务端传来的信息，公密进行和第三方机构使用同样的HASH序列6进行加密得到加密的hash，将自己加密的Hash序列与用公密解密的Hash进行对比，如果不一致，则说明公密匙有问题的，或者信息有问题，是不能使用的，如果一致则说明公密无误是可以使用。

数据传输加解密：

1. 认证无误，拿到公密，客户端随机生成一个随机KEY
2. 使用AES加密算法对数据进行加密
3. 使用验证无误的公密将KEY加密
4. 将加密的数据和公密加密的KEY传至服务端
5. 服务端拿到加密的数据和加密的密匙，先用私密将加密的密匙进行解密，拿到KEY
6. 在用KEY进行解密数据，一次数据传输过程就算完成。后面KEY对数据进行加密传至客户端，客户端有KEY可以直接解密，后端数据的传输就用KEY加解密。

2.5 AK/SK认证

       AK,SK是云主机用于验证某个发送请求的用户的身份。AK/SK是客户端与服务端都有的的密匙。

    AK: Access Key Id（AK）用于标示用户

    SK: Secret Access Key（SK）是用户用于加密认证字符串和云端用来验证认字符串的密钥

    具体验证过程如下：
客户端：

1. 客户端将AK放在请求头里
2. 客户端将请求数据用SK加密生成密文(签名)
3. 客户端将签名，和请求头一起发至服务端

服务端：

1. 服务端拿到签名和请求头，从请求头中拿出AK
2. 通过AK去数据库找到对应的SK
3. 通过SK将请求数据进行加密得到密文(签名)
4. 对比自己生成的签名和客户端传来的签名，两者相同，则认证通过，不相同，则认证失败。

 

3 MONGO数据库加密的方案

3.1 数据库层

       Mongo数据在最新的4.2版本退出字段加密，仅限企业版可以使用，mongo在服务端可数据库之间加了一个应用程序，根据用户需求，当应用程序检测到有需要加密的字段时，会将该字段进行加密进入数据库。同理，出数据库时会进行对应的解密

应用程序就是在服务端和数据库之间的多了的一层，他由五个部分组成：加解密程序，通信程序，KMS,JSON规则，mongo集群。

加解密程序：主要是负责加密数据和解密数据

通信程序：主要负责解析KMS,JSON规则，mongo集群，与加解密程序通信，告诉加解密程序，加密的KEY是什么，加密算法是什么等。

KMS:是一个第三方密匙管理服务，用来存储和获取密匙的地方。

JSON规则：里面主要是用户指定的加密规则，是AES加密还是DES3加密

Mongo集群：存储数据密钥密钥库的MongoDB集群。密钥保管库群集可能与存储客户端加密数据的群集不同

    数据加密过程如下：

1. 服务端传来需要加密的字段
2. 先验证改用户是否能获取到云端的密匙
3. 如果不能获取到则用户不能加密
4. 如果可以获取到则查看用户的JSON规则，JSON规则是用户想使用的加密方案，目前HMAC-SHA-512,MAC与AES-256-CBC加密算法的组合
5. 拿到用户设置的存储数据密钥密钥库的MongoDB集群。通信程序将其解析，传至加解密程序
6. 加解密程序与通信程序通信后，使用里面的KEY,加密算法，加密字段将其加密入库

出库也是执行同样的原理，如果用户不能访问云端的key，拿到的将是没有解密过的数据。