使用客户端加密实现安全的基于 Web 的云服务
介绍
这是来自于CCSW2020的一篇论文，CCSW全称Cloud Computing Security Workshop，是云计算安全的顶会，作者是Martin Johns，Alexandra Dirksen
概述
由于使用客户端加密的方式不能平移到Web的云应用程序中，本文提出了一种内置端对端组件CRYPTOMEMBANES，它可以在客户端加密的用户数据和不可信任的JavaScript之间提供隔离层。同时，作者提出使用现有方法实现CRYPTOMEMBRANES的可行性。实现CRYPTOMEMBRANES的方法是使用CMEMBRANEELEMENTS。此外，作者还提出了再现有浏览器实现该方法的可行性，即使用浏览器插件EXTENSIONMEEMBRANES。
前置知识
DOM：DOM是文档对象模型（Document Object Model）的缩写，是W3C制定的标准接口规范，是一种处理HTML和XML文件的标准API。DOM提供了一种访问和操作HTML文档的标准方法，以树结构表达HTML文档。DOM将HTML文档解析为一个由节点和对象（包含属性和方法的对象）组成的结构集合。通过DOM，开发人员可以使用脚本动态地创建、访问和修改文档的内容和结构。
CRYPTOMEMBANES
核心思想
CRYPTOMEMBRANES的核心是基于CMEMBRANEELMENTS代替常规的DOM元素，例如使用div元素代替cryptoFIV元素。
结构
数据库后端存放加密的数据，云应用程序查询数据库获取用户数据并编译成加密的HTML/JavaScript/JSON内容，Web浏览器呈现云应用程序的HTML/JavaScript，提供用户界面。客户端加解密机制和密钥存储单元解密传入的数据并加密传出的HTTP流量。为了保护解密后的值不受恶意JavaScript的攻击，数据被保存在浏览器中的CMEMBRANEELMENTS中。
简单来说，就是浏览器存在专有单元，当浏览器接受到专有单元的时候，传入加密的数据时，它首先解密呈现给用户看的界面。首先，云应用程序查询数据库的内容把他解析成加密的HTML/JavaScript/JSON内容，然后，Web浏览器接受到这个内容，并用专有单元进行解密，解密后的结果保存在CMEMBRANEELMENTS中并呈现给用户看。同时使用用户密钥进行加密，加密的结果呈现到JavaScript中。
CMEMBRANEELMENTS
它在形式、API和功能上分别对应相应的DOM元素，它存在加密的数据和未加密的数据两种形式的值，未加密的值通过浏览器UI呈现给用户，加密的值封装在网站的JavaScript值中，两个值其中一个值改变，另一个值也会相应更新。网站的JavaScript无权访问未加密的值。
CMEMBRANEELMENTS数据形式
1.数据输出形式（呈现给用户）：
使用ID为123的密钥解密，解密的算法为OrderPreserving，加密的值为“AB34CEA23…”
<CryptoDIV CMKeyID= " 123 " CMAlgID= "OrderPreserving ">
AB34CEA23...
< / CryptoDIV >
2.数据输入形式（呈现给JavaScript）：
使用id为345的密钥加密数据，加密的数据通过DOM API获得，因此JavaScript请求DOM API获取相应的HTML表单时也会携带加密的值。
<CryptoINPUT Type= " text " Name= " confinput " CMKeyID= "345 " CMAlgID= " Deterministic ">
EXTENSIONMEMBRANES
EXTENSIONMEMBRANES是将CMEMBRANEELMENTS替换为当前浏览器的扩展，使它能用于当前主流的浏览器并且不会被用户察觉。相关流程如下图：
方法是将传入的HTML源代码传递给呈现引擎之前，立即重写它，方法如下：
The following CMembraneElement..:
<CryptoDIV ID=" CM1 " CMKeyID= " 911 " CMAlgID= "Deterministic ">
AB34CEA23...
< / CryptoDIV >
... will be rewritten into:
<DIV rel-crypto= " cryptodiv " ID=" CM1 " CMKeyID= " 911 "CMAlgID= " Deterministic ">
AB34CEA23...
< /DIV >