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关键词: 云存储服务端; 海量数据; 安全存储; 数据加密解决方案
中图分类号: TN915.08?34 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2017)03?0079?03
Encryption solution for mass data secure storage of cloud storage server
ZHU Rong1, ZHOU Cailan2, GAO Rui1
(1. Hanjiang Normal University, Shiyan 442000, China; 2. Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)
Abstract: The cloud storage developed by computer network technology is a service to provide the data storage and access for users, which is developed based on the cloud computing. The key concept and relevance structure of the cloud storage are introduced in detail, and the cloud storage security problem at present stage is studied. A suitable data encryption solution is put forward, which can protect the data privacy effective for users, and play a main significance for the development and application of the cloud storage.
Keywords: cloud storage server; mass data; secure storage; data encryption solution
1 云存及其基本结构
1.1 云存储的定义
云存储(Cloud Storage)通过集成合作软件技术,以计算机网络技术为基础,分布式存储技术、海量数据存储技术为核心,使接入网络的各类型计算机存储设备将各种信息传输至外界,同时提供业务访问、信息共享等服务的系统。
1.2 云存储系统的结构
云存储是开放式的网络访问平台,它的软硬件设备众多,例如服务器、客户端、网络装置、应用程序、登录接口等。每个核心硬件设备均以为使用者提供数据存储及数据交换访问应用程序和软件为基础。云存储包括如下四个层次的结构体系:
(1) 存储层。它是由存储设备、服务器和网络设备组成,是云存储中下层基础的部分。
(2) 基础管理层。该层为云存储的核心部分,能够实现最为重要的功能,除了保证系统的功能使用和系统性能的稳定要求,还能够实现信息数据的加密和备份等工作。
(3) 应用接口层。作为应用软件开发的重要层次,提供系统的应用软件进行开发和更新升级的功能。
(4) 访问层。该层为客户访问及信息交换的应用程序端口,达到实现云存储数据共享的目的。云存储服务的结构如图1所示。
1.3 云存储系统面临的安全问题
云存储系统是基于开放式的互联网络,如何保障用户信息数据的安全是当前云存储所面临的一个难题,以下就云存储系统面临的安全问题进行具体说明。
(1) 传统的安全域划分无法保证云存储的安全。由于云存储的服务必须具备开放性的扩展空间,准确划分其安全界限是极为困难的,对于用户来说,无需清楚云存储的内在运行机制,使用传统的安全域划分并不能保障使用者的信息安全。
(2) 云存储数据网络传输的泄密问题。在开发式的网络上传输数据容易造成数据的泄密,黑客或者恶意攻击者通过网络技术对数据进行篡改和窃取,轻易就能获取客户的数据,对云存储的发展带来不利的影响。
(3) 云存储数据的安全防护问题。如何确保用户在云存储数据的完好以及数据的分散存放等必须采取安全防护措施。传统的数据加密仅用于在互联网络上的交流传送,而对已经保存在存储器或服务器上的数据缺少必要的防护手段。
(4) 云存储数据的可用性和可靠性问题。由于目前云存储存在缺陷,纠错、兼容性及数据恢复完整的功能存在一定的问题,如何在突发事件、不可预见的不利条件下造成服务中断及对数据的破坏等问题,目前没有很好的解决。
2 云存储安全加密解决方案
出于达到使用者数据与隐私不被泄漏的目的,要将加密步骤应用到数据处理过程中。加密操作完成之后,数据在网络内的传递过程就具有安全性。对于关系型数据库而言,使用最多、最为常见的模式为数值型和字符型。完成数值型的加密工作之后,对把初始数值的可比性及分布顺序等特征改变,字符型的加密工作和数值型的相似。为了确保云存储数据库内数据的安全性与隐私性,要设计一种可靠的技术。按照关系型数据库的特点和现实使用要求等因素,设计其加密技术时,要考虑到:此类数据库具有较长的数据存储周期,所以加密水平需要较深,保证其破解难度高;数据被加密之后,不可以占据较多的存储空间资源;加密与解密工作需要具备时间短、安全性好、易于进行标准化的操作等特征,不能影响整个数据库的使用效率。为了满足数据库这种高要求,将对称加密技术应用到数据库加密工作中具有适用性。在对称密码技术中,分组密码技术具有代表性,它的特征是具有较高的加密速度,具体过程为固定改变某一明文数据块,通过软件完成这一工作的难度较低。除此之外,分组密码技术适用于加密存储及保密传输等过程中。
2.1 数据加密存储方法与安全性
为了保障云存储数据库服务的安全性,提出基于云存储服务端海量数据安全存储的加密技术开发策略,此策略利用初始向量的改变对数据库包含的密文排列规律进行调整,初始化向量可看成是密钥客户端,将改变次数保存在数据库内就能防止频率攻击行为对数据库产生破坏。出于降低数据库加密之后冗余度的目的,使用基于数据项的加密方式对云存储数据库中的重要隐私数据信息进行加密保护。使用分组密码算法的技术对数据信息进行加密处理,将某一TINTINT数据保存在数据库内部即可,根据实验结果及相应的归纳分析可知,此技术不会造成很大的冗余度。
用户在和云存储库发生数据交互的过程中,数据信息量大且使用的是公共互联网络,数据的安全保障难度极大,使用常规的数据库加密方法,对所有改变过的初始化向量均要进行保存,这会导致冗余度较大,按照重复的数据读取历史信息,黑客等破坏者就能攻击相应的库,导致库中数据及隐私发生泄漏。所以要在客户端中存储初始化向量,将最开始的向量IV改变的次数保存下来,达到降低存储量的目的,确保向量的隐私性与安全性,对于库而言,加密它的技术具有隐密性,只有初始化向量的改变次数显露出来。在解密重要数据的过程中,要按照主键运算有多少次循环,即[n]次数值对现阶段的初始化向量进行运算。
2.1.1 线性搜索算法
该算法在加密工作中的对象是明文数据,它通过对称加密的方法处理明文数据。所有关键词均有对应的密文数据,此算法将产生特定长度的伪随机序列,这一长度要比密文数据的长度短,然后随机序列和密文数据一起进行判断,产生校验序列,接着通过伪随机和校验序列再次加密密文数据。用户进行存储及数据检索时,必须提供与明文信息相匹配的密文信息序列。如果不能提供出密文信息序列,则系统拒绝使用者的检索要求。
此算法具有一次一密的特征,它的长处在于统计分析及抵抗检索的水平很高,不过它也存在一定的缺陷,每次使用该算法均要匹配密文数据,对于存在海量数据的云存储服务端的应用环境中难以得到利用,对其广泛的普及应用带来不利影响。
2.1.2 基于关键词的公钥搜索
针对云存储与云计算资源分布的不均匀对称性及使用者在移动环境下对信息存储及数据检索的要求,国外科技工作者开发出基于关键词的公钥加密搜索算法,算法通过区分明文关键词和密文分别生成公钥、私钥,通过公钥来加密需要检索的明文关键词,然后将对应的密文数据检索出来。
2.1.3 安全索引
安全索引这种技术最早是由国外专家设计出来的,它的基本理论是加密时需要的密钥是由预先产生的某一逆Hash序列提供的,然后在布隆过滤器内保存加密之后的索引。进行检索工作时,第一步是通过逆Hash序列密钥产生数个陷门,接着布隆过滤器就发挥作用,解密反馈的密文数据就能得到需要的信息。该方法在简单的索引技术中适用性较好,可以有效地防范统计攻击等行为,不过它也有一定的缺陷,即密钥序列的规模很大,当检索数目不断提高时,检索时间会越来越长,产生的效率也相应降低,计算更为复杂,难以在云存储服务中得到有效的应用。
2.1.4 引入相关排序的加密搜索算法
排序搜索算法的原理:通过保序加密技术来加密所有文档包含的关键词词频。此方法在提交加密文档查询指令到服务器之后,第一步是将包含关键词密文的文档找出;第二步是重新排列通过保序加密技术处理的密文词频数据;第三步是将评价值大的文档反馈至用户端,然后使用者开展解密操作。
该方法为了把检索出的最为匹配的文档信息反馈给使用者,在给定多个可能相关文档的情况下对加密文档进行排序。这种方法存在的缺点是不适用于一个查询中包含了多个关键词的情况,而且此算法只利用了文档中的词频信息,无法利用词的逆文档频率,因而向量空间模型无法直接应用。
2.1.5 基于全同态加密的检索方法
在对当前的加密检索算法进行研究之后发现,要保证查询全面与准确这两大要求,设计了一种新型的加密检索算法,即面向云存储程序的全同态技术。
全同态技术的原理是通过向量空间模型将查询出来的文档和未查询的数据间的相关度计算出来,接着统计倒排文档及检索词的频率,再通过全同态技术加密相应的文档,并将相关的索引技术构建出来。在检索之后,服务器会收到索引密文和加密文档。利用这种技术加密的明文信息无需将明文恢复就被准确检索到,使用者能获得相关度最高的文档。这样使用者信息的隐私性和安全性就得到了保障,还使检索效果更加出色。
2.2 密文访问控制
对于大多数云存储服务的使用者来说,在开放性的互联网络和市场经济激烈的商业竞争环境中,选择提供云存储服务的供应商能否保证用户的重要信息和敏感数据是非常重要的前提,并不是只对数据开展传输工作。该方法的应用场景为服务器端不具备可信度,它能够保证所存储数据的安全性,云存储才能得到更为广泛的应用。密文访问控制流程如图2所示。
3 结 论
S着云存储的快速发展,用户对敏感数据及隐私数据提出了保护要求,如何保障云存储服务端海量数据的安全存储,本文从技术层面提出了加密解决方案,为使用者提供更为完整、安全的存储服务。
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关键词:云计算 云灾备服务 身份认证 数据管理
中图分类号:TP39 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2015)09-0000-00
1 引言
随着计算机技术、互联网技术、网络安全技术的发展,中小金融机构利用云计算技术、数据同步技术与身份认证技术实现灾难云接管以及基于灾备服务云平台与第三方机构的互联互通,从而实现灾备场景下的全业务接管的技术架构与方案。身份认证技术是网络安全技术领域的一个热门研究问题。基于云计算的身份认证方案可以很好的确保云灾备服务系统的安全性。本文提出一种具有身份认证功能的云灾备服务安全系统方案,保证云灾备服务系统的安全性。
2 相关技术
2.1 云计算
云计算[1]是一种能够向各种互联网应用提供硬件服务、基础架构服务、平台服务、软件服务、存储服务的系统。给用户提供可靠的、自定义的、最大化资源利用的服务,是一种崭新的分布式计算模式。云计算包括三个层次的服务[2]:基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)以及软件及服务(SaaS)。云计算还具有用户/服务管理、订阅和计费管理、监控和服务质量管理、配置和资产管理等功能[3]。
2.2 云灾备
目前利用云存储服务进行数据灾备是一种广泛使用的第三方数据灾备服务模式。多种服务模式的云灾备技术的出现使得灾备用户可以根据不同的灾备数据选择不同的灾备服务模式。动态服务形式使云灾备系统可以根据用户需求的动态变化进行IT资源的调整,能同时为多个用户提供云灾备服务。
2.3 身份认证
身份认证指的是系统审查用户身份的过程,查明用户是否具有对某种资源的访问和使用权限,它能够通过标识和鉴别用户的身份,来提供一种判明和确认通信双方真实身份的机制,身份认证可以采用各种技术,来确认系统访问的权限和身份,防止攻击者假冒合法用户获取访问权限,对系统资源进行非法访问,使计算机系统的访问控制策略能够可靠地执行,从而保证合法用户的利益及系统和数据的安全[4]。
3 云灾备系统数据管理技术
在云灾备系统中,为了整合来自不同类型的数据资源,本文采用一种有效方式整合不同的、分布式的数据资源,把整合后的数据资源变成一个标准化和可交换的通用数据格式,然后相关公开数据。描述不同的公开数据资源集,并在连接公开数据云上连接其他数据来源,有效解决云灾备系统减灾过程中的数据管理。
在不同的数据仓库,需要连接其他相关资源来分享与交换数据。在灾难数据管理中分享是至关重要的,可以有效管理灾难事件。关联数据集中于云灾备系统所的数据,寻求其他相关信息进行互联。使用灾难管理系统,链接公开数据云为增强来源于不同组织或个人数据的使用潜力提供了桥梁。关联数据浏览器通过资源描述框架(RDF)的链接,允许用户浏览不同的数据资源。因此用户可以发起一个数据源,在动态中通过潜在的连续的WEB数据组成RDF三元组。设计一个链接公开数据云模式,使用统一资源标示符命名所有的项目或事件到中。通过使用RDF链接,公开数据可以链接其它数据资源。从而可以对中小金融机构云灾备系统中的数据进行及时有效的分享、交换、链接与管理。
4 云灾备身份认证系统关键技术方案
中小金融机构云灾备服务系统是面向中小金融机构提供灾备服务的云平台,需要建立统一的信任源及安全认证机制,对平台用户的身份进行有效管理,对访问权限进行有效控制,对关键业务操作进行审计。
4.1灾备云中身份认证系统构成
身份认证系统与中小金融机构灾备云服务平台的关系和操作流程,如图1所示。
图1 身份认证系统与灾备云平台的交互流程
这其中包括如下几方面的业务流程:
数字证书签发:通过规范的鉴证流程,为云灾备服务平台所涉及的个人和企业颁发数字证书,将员工、中小金融机构、用户的虚拟身份和真实身份进行绑定,解决身份标识问题;
统一身份认证:通过身份认证系统,为云灾备服务平台提供统一的身份认证服务。当内部云灾备运维人员及中小金融机构用户访问云灾备服务平台的业务系统时,首先要进行统一的身份认证,身份认证通过后,根据用户权限,实现对业务系统的访问;
关键数据加密:对云灾备服务平台的业务系统中的敏感信息进行加密传输,保证网络环境中业务处理系统的机密性需求;
关键操作电子签名:对云灾备服务平台的业务系统中的重要操作系统,如灾备系统切换、数据同步、告警响应等进行电子签名处理,保证不可抵赖性,使得云灾备服务平台的业务系统中的各种业务行为具备可追溯性。
4.2 身份认证系统的功能设计
身份认证系统主要由RA注册中心、CA认证中心和KMC密钥管理中心构成。同时,身份认证系统需要支持构建多级CA、RA,根据中小金融机构云灾备服务平台的运营和推广,构建灵活的信任体系,如图2所示。
图2 身份认证系统的功能架构
4.3 与云灾备平台业务系统集成方案
身份认证系统与云灾备平台业务系统集成的实现包括三种类型:证书应用开发接口集成(API)、B/S架构系统的集成和C/S架构系统的集成。
数字证书开发接口(API)目标是通过软件包的形式提供给业务系统的客户端和Web应用,通过所提供C、JAVA和COM接口,实现数字证书应用的集成。
针对灾备云服务平台中B/S结构的业务系统,利用Web服务器对SSL(Secure Socket Layer,安全套接字协议)技术的支持,可以实现系统的身份认证和访问控制安全需求。
针对灾备云服务平台中C/S结构的业务系统,实现双向身份认证的原理是通过双向认证的加密通道来实现。在实现双向身份认证时,专用客户端需要对证书进行处理,包括完成服务器证书的验证,让用户选择证书进行提交等。
5 结语
随着云计算技术的发展,为我国中小金融机构灾备服务体系提供了一种新的云灾备服务平台,本文结合云计算、云灾备、身份认证的关键技术,提出一种云灾备的数据管理与身份认证安全系统建设方案。鉴于当前云计算的发展现状,将用户信息及数据存储在云中会有许多不安全因素;对用户信息与数据进行分享、交换、管理和加密处理后再传输和存储可以起到很好的保护作用。因此该方案还有待改进之处。
参考文献:
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收稿日期:2015-08-13
【关键词】云存储;访问控制;性能优化
中图分类号:TP39文献标识码A文章编号1006-0278(2015)12-151-01
存储即服务的概念不断深入人心,云存储作为云计算概念的发展和延伸得到了快速的发展。云存储是一种全新的存储服务模式,有效地整合了大规模的存储资源并把存储以服务的形式提供给用户。云存储实现了合理的数据存储和高效的数据管理,有效地减轻了用户对数据存储和管理的负担,同时也降低了用户的开销。随着云存储服务和研究的不断深入,政府部门和企业数据外包服务等应用成为云存储应用的重要部分。
随着云存储技术的快速发展,数据安全问题得到了产业界和学术界的广泛关注。绝大部分用户希望在不损害数据原有安全性的前提下使用云存储服务。针对云存储中数据保护需求,研究者开始采用密文访问控制机制来保护数据在存储和共享过程中的安全。然而,在云存储中采用密文访问控制机制会较为明显地增加用户使用开销,降低用户访问云存储的效率。特别是当数据共享规模大、用户属性较少、访问权限变更频繁、数据访问集中时,采用密文访问控制机制会明显增加用户访问云存储的延时。如何有效应对密钥分发复杂、权限撤销开销大、用户资源受限等挑战,降低采用密文访问控制机制的额外开销,是云存储数据安全保护研究中亟待解决的关键问题。
一、密文访问控制的基本应用场景
数据所有者主要负责数据加密和密文分发操作,数据一般采用对称算法加密后托管到云端,然后通过安全信道或其他可靠手段将密钥分发给授权的数据使用者。数据使用者从云存储中取回数据后解密使用,采用不同密文访问控制技术时的解密密钥获取过程不尽相同。云存储服务提供商只需要提供相应的数据存储能力,响应数据读写请求即可。系统管理员负责配置云存储服务,完成密文访问控制机制初始化,管理维护系统用户的身份证书。
二、简单个人用户密文访问控制实现方案
用户将数据加密后存放到云存储中,使用时取回数据并解密。简单个人用户很少需要共享数据,因此可以简化密文访问控制过程,降低用户开销,简单个人用户密文访问控制实现方案的基本流程,如图1所示。
三、总结
本文在深入分析云存储中数据安全防护需求的基础上,综合现有密文访问控制技术和新型密码技术,提出了云存储中密文访问控制模型的数学描述,并分析了影响模型性能的主要因素。然后分别针对简单个人用户、社区个人用户和企业用户,给出了模型的多种不同实现方案。其中,基本密文访问控制方案能够为简单个人用户的数据云端存储和共享过程提供简洁、有效的保护。基于本地的云存储访问效率优化技术。企业用户使用云存储时具有数据量大、共享频繁、访问相对集中等特征,如果简单地采用密文访问控制机制来保护数据存储和共享安全,则会降低云存储的访问效率。基于本地的云存储访问效率优化技术,能够在企业已有计算、存储资源上部署本地,然后通过本地来代替员工完成密文访问控制相关操作、并缓存频繁访问的数据,最终有效地降低采用密文访问控制机制对企业用户的影响。以上研究成果针对云存储数据安全需求,在保证数据安全的前提下提升了密文访问控制机制的效率,促进了密文访问控制技术在云存储数据安全保护中的进一步应用,具有一定的理论意义和实际应用价值。
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技术创新、应用创新、服务创新、产业创新是对中兴智慧城市解决方案优势的全面诠释。整体解决方案涵盖管理、安全、园区、交通、医疗、教育、旅游、物流、环保等众多领域,全方位助力城市应对城市化发展新挑战、创建更加智慧的城市、打造高品质生活城市。目前,中兴智慧城市解决方案的四大创新之处也已落地于具体的智慧城市建设中。
技术创新
在TD―LTE的建设项目中,北京市TD―LTE政务物联数据专网开创了无线政务专网先河,也是中国第一张TD―LTE无线商用网络。中兴通讯目前已建成200多个基站,覆盖四环以内区域,可满足北京市各级政府及相关委办局在城市安全运行和应急管理等领域的物联网应用需求,同时还将承载北京市医疗卫生、交通运输、市政市容、能源环境、公共安全等民生、应急、城市管理领域物联网示范应用,并推动TD―LTE技术在专网上的应用推广,从而带动整个TD―LTE产业的发展。
应用创新
南京市公安局“3・20”道路图像监控系统数据汇聚项目,政府要求在市局集中建设一套适应海量数据处理的高性能道路图像监控数据云存储平台,该平台将从现有的六个数据分中心获取和汇聚道路监控数据,以便提供集中式的道路监控数据管理功能,为开展各种车辆监控数据应用提供海量数据存储管理和计算服务能力。
服务创新
在智慧园区的建设方面,中兴通讯为苏州太仓市科教新城园区提供基于云计算和物联网技术的综合解决方案,为园区入驻企业提供云主机、云桌面、云存储、融合通讯、协同办公、商旅等云服务。该方案从根本上解决传统园区的IT和CT基础设施重复建设、信息服务薄弱、管理应用缺乏、内外交流障碍等问题,实现整个园区的智能化管理和服务,助力园区扩大品牌影响,增强招商引资竞争力,并实现向上海、江苏乃至全国相关产业互补性建设辐射。
日前,在由中国计算机报、中国计算机行业协会、中国信息化推进联盟联合主办的“2013中国行业信息化奖项评选活动暨第五届中国行业信息化颁奖盛典”上,赛凡信息科技以“横向扩展云存储C2100系列产品”荣获“2013年度中国存储行业信息化最佳产品奖”。
随着大数据时代的到来,数字化企业管理和城市生活的不断普及,云存储技术已由追求高容量转向容量与动态性两者兼得的双向需求,横向拓展NAS集群架构的存储产品成为这波大数据浪潮的宠儿。为应对智能管理的虚拟化云平台、高性能的海量大数据集中处理、高度安全的数据保护,以及不可预期的数据激增趋势等对高端存储的挑战,赛凡推出了三大主力产品,满足从小规模到大规模的云计算应用(赛凡C1100云存储、赛凡C2100云存储、赛凡C4100云存储),其中赛凡C2100系列产品凭借在不同行业的解决方案的大量应用和口碑,成为此次评选中的最佳存储产品。
据了解,赛凡C2100系列产品在中小型虚拟化云平台中的应用优势尤为突出。首先为应对未来大数据面临的存储和访问量暴涨趋势,高性能、高并发的爆发力和高延展性是非常重要的应用基础。赛凡独特的对称式分布存储架构,应对超大访问量读写有着惊人的能力,在不宕机的情况下,系统存储容量和性能同比增长,单机性能800MB/秒持续写入,集群性能接近于集群规模x 800MB/秒的速度持续写入,最高可达8GB/秒和20万IOPS读写性能。赛凡C2100所采用的松耦合透明横向拓展集群NAS架构,可按需配置容量,从1~16的节点在线灵活调控,适应不同时期的存储发展规划,最大可达7PB以上的容量,为容量与动态性双向高拓展性提供了坚实保障。
赛凡C2100系列产品在虚拟化应用的优势还体现在智能文件管理系统的创新。专业简单的数据管理设计让系统管理者更轻松,30分钟即可快速部署,单一入口系统管理支持多节点同时读写,是市场上真正意义的单一命名空间,彻底自动化的存储池管理避免人为错误,无论多大的集群规模均便于使用。企业可最大限度减少数据中心的管理成本和业务中断,同时减少为提升应用性能的投入。