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        可信代理的云環(huán)境下的安全存儲系統(tǒng)

        2017-11-22 07:51:46
        網(wǎng)絡(luò)安全和信息化 2017年4期
        關(guān)鍵詞:用戶

        云計(jì)算技術(shù)在發(fā)展過程中面臨許多關(guān)鍵性問題,而安全問題首當(dāng)其沖。本文通過分析當(dāng)前云存儲安全現(xiàn)狀和所面臨的安全問題,設(shè)計(jì)一種基于可信代理的安全存儲系統(tǒng)方案,該系統(tǒng)可獨(dú)立與底層文件存儲系統(tǒng)之上為云存儲文件系統(tǒng)提供安全機(jī)制。

        安全云存儲系統(tǒng)

        1.安全云存儲系統(tǒng)架構(gòu)

        云存儲系統(tǒng)按照其體系結(jié)構(gòu)可分為存儲層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層和訪問層。在通用安全云存儲系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)訪問層進(jìn)行加密操作后通過應(yīng)用接口層的公用API接口上傳至云存儲管理服務(wù)器,即基礎(chǔ)管理層?;A(chǔ)管理層將數(shù)據(jù)密文和其附加信息經(jīng)過安全高效的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)保存至存儲層。存儲層可以對上層存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的壓縮、刪冗處理,以便節(jié)省成本、提高存儲空間利用率。

        圖1 系統(tǒng)框架圖

        2.安全云存儲系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

        在目前的安全云存儲系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中,數(shù)據(jù)加密存儲是解決數(shù)據(jù)機(jī)密性問題的主要方法。但數(shù)據(jù)加密增加了服務(wù)器的性能消耗,引起數(shù)據(jù)存儲延遲,因此數(shù)據(jù)加解密算法在滿足用戶數(shù)據(jù)安全要求的基礎(chǔ)上,應(yīng)設(shè)計(jì)高性能、低消耗的數(shù)據(jù)加解密算法。而云端加密存儲的數(shù)據(jù),相同的數(shù)據(jù)采用不同的密鑰加密后數(shù)據(jù)不同,且加密后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,失去了原有了特性和規(guī)律,需要設(shè)計(jì)專門的基于密文的搜索機(jī)制。

        方案設(shè)計(jì)

        本文基于現(xiàn)有科研積累 Corselet、Plutus 存儲系統(tǒng)和行業(yè)方案,探索創(chuàng)新研究方向,改進(jìn)業(yè)內(nèi)現(xiàn)有方案的缺陷,利用云存儲加密技術(shù),依托云環(huán)境下的云盤應(yīng)用實(shí)現(xiàn)敏感數(shù)據(jù)的加密存儲,設(shè)計(jì)出一種云安全存儲解決方案——基于可信代理的云環(huán)境下的安全存儲系統(tǒng),解決云端存儲數(shù)據(jù)安全問題,消除用戶敏感信息泄露風(fēng)險,提升云端敏感數(shù)據(jù)存儲安全性,如圖1。

        系統(tǒng)架構(gòu)主要由客戶端和存儲服務(wù)器兩部分構(gòu)成,客戶端包含個人PC、可信代理和云盤等應(yīng)用系統(tǒng),數(shù)據(jù)加解密和密鑰管理均有客戶端完成,改進(jìn)了現(xiàn)有方案中云服務(wù)商密鑰的非透明加密存儲做法。

        客戶端中可信代理部分為客戶端核心部分,完成云存儲數(shù)據(jù)加解密和密鑰生成、分發(fā)和存儲的密鑰管理功能,同時可信代理增加負(fù)載均衡,這樣就避免了單點(diǎn)故障的隱患。

        對于無需加密的數(shù)據(jù)的傳輸提供兩種方式,既可以通過安全代理傳輸,也可以通過無加密數(shù)據(jù)傳輸通道直接傳遞,避免了當(dāng)可信代理部分出現(xiàn)故障,導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法傳輸情況的發(fā)生。

        數(shù)據(jù)存取流程

        該基于可信代理的云安全存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)共享的數(shù)據(jù)流程。

        1.文件加密上傳

        數(shù)據(jù)上傳操作時,當(dāng)用戶打開客戶端選擇上傳功能時,系統(tǒng)判定用戶上傳的數(shù)據(jù)現(xiàn)有存儲系統(tǒng)中是否已有相同文件,如果重復(fù),不做操作,返回提示用戶,當(dāng)前上傳文件已存在,不用重復(fù)上傳;如判定不重復(fù)后,彈出是否加密上傳,用戶如選擇不加密上傳,則系統(tǒng)直接將文件夾上傳到存儲服務(wù)器中;若用戶選擇加密上傳,可信代理隨機(jī)生成文件加密秘鑰,對文件進(jìn)行加密后上傳到存儲服務(wù)器中。

        2.文件解密下載

        數(shù)據(jù)下載操作時,當(dāng)用戶打開客戶端下載數(shù)據(jù)時,系統(tǒng)從存儲服務(wù)器端下載數(shù)據(jù),系統(tǒng)判定用戶下載的數(shù)據(jù)是否為密文,若不是密文,則直接傳輸給用戶;如是密文數(shù)據(jù),由可信代理調(diào)取密文加密時所用的密鑰,并對密文數(shù)據(jù)做解密操作,數(shù)據(jù)解密后將數(shù)據(jù)傳輸給用戶。

        3.云端密文數(shù)據(jù)共享

        在進(jìn)行數(shù)據(jù)共享操作時,當(dāng)用戶打開客戶端共享數(shù)據(jù)時,系統(tǒng)從存儲服務(wù)器端下載數(shù)據(jù)并判定用戶要共享的數(shù)據(jù)是否為密文,若不是密文,則直接生成共享連接給用戶;如是密文數(shù)據(jù),則系統(tǒng)調(diào)用可信代理模塊調(diào)取密文加密時所用的密鑰,并對密文數(shù)據(jù)做解密操作,再將共享連接發(fā)送給用戶,共向用戶輸入提取碼則可共享加密數(shù)據(jù)。

        方案分析

        本方案實(shí)現(xiàn)了云安全環(huán)境下對存儲數(shù)據(jù)的高效加解密、密鑰靈活管理、密文快速搜索、密文數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)安全傳輸和數(shù)據(jù)重復(fù)判斷等功能,滿足現(xiàn)有云安全存儲系統(tǒng)的架構(gòu)和功能要求,其輕量級加密算法在保證安全性的同時,也降低了客戶端性能開銷,能在用戶無感知情況下完成數(shù)據(jù)加解密操作。

        本方案與業(yè)界現(xiàn)有方案相比,具有明顯優(yōu)勢。與亞馬遜云同態(tài)加密方法相比,因同態(tài)加密算法復(fù)雜,性能消耗大,且密鑰管理不夠靈活,本方案采用性能低消耗設(shè)計(jì),可降低客戶端計(jì)算負(fù)擔(dān),并采用靈活的密鑰管理方法,具有更強(qiáng)的實(shí)用性;與書生云的TruPrivacy方案相比,TruPrivacy方案僅完成了數(shù)據(jù)加解密、完整性驗(yàn)證功能,未能攻克云端數(shù)據(jù)加密存儲的重要功能需求——密文檢索和數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)膯栴},本方案在實(shí)在基本功能的同時,采用關(guān)鍵字搜索方法實(shí)現(xiàn)云端存儲密文檢索功能。

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