尚 方,張 爽,王孝余,劉 生,姜 鵬,劉峙麟
(1.國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030;2.黑龍江大學(xué) 數(shù)據(jù)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,哈爾濱 150080;3.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 航天學(xué)院,哈爾濱 150001)
隨著“大云物移智”的全面發(fā)展,信息安全問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。大量信息存儲(chǔ)在各種存儲(chǔ)介質(zhì)中,為人們提供了極大的便利,但同時(shí)也面臨著數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn),確保數(shù)據(jù)安全成為信息安全研究的一個(gè)主要方向[1-2]。數(shù)據(jù)屬于企業(yè)的重要資產(chǎn),與企業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)[3-6]。國(guó)家電網(wǎng)有限公司作為國(guó)家支柱企業(yè),一直把信息安全作為日常生產(chǎn)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)來(lái)對(duì)待[7]。其信息化程度處于中國(guó)先進(jìn)隊(duì)列,信息化管理水平、人員素質(zhì)、信息安全設(shè)備的使用情況優(yōu)于大部分企事業(yè)單位。國(guó)家電網(wǎng)有限公司應(yīng)用的存儲(chǔ)介質(zhì)類(lèi)型多,范圍廣,且數(shù)量極為龐大,存儲(chǔ)介質(zhì)中存有公司的各種重要信息和工作資料[8]。在電子數(shù)據(jù)的擦除和銷(xiāo)毀方面,公司有迫切的需求[9]。
為此,公司制定了一系列的管理規(guī)定和指導(dǎo)意見(jiàn),也出臺(tái)了專門(mén)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),從管理上嚴(yán)格把關(guān);還通過(guò)國(guó)家電網(wǎng)有限公司數(shù)據(jù)恢復(fù)和銷(xiāo)毀中心,研發(fā)了專用的并行電子數(shù)據(jù)擦除平臺(tái),并在系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)試點(diǎn)單位進(jìn)行推廣,取得了良好的效果。該平臺(tái)目前有兩個(gè)版型,均已經(jīng)應(yīng)用3年以上。通過(guò)對(duì)平臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程中一些關(guān)鍵點(diǎn)的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行剖析,以及對(duì)使用中需要關(guān)注的一些工作技巧和技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行詳解,為其他大型企事業(yè)單位的類(lèi)似應(yīng)用場(chǎng)合提供了良好的解決方案,為數(shù)據(jù)擦除及銷(xiāo)毀行業(yè)技術(shù)的發(fā)展提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
數(shù)據(jù)銷(xiāo)毀是把存儲(chǔ)介質(zhì)上的數(shù)據(jù)徹底清除掉,使之不能被讀取和數(shù)據(jù)恢復(fù)的技術(shù)手段[10-11]。業(yè)內(nèi)通常根據(jù)數(shù)據(jù)被破壞的效果,直接用數(shù)據(jù)銷(xiāo)毀這個(gè)詞指代“邏輯銷(xiāo)毀”以及“物理銷(xiāo)毀”兩種情況。為了明確這兩個(gè)截然不同的概念,根據(jù)2017年發(fā)布的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1757—2017《電子數(shù)據(jù)恢復(fù)和銷(xiāo)毀技術(shù)要求》,通過(guò)“存儲(chǔ)介質(zhì)是否會(huì)遭到破壞”這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的對(duì)比,把“數(shù)據(jù)擦除”這個(gè)詞專門(mén)指代業(yè)內(nèi)人士所說(shuō)的“邏輯銷(xiāo)毀”這個(gè)概念;而對(duì)已經(jīng)發(fā)生了存儲(chǔ)介質(zhì)被破壞的“物理銷(xiāo)毀”情況,指定了一個(gè)專有名詞,即“數(shù)據(jù)銷(xiāo)毀”。根據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)被破壞的程度和方法,分成2個(gè)等級(jí)。
數(shù)據(jù)擦除技術(shù)是指對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)電子數(shù)據(jù)進(jìn)行破壞,但存儲(chǔ)介質(zhì)可繼續(xù)使用,在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中,其標(biāo)準(zhǔn)定義為:“使用預(yù)先定義的無(wú)意義、無(wú)規(guī)律的信息覆蓋存儲(chǔ)介質(zhì)上原數(shù)據(jù),達(dá)到對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)電子數(shù)據(jù)進(jìn)行銷(xiāo)毀的目的。”而“物理銷(xiāo)毀”包括2個(gè)等級(jí):一級(jí)銷(xiāo)毀和二級(jí)銷(xiāo)毀。一級(jí)銷(xiāo)毀是指存儲(chǔ)介質(zhì)銷(xiāo)毀后形成的殘留物或殘片上不存在信息,或不存在任何有價(jià)值的信息,采用現(xiàn)有的技術(shù)措施無(wú)法重組恢復(fù)出有價(jià)值的信息,可直接廢棄;二級(jí)銷(xiāo)毀是指存儲(chǔ)介質(zhì)銷(xiāo)毀后形成的殘留物或殘片上仍含有信息,存在被恢復(fù)出信息的風(fēng)險(xiǎn),在信息涉密程度許可的情況下可以使用。可見(jiàn)“數(shù)據(jù)擦除”的概念還是容易理解的,但是“數(shù)據(jù)銷(xiāo)毀”的概念兩級(jí)分類(lèi)不夠直觀。為了清晰地說(shuō)明這兩種情況的不同,下面以磁盤(pán)和磁帶為例進(jìn)行說(shuō)明。
1)通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)把磁盤(pán)和磁帶消除磁性后,原來(lái)記錄的磁信號(hào)不能再次讀取到,符合“殘留物或殘片上不存在信息”這種情況,是一級(jí)銷(xiāo)毀。
2)通過(guò)高溫,把磁盤(pán)熔化成液體或把磁帶焚毀成灰,符合“殘留物或殘片上不存在信息”這種情況,是一級(jí)銷(xiāo)毀。
3)通過(guò)碎紙機(jī)類(lèi)型產(chǎn)品,把磁盤(pán)盤(pán)片打碎成小碎塊或把磁帶剪碎成小碎片,這種情況符合“存儲(chǔ)介質(zhì)銷(xiāo)毀后形成的殘留物或殘片上仍含有信息”,是二級(jí)銷(xiāo)毀。
當(dāng)然,對(duì)于光盤(pán)、flash存儲(chǔ)芯片等,都有其專門(mén)對(duì)應(yīng)的一級(jí)、二級(jí)數(shù)據(jù)銷(xiāo)毀方式。但不管什么介質(zhì),不論是采用一級(jí)銷(xiāo)毀、二級(jí)銷(xiāo)毀還是數(shù)據(jù)擦除方式來(lái)處理,對(duì)于數(shù)據(jù)恢復(fù)來(lái)說(shuō)都是非常困難的,甚至可以說(shuō)是不可能完成的任務(wù)[12]。但是,為了安全起見(jiàn),涉密的存儲(chǔ)介質(zhì)在選擇擦除方式時(shí),一般都采用了銷(xiāo)毀的方式。
文件系統(tǒng)可以理解為一本書(shū),前面是目錄,后面是正文,目錄中標(biāo)明了正文中每一頁(yè)的內(nèi)容。如果僅是通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái)刪除一個(gè)文件,相當(dāng)于先是在目錄中尋找到這個(gè)文件的索引,然后把這個(gè)文件的名字從目錄中擦掉,再把這個(gè)文件所在的正文內(nèi)容頁(yè)碼標(biāo)記為“空白,可用”而已。而不會(huì)繼續(xù)到正文頁(yè)碼中去把這幾頁(yè)正文記錄的數(shù)據(jù)完整地擦掉。之所以這樣處理,是因?yàn)閮牲c(diǎn)。其中重要的一點(diǎn)是這樣僅擦除目錄的方式可以極大地提升工作效率,尤其是像下載的電影或者大的軟件包等,如果要把正文頁(yè)都覆蓋一遍的話,硬盤(pán)動(dòng)輒需要寫(xiě)入幾個(gè)G的數(shù)據(jù),這個(gè)過(guò)程對(duì)于CPU和系統(tǒng)的整個(gè)性能都會(huì)造成非常大的影響,而采用只刪除目錄而不涉及正文的方式可以非??斓耐瓿?;另外一點(diǎn)是,也沒(méi)有必要對(duì)后面的正文進(jìn)行逐個(gè)刪除,尤其是像操作系統(tǒng)以及各種軟件的緩存文件等,需要隨時(shí)更新覆蓋,覆蓋之后只會(huì)讀取到最后一次寫(xiě)入的信息,前面寫(xiě)什么已經(jīng)無(wú)所謂了。從文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)刪除機(jī)制來(lái)看,想要徹底的刪除數(shù)據(jù)必須要完整細(xì)致地把文件目錄和正文內(nèi)容徹底覆蓋。
如果數(shù)據(jù)已經(jīng)覆蓋,用普通的數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件或者設(shè)備工具只能讀取到最后一次寫(xiě)入的信息,原來(lái)的數(shù)據(jù)不能再次讀到,在這種情況下就相當(dāng)于已經(jīng)把數(shù)據(jù)擦除掉。然而,通過(guò)一些特殊的手段,可以直接從盤(pán)片上讀取被覆蓋的數(shù)據(jù),這就是標(biāo)準(zhǔn)擦除存在的原因,因此在設(shè)計(jì)電子數(shù)據(jù)擦除和銷(xiāo)毀平臺(tái)時(shí),考慮到了可以直接采用標(biāo)準(zhǔn)擦除的方案,又增加了對(duì)于專門(mén)區(qū)域采用設(shè)定字符覆蓋指定次數(shù)的人性化設(shè)計(jì)。因?yàn)樵诙啻尾脸龑?shí)踐中,發(fā)現(xiàn)用戶有既要保存好信息,又要?jiǎng)h除特殊數(shù)據(jù)的需求。使用特殊的方法和設(shè)備來(lái)讀取已經(jīng)覆蓋到的磁信號(hào),其理論依據(jù)有兩種:
1)根據(jù)磁信號(hào)的強(qiáng)弱,來(lái)判斷這個(gè)信號(hào)曾經(jīng)記錄過(guò)什么信息。例如,如果某個(gè)信號(hào)記錄的位置A原來(lái)記錄的是0,后來(lái)被覆蓋成1;而另外一個(gè)信號(hào)記錄位置B原來(lái)記錄的是1,后來(lái)被覆蓋的還是1,那么A和B當(dāng)前1的磁信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)該是不同的,可以通過(guò)精確地測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度的實(shí)際值,再通過(guò)經(jīng)驗(yàn)及多次的組合嘗試,來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)。因?yàn)榇蓬^向磁盤(pán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的時(shí)候,并不是完整地把磁極寫(xiě)成介質(zhì)飽和磁化的情況,磁盤(pán)上相鄰信息位非常近,如果每個(gè)信息位都寫(xiě)飽和的話,彼此之間就會(huì)產(chǎn)生影響,所以信號(hào)的強(qiáng)度不是越強(qiáng)越好,不應(yīng)超過(guò)一定的范圍,這就為此種判斷方法提供了可能。
2)磁頭在向磁盤(pán)上寫(xiě)入數(shù)據(jù)的時(shí)候,后一次寫(xiě)入的位置不會(huì)絕對(duì)精確定位在上次寫(xiě)入的點(diǎn)上,換句話說(shuō),寫(xiě)入新數(shù)據(jù)也不能把以前的信息徹底覆蓋掉。基于這個(gè)原理,可以把原來(lái)的信息讀出來(lái),同樣也要經(jīng)過(guò)多次的調(diào)試和組合。
但是,這兩種方式都是從理論上說(shuō)明恢復(fù)的過(guò)程,而隨著覆蓋次數(shù)的增多,尋找某次寫(xiě)入內(nèi)容的難度就會(huì)成倍加大。從實(shí)際操作來(lái)看,這兩種方式都需要專門(mén)的設(shè)備在無(wú)塵環(huán)境中讀取盤(pán)片上的信息,更需要大量的時(shí)間進(jìn)行嘗試,花費(fèi)的人力、物力是極其昂貴的,當(dāng)要恢復(fù)的覆蓋數(shù)據(jù)量比較大時(shí),尤其是對(duì)于需要整體使用的數(shù)據(jù)庫(kù)文件、壓縮包信息等數(shù)據(jù),僅恢復(fù)整塊數(shù)據(jù)中的一部分,結(jié)果依舊無(wú)法使用。因此,對(duì)于非涉密信息,業(yè)內(nèi)公認(rèn)只需覆蓋一次,就足以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行徹底破壞了。
為了防止利用磁化信號(hào)的強(qiáng)弱等手段來(lái)恢復(fù)之前覆蓋的數(shù)據(jù)信息,數(shù)據(jù)擦除技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)專門(mén)做了一些設(shè)置,國(guó)家電網(wǎng)有限公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 1937—2013《國(guó)家電網(wǎng)公司非國(guó)家秘密電子數(shù)據(jù)銷(xiāo)毀、清除和恢復(fù)技術(shù)要求》遵循的是“用字符、他的補(bǔ)碼和隨機(jī)字符覆蓋可尋址的存儲(chǔ)單元并進(jìn)行校驗(yàn)”的指導(dǎo)思想,分別采用了3次擦除和7次擦除的規(guī)范,按照現(xiàn)在技術(shù)的發(fā)展水平,從理論上就已經(jīng)達(dá)到了不可恢復(fù)的目的。相比較來(lái)看,電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1757—2017《電子數(shù)據(jù)恢復(fù)和銷(xiāo)毀技術(shù)要求》也對(duì)非國(guó)家秘密的電子數(shù)據(jù)擦除提出了技術(shù)指導(dǎo),其明確推薦“存有非涉密電子數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)介質(zhì)擦除次數(shù)宜為3次”,而對(duì)于有涉密情況的擦除次數(shù)為6次。以3次的擦除方法為例,填充字符應(yīng)是兩位十六進(jìn)制字符,第一次應(yīng)使用AAH(10101010B),第二次應(yīng)使用55H(01010101B),第三次應(yīng)使用隨機(jī)數(shù)。在電子數(shù)據(jù)擦除平臺(tái)的設(shè)計(jì)中,也引入了這樣的設(shè)計(jì)思想。
電子數(shù)據(jù)擦除和銷(xiāo)毀平臺(tái)可以為多種介質(zhì)提供并行高速的電子數(shù)據(jù)擦除和銷(xiāo)毀任務(wù),且能滿足在不同場(chǎng)合下的需要。因此目前設(shè)計(jì)了兩個(gè)版本:一個(gè)是主要用在機(jī)房?jī)?nèi)部的,機(jī)架式結(jié)構(gòu),用于對(duì)保密要求高的不得帶出機(jī)房的硬盤(pán)擦除和銷(xiāo)毀;另一個(gè)版本是放在實(shí)驗(yàn)室、辦公區(qū)的,展臺(tái)式結(jié)構(gòu),用于給文檔管理部門(mén)、信息運(yùn)維部門(mén)使用,工作界面簡(jiǎn)潔明了。兩個(gè)版本都設(shè)置多種類(lèi)型的源盤(pán)接口,并且配置了消磁模塊。源盤(pán)外接口包括:2.5寸和3.5寸硬盤(pán)的SATA/SAS復(fù)用口, USB 2.0/3.0復(fù)用口、SCSI、IDE接口、含TF卡、SD卡、記憶棒、miniSSD復(fù)合接口等,如圖1所示。這些接口可以滿足國(guó)家電網(wǎng)有限公司所有的存儲(chǔ)介質(zhì)需求。兩種版本的配置差異較大,專用于不同場(chǎng)合。兩個(gè)版本配置情況,詳見(jiàn)表1。
圖1 電子數(shù)據(jù)并行擦除及銷(xiāo)毀平臺(tái)展臺(tái)式版本接口示意圖
表1 電子數(shù)據(jù)并行擦除及銷(xiāo)毀平臺(tái)兩種版本的配置
機(jī)架式設(shè)備采用了分體式設(shè)計(jì),主機(jī)和從機(jī)都采用4U機(jī)箱設(shè)計(jì),具有良好的散熱功能,工作功率高,內(nèi)置了通過(guò)國(guó)家保密局認(rèn)定的消磁機(jī)。特意增加了SATA/SAS復(fù)用盤(pán)倉(cāng)和外接口,便于機(jī)房?jī)?nèi)服務(wù)器為主體的工作情況。設(shè)置了用于搬運(yùn)的提手以及腳墊,還在設(shè)備的外框采用了金屬及橡膠護(hù)角加固,防止磕碰。
展臺(tái)式設(shè)備根據(jù)文檔工作人員使用特點(diǎn),采用觸摸屏,利用引導(dǎo)方式,便于用戶操作。還根據(jù)工作特點(diǎn),加裝了打印模塊,隨時(shí)打印工作報(bào)告。電源取電也是采用普通插排式接口,可以直接從墻壁插座取市電。也加裝了適合直聯(lián)服務(wù)器的ESATA接口。
電子數(shù)據(jù)擦除是把存儲(chǔ)介質(zhì)特定區(qū)域內(nèi)完全覆寫(xiě),所以會(huì)消耗大量的時(shí)間,以最大速度寫(xiě)入數(shù)據(jù)是電子數(shù)據(jù)擦除需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。影響擦除速度的關(guān)鍵因素包括存儲(chǔ)介質(zhì)本身的情況、擦除裝置運(yùn)算速度、工作環(huán)境溫度、連接信號(hào)線的品質(zhì)等。
存儲(chǔ)介質(zhì)本身狀態(tài)是影響最大的因素,且往往不容易改變[12]。例如USB2.0接口理論速度為60 Mb/s,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)工作速度一般不超過(guò)20 Mb/s,而USB3.0接口的實(shí)測(cè)速度也常常超過(guò)150 Mb/s。存儲(chǔ)介質(zhì)的種類(lèi)對(duì)擦除設(shè)備的影響,同樣是SATA接口,實(shí)測(cè)SSD硬盤(pán)要比機(jī)械式硬盤(pán)的擦除設(shè)備快一些;同樣是SATA硬盤(pán),企業(yè)級(jí)高品質(zhì)硬盤(pán)實(shí)測(cè)會(huì)比低品質(zhì)級(jí)硬盤(pán)速度快一些;進(jìn)一步來(lái)說(shuō),即使是同一個(gè)機(jī)械式硬盤(pán),因?yàn)槠渫馊€速度要大于內(nèi)圈線速度,也會(huì)導(dǎo)致外圈的擦除速度比內(nèi)圈快30%左右,這是其內(nèi)在性能決定的,在擦除過(guò)程中無(wú)法更改。但是要充分考慮到這些因素,尤其是對(duì)于大規(guī)模的擦除任務(wù),在計(jì)算每個(gè)存儲(chǔ)單元、Flash磁盤(pán)時(shí)都要考慮到這些問(wèn)題,然后有針對(duì)性地采取最優(yōu)解決方案。同時(shí),在進(jìn)行所需人員和設(shè)備數(shù)量預(yù)估時(shí),也要充分考慮所有存儲(chǔ)單元的整體情況、設(shè)備散熱情況及介質(zhì)擦除效果驗(yàn)證情況等,可見(jiàn)不同接口的工作速度差異非常大。因此,在實(shí)際工作中需要充分地掌握這些技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),才能夠減少工作時(shí)間,從而可以精準(zhǔn)預(yù)估一個(gè)擦除和銷(xiāo)毀任務(wù)需要的人員、設(shè)備數(shù)量和工作時(shí)長(zhǎng)。
電子數(shù)據(jù)擦除和銷(xiāo)毀平臺(tái)經(jīng)過(guò)了幾年的應(yīng)用實(shí)踐,現(xiàn)將一些在工作中容易被忽視的問(wèn)題總結(jié)如下:
1)有些移動(dòng)硬盤(pán),還存在通過(guò)轉(zhuǎn)換口把SATA或者小IDE口轉(zhuǎn)成USB口的情況,遇到這類(lèi)情況,一定要盡量減少轉(zhuǎn)接過(guò)程,盡量使用硬盤(pán)原接口來(lái)擦除,可以避免重復(fù)轉(zhuǎn)換造成的速度下降。
2)對(duì)于大容量磁盤(pán)來(lái)說(shuō),如果需要對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)銷(xiāo)毀的話,采用高磁場(chǎng)消磁是最便捷最節(jié)省人力、物力的方式,且磁盤(pán)外觀上沒(méi)有變化。如果銷(xiāo)毀的數(shù)目不大的話(如100塊盤(pán)以內(nèi)),盡量采用此種方式。但需要注意在銷(xiāo)毀過(guò)程中,磁場(chǎng)的強(qiáng)度和消磁時(shí)間需要達(dá)標(biāo),且要在消磁工作完成之后,進(jìn)行必要的復(fù)測(cè)。
3)機(jī)械類(lèi)硬盤(pán)在長(zhǎng)期高速工作的狀態(tài)下,會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。因此,要注意包括平臺(tái)自身的各個(gè)關(guān)鍵部位溫升情況,如果溫度過(guò)高,要采用合理的方式為設(shè)備降溫或者休息。剛經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)擦除的硬盤(pán),其表面溫度高,操作人員在插拔硬盤(pán)時(shí)需要采用帶手套等保護(hù)措施,防止硬盤(pán)跌落、損傷等情況出現(xiàn)。
數(shù)據(jù)擦除和銷(xiāo)毀能力是信息安全的一項(xiàng)重要保證,是計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的方向。該文介紹了電子數(shù)據(jù)并行擦除及銷(xiāo)毀平臺(tái)的研發(fā)思路和電子數(shù)據(jù)擦除和銷(xiāo)毀設(shè)備的研發(fā)及應(yīng)用情況。所研發(fā)的設(shè)備已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用,并取得了良好的效果,設(shè)備運(yùn)行期間,積累了大量的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),為其他大型企事業(yè)單位提供了相關(guān)問(wèn)題的解決方案,也為數(shù)據(jù)擦除和銷(xiāo)毀行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和管理提升提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。該平臺(tái)下一步將會(huì)在國(guó)有大型企事業(yè)單位、科研機(jī)構(gòu)等對(duì)保密要求高的工作場(chǎng)景中進(jìn)行推廣。