【摘要】：云存儲(chǔ)(Cloud Storage)是在云計(jì)算(Cloud Computing)基礎(chǔ)上延伸和發(fā)展出來(lái)的一個(gè)新概念,是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)。對(duì)于絕大多數(shù)用戶而言,使用云存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)主要在于：可用性(即用戶在任何地方都能夠訪問(wèn)數(shù)據(jù))、可靠性(即不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)備份問(wèn)題)、相對(duì)低廉的使用成本以及存儲(chǔ)容量非常大。因此云存儲(chǔ)代表了未來(lái)存儲(chǔ)服務(wù)的發(fā)展趨勢(shì)。 雖然利用云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì),但是卻也引入了顯著的不安全因素。最主要問(wèn)題在于用戶存儲(chǔ)在云上的數(shù)據(jù)的私密性和可靠性得不到保障。用戶在任何情況下都不會(huì)希望自己的私人數(shù)據(jù)被其他人偷窺或竊取。因此盡管已經(jīng)有很多普通用戶愿意將可公開的數(shù)據(jù)(如基于Web的電子郵件、日歷、圖片等)存放在云端,但是企業(yè)、個(gè)人和政府機(jī)構(gòu)在更多時(shí)候還是寧愿放棄云存儲(chǔ)服務(wù)的便捷性等優(yōu)勢(shì)也要保護(hù)其信息和數(shù)據(jù)的私密性。進(jìn)一步而言,在解決了用戶數(shù)據(jù)機(jī)密性和隱私性的基礎(chǔ)上,云存儲(chǔ)提供商的服務(wù)可靠性同樣不容忽視。作為信息化時(shí)代的寶貴資源,數(shù)據(jù)的重要性已得到所有人的高度重視,一旦云提供商的存儲(chǔ)服務(wù)出現(xiàn)不可預(yù)期的問(wèn)題(人為或自然災(zāi)害),用戶存儲(chǔ)在云提供商內(nèi)的數(shù)據(jù)將面臨巨大風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)據(jù)丟失將會(huì)給用戶帶來(lái)巨大的損失。因此,云存儲(chǔ)必須解決用戶數(shù)據(jù)的私密性和存儲(chǔ)服務(wù)的可靠性的問(wèn)題,才能得到更進(jìn)一步的發(fā)展。 針對(duì)上述問(wèn)題,本文構(gòu)建了環(huán)境可靠和體系可靠的云存儲(chǔ)機(jī)制(Reliability Provision Mechanism for Cloud Storage, RPMCS)。 RPMCS由兩部分組成：環(huán)境可靠機(jī)制(Environment Reliability Provision Mechanism, ERPM)和體系可靠機(jī)制(Architecture Reliability Provision Mechanism, ARPM)。環(huán)境可靠通過(guò)自構(gòu)建用戶可信任的存儲(chǔ)環(huán)境,保護(hù)存儲(chǔ)在云端的數(shù)據(jù)的機(jī)密性和隱私性；體系可靠通過(guò)基于可信存儲(chǔ)環(huán)境中制定的數(shù)據(jù)容災(zāi)策略,保證用戶數(shù)據(jù)不丟失,實(shí)現(xiàn)云存儲(chǔ)服務(wù)的可靠性。 本文的研究?jī)?nèi)容主要分為兩部分：重點(diǎn)解決用戶數(shù)據(jù)機(jī)密性和隱私性的環(huán)境可靠機(jī)制與重點(diǎn)解決云存儲(chǔ)服務(wù)可靠性的體系可靠機(jī)制。本文首先利用可加密搜索算法和倒排索引技術(shù)構(gòu)建環(huán)境可靠機(jī)制,將原本存儲(chǔ)在公有云端的用戶不可控?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩艨煽?并且使云提供商無(wú)需獲知存儲(chǔ)數(shù)據(jù)明文內(nèi)容就能夠直接對(duì)密文數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索等操作以及對(duì)數(shù)據(jù)的密文索引進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新；然后通過(guò)制定相關(guān)的容災(zāi)策略保證了數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ),有效降低容災(zāi)成本和災(zāi)后恢復(fù)時(shí)間,實(shí)現(xiàn)安全備份容災(zāi)等相關(guān)云服務(wù),滿足體系可靠機(jī)制的要求。 通過(guò)環(huán)境可靠機(jī)制和體系可靠機(jī)制的協(xié)同作用,本文構(gòu)建的可靠云存儲(chǔ)機(jī)制同時(shí)具備私有云的安全性和公有云的廉價(jià)性優(yōu)勢(shì),能夠保證數(shù)據(jù)的： ●機(jī)密性和隱私性：云提供商無(wú)需獲知用戶存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)明文內(nèi)容,也能夠提供豐富的云服務(wù)； ●可靠性：云提供商根據(jù)相關(guān)策略的將用戶數(shù)據(jù)冗余的保存在云端,保證用戶的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。 該可靠的云存儲(chǔ)機(jī)制的主要優(yōu)點(diǎn)在于以下幾個(gè)方面： ●可用性：用戶可以在任意時(shí)刻用任意設(shè)備訪問(wèn)其存儲(chǔ)在云上的數(shù)據(jù)； ●可靠性：用戶數(shù)據(jù)被云可靠的進(jìn)行了容災(zāi)備份,保證用戶存儲(chǔ)在云內(nèi)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失； ●可搜索和安全性：可以從云端存儲(chǔ)的密文數(shù)據(jù)直接搜索到用戶所需的內(nèi)容,用戶無(wú)需將數(shù)據(jù)取回本地解密,且云不會(huì)獲知用戶存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的明文信息； ●動(dòng)態(tài)性：云可以對(duì)密文數(shù)據(jù)索引進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新； ●數(shù)據(jù)共享：采用基于概率加密算法的查詢單射函數(shù),數(shù)據(jù)擁有者可向不同用戶授予不同的數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限,實(shí)現(xiàn)可控的云數(shù)據(jù)共享。 本文提出了動(dòng)態(tài)可搜索加密算法和基于“富云”的數(shù)據(jù)容災(zāi)策略實(shí)現(xiàn)了這個(gè)環(huán)境可靠和體系可靠的云存儲(chǔ)機(jī)制。本文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)可以概括如下： (1)對(duì)環(huán)境可靠的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行綜述和分析,在此基礎(chǔ)上著重對(duì)現(xiàn)有的經(jīng)典的密文搜索技術(shù)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究,將其按有索引和無(wú)索引分為兩個(gè)大類,并且又進(jìn)一步分為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)兩個(gè)子類,然后對(duì)每一分類都進(jìn)行了總結(jié)和說(shuō)明,并以此為基礎(chǔ)給出了云計(jì)算環(huán)境中密文搜索的體系結(jié)構(gòu),同時(shí)還對(duì)了國(guó)內(nèi)外在密文搜索領(lǐng)域中的最新研究成果進(jìn)行了分析,指出其目前存在的問(wèn)題和未來(lái)可能的研究方向。 (2)提出了一種保護(hù)用戶存儲(chǔ)在云端數(shù)據(jù)的機(jī)密性和隱私性的環(huán)境可靠機(jī)制,解決了數(shù)據(jù)所有者對(duì)云環(huán)境不信任這一制約云存儲(chǔ)服務(wù)發(fā)展的首要問(wèn)題。該機(jī)制在保證用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)安全性的同時(shí),兼具云計(jì)算強(qiáng)大的功能性(不會(huì)因?yàn)閷?duì)密文數(shù)據(jù)無(wú)法操作而淪為簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)池)。本文設(shè)計(jì)了基于同態(tài)加密算法和收斂加密算法的動(dòng)態(tài)可搜索加密(Dynamic Searchable Encryption, DSE)算法以實(shí)現(xiàn)環(huán)境可靠機(jī)制,使得在云存儲(chǔ)環(huán)境中云可以在不知道數(shù)據(jù)明文的情況下對(duì)用戶加密上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的搜索查詢、數(shù)據(jù)更新等操作。DSE算法不但保證了用戶在環(huán)境可靠的云存儲(chǔ)機(jī)制中能夠隨時(shí)進(jìn)行密文數(shù)據(jù)搜索,且搜索時(shí)間盡可能的短；還保證了云中加密后的數(shù)據(jù)索引能夠抵抗自適應(yīng)選擇關(guān)鍵字攻擊,安全級(jí)別達(dá)到CKA2；最重要的是使得云端的密文索引能夠動(dòng)態(tài)的進(jìn)行更新,根據(jù)文件的增加和刪除對(duì)索引進(jìn)行相應(yīng)的修改操作。 (3)在體系可靠的關(guān)鍵技術(shù)研究中,本文從云提供商的角度出發(fā),針對(duì)目前傳統(tǒng)的容災(zāi)方案面臨的問(wèn)題(通過(guò)部署專用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施實(shí)現(xiàn)容災(zāi),既需要很大的投資成本和維護(hù)費(fèi)用,且容災(zāi)設(shè)備的利用效率低),提出了通過(guò)租用其他云提供商資源代替自建數(shù)據(jù)容災(zāi)中心進(jìn)行備份的這種容災(zāi)模式,即基于“富云”模型的數(shù)據(jù)容災(zāi)模式。所謂“富云”模型是指云和云之間互惠互利的一種系統(tǒng)模式。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái),就是“云服務(wù)云,云共享云”。 (4)提出了一個(gè)用于保證用戶存儲(chǔ)在云端數(shù)據(jù)可靠性的體系可靠機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了云容災(zāi)服務(wù)。該機(jī)制保證了云存儲(chǔ)服務(wù)的可靠性,即存儲(chǔ)在云端的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。本文設(shè)計(jì)了基于“富云”的數(shù)據(jù)容災(zāi)策略----RCDDRS (Rich Cloud Based Data Disaster Recovery Strategy),實(shí)現(xiàn)了該體系可靠機(jī)制。RCDDRS主要針對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)型任務(wù),在保證存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可靠性的基礎(chǔ)上,不但可以減少故障發(fā)生后的恢復(fù)時(shí)間,還可以降低數(shù)據(jù)容災(zāi)成本。為了實(shí)現(xiàn)RCDDRS這個(gè)策略,本文構(gòu)建了以數(shù)據(jù)容災(zāi)成本和RTO (Recovery Time Object)為目標(biāo)準(zhǔn)則的帶界約束的多目標(biāo)優(yōu)化模型,設(shè)計(jì)了新的動(dòng)態(tài)多目標(biāo)微粒群優(yōu)化算法解決了這個(gè)問(wèn)題。 綜上所述,本文以環(huán)境可靠和體系可靠的云存儲(chǔ)機(jī)制為主要研究目標(biāo),重點(diǎn)解決了制約云存儲(chǔ)發(fā)展的兩大問(wèn)題,即用戶數(shù)據(jù)的私密性和存儲(chǔ)可靠性需要得到保障的問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)可搜索加密算法解決了用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端時(shí)不可控的問(wèn)題,并且避免了云因?yàn)闊o(wú)法對(duì)密文進(jìn)行操作而淪為簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)池問(wèn)題。動(dòng)態(tài)可搜索加密算法既保證了用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端的機(jī)密性和隱私性,又保證了云計(jì)算強(qiáng)大的計(jì)算能力和處理能力。本文提出的基于“富云”的數(shù)據(jù)容災(zāi)策略在保證了存儲(chǔ)在云端的用戶數(shù)據(jù)的可靠性的同時(shí),還使得數(shù)據(jù)容災(zāi)成本盡可能的低且災(zāi)后恢復(fù)時(shí)間盡可能的短。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP333

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉淳安;王宇平;;動(dòng)態(tài)多目標(biāo)優(yōu)化的進(jìn)化算法及其收斂性分析[J];電子學(xué)報(bào);2007年06期

2 張勇;鞏敦衛(wèi);任永強(qiáng);張建化;;用于約束優(yōu)化的簡(jiǎn)潔多目標(biāo)微粒群優(yōu)化算法[J];電子學(xué)報(bào);2011年06期

3 俞能海;郝卓;徐甲甲;張衛(wèi)明;張馳;;云安全研究進(jìn)展綜述[J];電子學(xué)報(bào);2013年02期

4 錢軍;陳振宇;;企業(yè)數(shù)據(jù)丟失與災(zāi)難恢復(fù)方法研究[J];硅谷;2012年20期

5 張大朋;蔡克;張敏;徐震;;云計(jì)算數(shù)據(jù)安全支撐平臺(tái)架構(gòu)研究[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2011年S3期

6 康瀟文;楊英杰;杜鑫;;基于虛擬存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)容災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)研究[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2009年07期

7 謝曉鋒,張文俊,楊之廉;微粒群算法綜述[J];控制與決策;2003年02期

8 傅穎勛;羅圣美;舒繼武;;安全云存儲(chǔ)系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)綜述[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2013年01期

9 馮登國(guó);張敏;張妍;徐震;;云計(jì)算安全研究[J];軟件學(xué)報(bào);2011年01期

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本文編號(hào)：2328009