發(fā)布時(shí)間：2020-05-07 14:17

【摘要】：隨著全球數(shù)據(jù)總量的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和保護(hù)成為重要研究挑戰(zhàn)。云存儲(chǔ)系統(tǒng)提供大容量、可擴(kuò)展和按需付費(fèi)服務(wù),因此越來(lái)越多的用戶(hù)和企業(yè)將數(shù)據(jù)發(fā)送到云存儲(chǔ)系統(tǒng)。針對(duì)數(shù)據(jù)集分析發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)中存在大量冗余數(shù)據(jù),云存儲(chǔ)系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)去重來(lái)削減冗余數(shù)據(jù)以節(jié)省存儲(chǔ)成本和網(wǎng)絡(luò)帶寬。然而數(shù)據(jù)去重云存儲(chǔ)系統(tǒng)面臨著安全風(fēng)險(xiǎn)及其解決方法帶來(lái)的性能問(wèn)題,例如數(shù)據(jù)去重加密方法的機(jī)密性與時(shí)間開(kāi)銷(xiāo),文件上傳和文件訪(fǎng)問(wèn)中的隱私保護(hù)與計(jì)算開(kāi)銷(xiāo),以及共享數(shù)據(jù)的可用性保障與存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)等問(wèn)題。如何構(gòu)建安全且高效的基于數(shù)據(jù)去重的云存儲(chǔ)系統(tǒng)是目前亟待解決的問(wèn)題。因此,研究了云存儲(chǔ)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)去重的高效機(jī)密性保護(hù),文件上傳和文件訪(fǎng)問(wèn)中的數(shù)據(jù)隱私性保護(hù),以及系統(tǒng)可用性保障等相關(guān)方法。針對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)去重加密方法面臨的暴力破解攻擊或較大時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)問(wèn)題,提出了一種基于用戶(hù)感知的收斂加密方法SecDep,采用了用戶(hù)間文件級(jí)基于服務(wù)器協(xié)助加密算法并結(jié)合用戶(hù)內(nèi)塊級(jí)基于用戶(hù)協(xié)助加密算法生成隨機(jī)安全密鑰,以抵抗暴力破解攻擊和減少整體時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。用戶(hù)間去重面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)高,現(xiàn)有方法是在塊級(jí)采用基于服務(wù)器協(xié)助加密算法提高安全性,但需要大量?jī)缰笖?shù)運(yùn)算導(dǎo)致時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)大。分析發(fā)現(xiàn)用戶(hù)間冗余數(shù)據(jù)主要是重復(fù)文件,因此SecDep在用戶(hù)間文件級(jí)采用高安全加密算法而在用戶(hù)內(nèi)塊級(jí)采用低開(kāi)銷(xiāo)加密算法,同時(shí)采用了用戶(hù)間文件級(jí)和用戶(hù)內(nèi)塊級(jí)的兩級(jí)去重保證去重率。為保證密鑰安全性,SecDep利用文件級(jí)密鑰加密塊級(jí)密鑰,然后利用Shamir秘密共享編碼文件級(jí)密鑰并發(fā)送到分布式密鑰服務(wù)器。安全分析證明SecDep能抵抗暴力破解攻擊和保證數(shù)據(jù)機(jī)密性。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明相對(duì)于現(xiàn)有抵抗暴力破擊攻擊的方法DupLESS-chunk,SecDep減少了52%-92%時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)且只損失2.8%-7.35%的去重率。在基于數(shù)據(jù)去重的云存儲(chǔ)系統(tǒng)的文件上傳時(shí),客戶(hù)端需要向云存儲(chǔ)服務(wù)端進(jìn)行所有權(quán)證明以保證確實(shí)擁有文件內(nèi)容來(lái)抵抗哈希證明攻擊。針對(duì)現(xiàn)有的所有權(quán)證明方法存在誤判導(dǎo)致的隱私泄露和數(shù)據(jù)更新開(kāi)銷(xiāo)大的問(wèn)題,提出了一種基于兩級(jí)驗(yàn)證和高效數(shù)據(jù)更新的所有權(quán)證明方法AS-PoW,結(jié)合布谷鳥(niǎo)過(guò)濾器驗(yàn)證和代數(shù)簽名驗(yàn)證的挑戰(zhàn)應(yīng)答協(xié)議來(lái)抵抗哈希證明攻擊和避免隱私泄露,同時(shí)通過(guò)準(zhǔn)確定位和部分更新來(lái)減少更新開(kāi)銷(xiāo)。為避免隱私泄露,AS-PoW對(duì)文件的數(shù)據(jù)塊密文構(gòu)建布谷鳥(niǎo)過(guò)濾器,并利用布谷鳥(niǎo)過(guò)濾器進(jìn)行兩級(jí)驗(yàn)證的挑戰(zhàn)應(yīng)答,即云存儲(chǔ)服務(wù)端首先隨機(jī)選擇多個(gè)塊索引作為挑戰(zhàn)塊并在布谷鳥(niǎo)過(guò)濾器中檢查客戶(hù)端應(yīng)答信息,若通過(guò)第一級(jí)驗(yàn)證,云存儲(chǔ)服務(wù)端進(jìn)一步驗(yàn)證代數(shù)簽名同態(tài)性,通過(guò)計(jì)算挑戰(zhàn)塊和的簽名是否等于挑戰(zhàn)塊簽名的和進(jìn)行判定。現(xiàn)有的基于布隆過(guò)濾器方法采用定長(zhǎng)分塊且不支持刪除操作導(dǎo)致更新開(kāi)銷(xiāo)大,因此AS-PoW利用基于內(nèi)容的分塊方法快速地定位更新內(nèi)容,且利用支持刪除的布谷鳥(niǎo)過(guò)濾器只上傳更新數(shù)據(jù)來(lái)減少更新開(kāi)銷(xiāo)。安全分析證明AS-PoW能抵抗哈希證明攻擊和保證數(shù)據(jù)隱私性。測(cè)試結(jié)果表明相對(duì)于BF-PoW,AS-PoW減少了64.5%-66.5%的更新時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。在基于數(shù)據(jù)去重的云存儲(chǔ)系統(tǒng)的文件訪(fǎng)問(wèn)中,對(duì)多用戶(hù)共享數(shù)據(jù)采用訪(fǎng)問(wèn)控制方法來(lái)保證數(shù)據(jù)隱私性。針對(duì)現(xiàn)有的訪(fǎng)問(wèn)控制方法存在對(duì)小文件計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)大且不支持靈活用戶(hù)撤銷(xiāo)的問(wèn)題,提出了一種基于相似性加密去重的訪(fǎng)問(wèn)控制方法EDedup,聚合小文件成段并利用相似性生成密鑰加密數(shù)據(jù)來(lái)減少計(jì)算開(kāi)銷(xiāo),同時(shí)利用基于代理的屬性加密管理文件元數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)靈活用戶(hù)撤銷(xiāo)和減少元數(shù)據(jù)開(kāi)銷(xiāo)。傳統(tǒng)采用最小哈希作為代表哈希的相似性方法會(huì)導(dǎo)致隱私泄露,因此EDedup利用源端相似段檢測(cè)來(lái)選擇代表哈希并在段級(jí)利用基于服務(wù)器協(xié)助加密算法加密數(shù)據(jù),且在目標(biāo)端進(jìn)行重復(fù)數(shù)據(jù)塊檢查保證隱私性。為減少元數(shù)據(jù)開(kāi)銷(xiāo)和支持靈活撤銷(xiāo),EDedup對(duì)重復(fù)文件元數(shù)據(jù)只保存一份,且用戶(hù)被撤銷(xiāo)時(shí)由代理對(duì)密文重加密。測(cè)試表明相對(duì)于SecDep,EDedup提升了約36%的加密速度;相對(duì)于REED減少39.9%-65.7%的元數(shù)據(jù)開(kāi)銷(xiāo)。針對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)去重可用性保障方法存在擴(kuò)展性差或存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)較大的問(wèn)題,提出了一種基于數(shù)據(jù)去重感知的低開(kāi)銷(xiāo)數(shù)據(jù)冗余方法DARM,發(fā)掘數(shù)據(jù)去重語(yǔ)義特征來(lái)標(biāo)記數(shù)據(jù)塊,然后對(duì)文件間和高引用數(shù)據(jù)塊采用副本策略來(lái)提高擴(kuò)展性而對(duì)其他塊采用糾刪碼策略,從而保證數(shù)據(jù)可用性和降低存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)。分析數(shù)據(jù)去重語(yǔ)義特征,例如,文件間/文件內(nèi)重復(fù)塊、數(shù)據(jù)塊大小和塊引用計(jì)數(shù)等特征,發(fā)現(xiàn)文件間和高引用數(shù)據(jù)塊對(duì)存儲(chǔ)可用性影響大且占據(jù)空間小,因此對(duì)于文件間和高引用數(shù)據(jù)塊,DARM采用動(dòng)態(tài)副本策略并隨引用次數(shù)適當(dāng)增加副本個(gè)數(shù)來(lái)提升可用性;而對(duì)于非重復(fù)和低引用數(shù)據(jù)塊,DARM采用糾刪碼策略來(lái)保證存儲(chǔ)效率,從而以較低存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)來(lái)增強(qiáng)存儲(chǔ)可用性。測(cè)試結(jié)果顯示相對(duì)于經(jīng)典的Deep Store,DARM最高減少了43.4%的存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)且只降低很少的數(shù)據(jù)可用性。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP333;TP309

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本文編號(hào)：2653098