發(fā)布時(shí)間：2020-07-09 21:45

【摘要】： 新的應(yīng)用需求對存儲設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn),對于目前普遍存在的存儲安全性和存儲管理性問題,本文以磁盤陣列為研究對象,從存儲加密和多協(xié)議支持兩個(gè)方面分別展開研究,設(shè)計(jì)一種既支持多協(xié)議又具備安全特性的加密多協(xié)議磁盤陣列。 隨著存儲技術(shù)的迅猛發(fā)展,新的存儲器件層出不窮,當(dāng)更換存儲設(shè)備而升級系統(tǒng)時(shí),這里就存在一個(gè)研究話題：存儲設(shè)備兼容性問題,包括新舊存儲設(shè)備的兼容性和不同類型設(shè)備的兼容性,本文采用多協(xié)議方式來支持對不同類型存儲設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一訪問,這也是本文研究多協(xié)議存儲的出發(fā)點(diǎn)；另外,當(dāng)存儲系統(tǒng)從單協(xié)議支持變成多協(xié)議支持后,協(xié)議傳輸環(huán)節(jié)變得復(fù)雜,安全漏洞也隨之出現(xiàn),特別是當(dāng)多個(gè)用戶分別采用不同協(xié)議訪問該存儲系統(tǒng)時(shí),潛在的數(shù)據(jù)安全性成為突出問題。因此存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要關(guān)注存儲安全性,上述兩個(gè)問題歸根結(jié)底是存儲多協(xié)議支持問題和數(shù)據(jù)安全性問題,可歸屬于“存儲資源和存儲數(shù)據(jù)管理”的研究范疇。 從數(shù)據(jù)安全性的角度看,不僅要保證數(shù)據(jù)的可用性,還要保證數(shù)據(jù)機(jī)密性,對于磁盤陣列這種存儲設(shè)備而言,可不考慮數(shù)據(jù)可用性設(shè)計(jì),因?yàn)樵O(shè)計(jì)磁盤陣列的初衷就是出于數(shù)據(jù)可用性考慮,磁盤陣列由多個(gè)磁盤通過盤陣控制器聯(lián)在一起,并在特定磁盤上存放冗余校驗(yàn)數(shù)據(jù),當(dāng)某一磁盤發(fā)生故障時(shí)能通過數(shù)據(jù)重構(gòu)方式將失效盤上數(shù)據(jù)恢復(fù)出來,確保上層業(yè)務(wù)持續(xù)不中斷,本文將側(cè)重于磁盤陣列的數(shù)據(jù)機(jī)密性研究。為了獲得加密多協(xié)議磁盤陣列這種既支持多種協(xié)議又支持?jǐn)?shù)據(jù)加密的存儲設(shè)備,本文分別從數(shù)據(jù)訪問協(xié)議和存儲加密兩個(gè)方面進(jìn)行探討,分別研究了存儲讀寫加密、磁盤陣列加密、多協(xié)議磁盤陣列三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的主題,最后將上述三種研究成果集中體現(xiàn)到一種加密多協(xié)議磁盤陣列的設(shè)計(jì)中。 在調(diào)研國內(nèi)外存儲安全的發(fā)展?fàn)顩r和相關(guān)法律法規(guī)的基礎(chǔ)上,對現(xiàn)有幾種存儲安全技術(shù)(如全盤加密技術(shù)、基于虛擬磁盤與卷加密技術(shù),基于文件與目錄的加密技術(shù))進(jìn)行分析,剖析了加密文件系統(tǒng)的調(diào)用流程和運(yùn)行原理,提出了一種針對數(shù)據(jù)加密的存儲讀寫優(yōu)化方法,出于加密開銷和使用便利性考慮,將該加密讀寫方法具體實(shí)現(xiàn)為一種內(nèi)核態(tài)加密文件系統(tǒng)(EE-FS),最后對該加密文件系統(tǒng)的密文開銷進(jìn)行了測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在內(nèi)核態(tài)加載加／解密模塊對系統(tǒng)性能影響較小。 為了在高機(jī)密性和高性能之間得到一個(gè)比較好的平衡點(diǎn),本文設(shè)計(jì)了一種部分?jǐn)?shù)據(jù)段加密的磁盤陣列加密方案(簡稱“部分?jǐn)?shù)據(jù)段加密方案”),該方案將文件數(shù)據(jù)分成多個(gè)段,對部分?jǐn)?shù)據(jù)段進(jìn)行加密以產(chǎn)生加密段,通過加密段和未加密數(shù)據(jù)段計(jì)算出校驗(yàn)值,然后將加密段、未加密段和校驗(yàn)值分條存放到不同的磁盤驅(qū)動器上,加密操作和校驗(yàn)值計(jì)算可并行進(jìn)行。該方案只對部分?jǐn)?shù)據(jù)段進(jìn)行加密,在為磁盤陣列增加了安全性的同時(shí),維持一個(gè)較高的存儲訪問性能。本加密方案除了對部分加密磁盤陣列的讀寫訪問流程和實(shí)現(xiàn)模塊等方面進(jìn)行了分解和闡述,還通過具體盤陣加密案例,驗(yàn)證了加密磁盤陣列的實(shí)現(xiàn)可行性。 對于加密多協(xié)議磁盤陣列研究,本文先從協(xié)議兼容、協(xié)議轉(zhuǎn)換角度探討支持多種不同訪問協(xié)議的多協(xié)議磁盤陣列的設(shè)計(jì),包括多協(xié)議磁盤陣列的研究思路、協(xié)議適配模塊的設(shè)計(jì)、盤陣啟動端和目標(biāo)器的設(shè)計(jì)等,然后加入磁盤陣列加密方面的研究,提出了一種融合存儲加密和多協(xié)議技術(shù)的磁盤陣列框架,通過分析加密層次、加密算法、協(xié)議適配層、存儲資源池等方面問題,設(shè)計(jì)了一種加密多協(xié)議盤陣的原型系統(tǒng)。借助協(xié)議適配模塊將不同類型的磁盤資源進(jìn)行整合起來,形成一個(gè)大存儲池,數(shù)據(jù)密文模塊負(fù)責(zé)存儲數(shù)據(jù)的加／解密處理,提高數(shù)據(jù)機(jī)密性,為了應(yīng)對不同的應(yīng)用需求,多協(xié)議磁盤陣列支持不同訪問接口。 最后對全文作了總結(jié),并展望了加密多協(xié)議磁盤陣列的下一步工作。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TP333
【圖文】：

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文動態(tài)利用[8]。傅湘林博士給出了一種基于TcP/IP的統(tǒng)一存儲網(wǎng) (UnitedstorageNetwork，usN)設(shè)計(jì)[7]，其示意圖如圖1一1所示。這里說的‘統(tǒng)一’有三層含義:(l)訪問協(xié)議的統(tǒng)一，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊將不同的訪問協(xié)議(FC和isCsl)統(tǒng)一在一起，在具體研究中，采用一個(gè)專門的管理器來負(fù)責(zé)，而在本論文研究中，將協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)到磁盤陣列內(nèi)部，和基于TCP/IP的純軟件實(shí)現(xiàn)有區(qū)別;(2)訪問層次的統(tǒng)一，統(tǒng)一存儲網(wǎng)能同時(shí)訪問不同層次、不同粒度的數(shù)據(jù)，例如通過NFS一Head或NAS一Head的同時(shí)，可以將塊級設(shè)備(如isCSI)掛載到這些設(shè)備頭上

本本地文件系統(tǒng) 統(tǒng) 統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng) 統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)虛擬存儲節(jié)點(diǎn)圖1一 2vsfs中分布式文件系統(tǒng)的作用示意圖。VSFS文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)存放在虛擬存儲服務(wù)器VSFS一Server的本地物理文件系統(tǒng)中，本地物理文件系統(tǒng)可以是本地操作系統(tǒng)支持的文件系統(tǒng)，如ExtZ，Ext3，Ext4，ReiserFS等等。在客戶端VSFS一Client上運(yùn)行一個(gè)用戶空間守護(hù)進(jìn)程 (VSFSCd)，然后為每個(gè)用戶提供一個(gè)的全局命名空間，在文件系統(tǒng)模塊被加載之后，可以從任意一個(gè)授權(quán)客戶端進(jìn)入文件系統(tǒng)的根目錄，即得到一個(gè)統(tǒng)一的全局命名空間。從上層應(yīng)用的角度來看

口口口口口 口 Ser7errr (((((((((((((((((((((((((((((((((((((C正勻 勻 ............... NNNASBOXXX圖1一 ActiveDirectory協(xié)議下的 NAsBox拓?fù)鋱D考慮一個(gè)已經(jīng)建立了支持CIFS、NFS和Hl，1，P的NAS盒的企業(yè)或機(jī)構(gòu)，它使用 windowsActiveDirect。巧授權(quán)體系作為授權(quán)協(xié)議。在這種情形下，NAS服務(wù)器和客戶端都是基于Linux的，并且都使用winbind守候進(jìn)程來對 ActiveDirecto咧及務(wù)器進(jìn)行反向驗(yàn)證，其架構(gòu)拓?fù)淙鐖D1一3所示。在圖中，NAS客戶端使用mount命令或者Samba客戶端命令向SaJ爪ba服務(wù)器發(fā)出起始cIFs請求

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