發(fā)布時(shí)間：2020-09-04 21:46

　　 隨著云計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展,云存儲(chǔ)服務(wù)已經(jīng)成為一種重要的新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型。云存儲(chǔ)服務(wù)以“外包”形式提供在線(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù),具有按需付費(fèi)、擴(kuò)展靈活、訪(fǎng)問(wèn)便利等特點(diǎn),大大降低了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本,有效提高了資源使用效率,并且減輕了用戶(hù)沉重的管理負(fù)擔(dān)。然而,云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的完整性容易遭受云安全事故的影響,用戶(hù)無(wú)法確認(rèn)云端的數(shù)據(jù)是否完好,使其成為用戶(hù)少用或者不用云存儲(chǔ)的重要原因。并且,“隱藏”的損壞數(shù)據(jù)削弱了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)恢復(fù)能力,影響著數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)安全。因此,亟待研究云存儲(chǔ)服務(wù)中數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證的相關(guān)方法與技術(shù),以促進(jìn)云存儲(chǔ)服務(wù)的健康發(fā)展。近年來(lái),學(xué)術(shù)界提出了很多在相對(duì)簡(jiǎn)單情景下云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證的模型和方法,具有較好的驗(yàn)證性能。但是,當(dāng)面對(duì)復(fù)雜的云存儲(chǔ)環(huán)境時(shí),已有的數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證方法存在如下問(wèn)題:(1)面對(duì)海量數(shù)據(jù),如何在滿(mǎn)足用戶(hù)審計(jì)需求的前提下協(xié)調(diào)完成全域文件的驗(yàn)證;(2)如何有效降低頻繁更新的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)所帶來(lái)的巨大更新成本;(3)如何快速查詢(xún)批量驗(yàn)證過(guò)程中的失效文件;(4)如何使用多審計(jì)代理來(lái)增強(qiáng)審計(jì)系統(tǒng)的健壯性,并提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。本文以復(fù)雜云存儲(chǔ)環(huán)境下數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證為研究背景,針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了深入研究,提出了適用于新情景、新需求的數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證模型與算法。本研究得到國(guó)家”八六三”高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃基金、國(guó)家自然基金項(xiàng)目的支持。本文的研究?jī)?nèi)容以及創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:(1)提出了一種自適應(yīng)的數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證方法。該方法可以協(xié)調(diào)完成大規(guī)模文件的數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證,同時(shí)能夠滿(mǎn)足用戶(hù)多樣化的審計(jì)需求。通過(guò)記錄并分析文件的屬性信息,該方法能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整文件的審計(jì)方案,使得審計(jì)方案的執(zhí)行強(qiáng)度與文件的審計(jì)需求高度匹配,從而節(jié)省了大量審計(jì)開(kāi)銷(xiāo)。并且,依據(jù)審計(jì)方案更新請(qǐng)求的發(fā)起者不同,設(shè)計(jì)了兩種審計(jì)方案動(dòng)態(tài)更新算法,增強(qiáng)了審計(jì)方案更新的靈活性。其中,審計(jì)方案的主動(dòng)更新算法實(shí)現(xiàn)了全域文件的按序?qū)徲?jì),保證了審計(jì)系統(tǒng)的覆蓋率;審計(jì)方案的被動(dòng)更新算法使得熱點(diǎn)文件能夠得到及時(shí)響應(yīng),滿(mǎn)足了文件審計(jì)的緊迫性需求。與基本方法相比,該方法審計(jì)總執(zhí)行時(shí)間至少減少了 50%,有效增加了系統(tǒng)審計(jì)文件的數(shù)量,并且審計(jì)方案的達(dá)標(biāo)率提高了 30%。(2)提出一種支持延遲更新的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證方案,有效提高了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的更新效率。該方案利用數(shù)據(jù)更新的局部性特征,采用一種延遲更新策略實(shí)現(xiàn)了更新序列的重組和歸并,減少了大量無(wú)效更新請(qǐng)求。通過(guò)給文件完整性檢測(cè)結(jié)構(gòu)Merkle哈希樹(shù)增加更新?tīng)顟B(tài)位,使其具備了更強(qiáng)的表達(dá)能力,實(shí)現(xiàn)了基于更新?tīng)顟B(tài)樹(shù)的并發(fā)更新,避免了大量中間節(jié)點(diǎn)的重復(fù)更新,節(jié)省了更新成本。此外,提供了一種數(shù)據(jù)更新保護(hù)機(jī)制,防止了審計(jì)系統(tǒng)的“誤報(bào)”,保證了審計(jì)系統(tǒng)的正確性。形式化分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方案有效減少了更新MHT節(jié)點(diǎn)數(shù),顯著提高了云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)持有性審計(jì)模型的更新效率。特別的,更新1GB文件的1%內(nèi)容,本文方案在最優(yōu)情況下能夠減少89%的讀寫(xiě)操作,在最差情況下能夠減少49%的讀寫(xiě)操作。(3)提出了一種支持失效文件快速查詢(xún)的批量審計(jì)方案,解決了批量審計(jì)易受到“失效文件”攻擊且失效文件查詢(xún)難的問(wèn)題。該方案通過(guò)建立批量審計(jì)過(guò)程的關(guān)聯(lián)性,改變了二分查詢(xún)樹(shù)中右孩子節(jié)點(diǎn)的計(jì)算方式,只需利用中間結(jié)果對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證,減少了整個(gè)查找過(guò)程的批量審計(jì)次數(shù)。并在批量審計(jì)過(guò)程中執(zhí)行冪指測(cè)試,通過(guò)一次審計(jì)就可完成含有單個(gè)失效文件的子樹(shù)查找過(guò)程,有效縮短了子樹(shù)的查找長(zhǎng)度,進(jìn)一步減少了查找次數(shù);采用混合型查詢(xún)方法,根據(jù)歷史查詢(xún)信息設(shè)置冪指測(cè)試的深度,能夠大幅度降低“失效文件聚集”處的查詢(xún)開(kāi)銷(xiāo)。安全分析和性能表明,該方法能夠快速完成失效文件定位,有效抵抗“失效文件”攻擊,保證了批量審計(jì)方案的可用性和效率。(4)提出了一種支持多代理的數(shù)據(jù)完整性審計(jì)方法(Multi-proxies PDP,MP-PDP),解決了單審計(jì)代理易造成單點(diǎn)故障且易形成性能瓶頸的問(wèn)題。該方案基于循環(huán)鏈表結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了多代理節(jié)點(diǎn)的可擴(kuò)展性管理,使用多級(jí)列表結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了審計(jì)任務(wù)的快速分發(fā),并提出基于資源使用量的任務(wù)調(diào)度機(jī)制實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的負(fù)載均衡。此外,提出一種基于弱一致性任務(wù)狀態(tài)備份協(xié)議,實(shí)現(xiàn)了低成本的系統(tǒng)故障處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方案能夠有效減少了文件的審計(jì)執(zhí)行時(shí)間,并且可以快速增刪審計(jì)代理,有效提高了系統(tǒng)的可用性和審計(jì)性能。
【學(xué)位單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類(lèi)】：TP333
【部分圖文】：

據(jù)更新特點(diǎn)提高動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的更新效率，降低數(shù)據(jù)更新成本，成為一個(gè)亟待解決的重要問(wèn)逡逑題。逡逑（３）批量審計(jì)易失效問(wèn)題。批量審計(jì)能夠有效提高文件的驗(yàn)證效率，但是單個(gè)文逡逑件失效就可導(dǎo)致整個(gè)批量審計(jì)失敗�，F(xiàn)有的方案大都著眼于批量審計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)，較少逡逑關(guān)注批量審計(jì)失敗后的失效文件查詢(xún)問(wèn)題。解決失效文件查詢(xún)問(wèn)題有利于提高批量審計(jì)逡逑的效率并增強(qiáng)其可用性。逡逑（４）審計(jì)代理的可用性問(wèn)題。公開(kāi)審計(jì)方案由獨(dú)立第三方（審計(jì)代理）代替用戶(hù)逡逑執(zhí)行數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證任務(wù)，但是現(xiàn)有的方案僅依賴(lài)單個(gè)審計(jì)代理完成上述功能。采用單逡逑審計(jì)代理不僅容易造成單點(diǎn)故障，并且單個(gè)審計(jì)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力有限，審計(jì)代理將成為逡逑系統(tǒng)的性能瓶頸。因此，解決單代理的可用性成為公開(kāi)審計(jì)方案必須解決的一個(gè)重要問(wèn)逡逑題。逡逑１．３論文主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)逡逑本文以復(fù)雜云存儲(chǔ)環(huán)境下數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證為研究背景，針對(duì)上述問(wèn)題從多文件的自逡逑適應(yīng)審計(jì)、動(dòng)態(tài)審計(jì)支持以及審計(jì)系統(tǒng)可用性和健壯性方面進(jìn)行了深入研究，提出了適逡逑用于新情景、新需求的數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證模型與算法，如圖１－１所示。邐逡逑云整證

圖２－１數(shù)據(jù)完整性審計(jì)的系統(tǒng)模型逡逑云存儲(chǔ)服務(wù)的數(shù)據(jù)完整性審計(jì)模型［６３］包含５個(gè)基本算法，分別是密鑰生數(shù)據(jù)塊認(rèn)證標(biāo)簽生成算法ＴａｇＧｅｗ，挑戰(zhàn)信息生成算法數(shù)據(jù)據(jù)生成算法Ｐｒａｏ／Ｃ？ｅ？和持有性證據(jù)驗(yàn)證算法設(shè)ｒ辦。逡逑每個(gè)文件的數(shù)據(jù)完整性審計(jì)過(guò)程，一般分為３個(gè)階段：逡逑階段１．初始化階段：逡逑首先，用戶(hù)使用算法生成用于計(jì)算數(shù)據(jù)塊認(rèn)證標(biāo)簽的密鑰對(duì)（從ｔ，件摘要信息的加密密鑰說(shuō)ｈ；然后，用戶(hù)切分整個(gè)文件為多個(gè)數(shù)據(jù)塊，并使用ｒ法生成數(shù)據(jù)塊的認(rèn)證標(biāo)簽集合少＝｛仍｜丨￡［１，《］｝和文件的摘要信息Ｍｍ。；最后，送審計(jì)信息（Ｍｉｎｆ。，從ｈ，／＾）給審計(jì)者，上傳（Ｍ，０）到云存儲(chǔ)服務(wù)器完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)階段２．存儲(chǔ)確認(rèn)階段：逡逑首先，審計(jì)者使用Ｃｋ／／算法生成文件挑戰(zhàn)信息Ｃ，并發(fā)送給云存儲(chǔ)服務(wù)器；存儲(chǔ)服務(wù)器依據(jù)文件挑戰(zhàn)信息Ｃ調(diào)用Ｐｒｏｏ／Ｇｍ算法生成數(shù)據(jù)持有性證據(jù)信息其返回給審計(jì)者；最后，審計(jì)者使用設(shè)ｒ辦算法驗(yàn)證持有性證據(jù)信息的有效性

ｗ＾ｎ－ｉ－ｘ逡逑＝邋１＿１１邐ｒ－逡逑ｎ－ｉ逡逑文件的識(shí)別率不同，被查詢(xún)數(shù)據(jù)塊個(gè)數(shù)差異明顯，如圖２－２所示。假設(shè)文件擁有的逡逑數(shù)據(jù)塊總數(shù)為１００００，損壞數(shù)據(jù)塊數(shù)目為１００，當(dāng)９９％時(shí)，ｃ２４４８，即如果要以９９％逡逑的概率識(shí)別出文件的損壞信息，需要驗(yàn)證的數(shù)據(jù)塊總數(shù)至少４４８?jìng)�(gè)；當(dāng)ｉ？／？邋２邋９０％時(shí)，ｃ逡逑２邋２２７，即如果要以９０％的概率識(shí)別出文件的損壞信息，需要驗(yàn)證的數(shù)據(jù)塊總數(shù)至少２２７逡逑個(gè)。假設(shè)文件擁有的數(shù)據(jù)塊總數(shù)為６０００，損壞數(shù)據(jù)塊數(shù)目為１００，當(dāng)Ｍ邋２邋９９％時(shí)，ｃ邋２邋２６８，逡逑即如果要以９９％的概率識(shí)別出文件的損壞信息，需要驗(yàn)證的數(shù)據(jù)塊總數(shù)至少２６８?jìng)�(gè)；當(dāng)逡逑９０％時(shí)，０邋１３６，即如果要以９０％的概率識(shí)別出文件的損壞信息，需要驗(yàn)證的數(shù)據(jù)逡逑塊總數(shù)至少１３６個(gè)。因此，在滿(mǎn)足用戶(hù)安全需求下，采用合適識(shí)別率審計(jì)文件可以顯著逡逑減少待驗(yàn)證數(shù)據(jù)塊的個(gè)數(shù)

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本文編號(hào)：2812633