信息存储系统可生存性理论与关键技术研究

论文摘要

数据的安全性及服务的持续性是信息安全技术要解决的关键问题,网络存储系统的可生存性主要是指数据服务的安全性、可靠性、可用性及效率,它强调某些存储结点出现故障或受到攻击时,系统如何继续提供数据服务,并保证关键数据的机密性和完整性。可生存性体现了安全性能与效率间的折衷。本文深入研究了网络存储系统可生存性的理论和关键技术,包括系统的模型及体系结构,存储冗余机制和数据一致性机制,数据服务的可靠性模型,数据处理算法,存储加密及访问控制机制等,主要成果有:1.将入侵屏蔽与纵深防御的思想相结合,构造了可生存的存储系统模型和体系结构。通过对存储系统整体可生存性的分析,将可生存性需求融入到存储系统的设计中,有助于风险决策和其它质量属性的取舍。2.研究了分布存储系统中的数据冗余机制,针对门限密码和纠删编码在分布式存储中的应用,提出了门限Byzantine Quorum系统(TBQS)的概念,TBQS建立在一般Quorum系统的基础之上,通过增强的交汇性来解决数据一致性问题,同时能实现容错和无间断服务。3.通过对分布存储系统中数据分离技术的研究,提出了适用于海量存储系统的数据处理算法,该算法利用线性方法处理数据,在保证具有较高效率的同时,提供一定的安全性,良好地实现了安全性与效率的折衷。4.分析了存储系统可靠性的影响因素,包括时间、节点失效概率密度函数、数据分离算法及存储策略,结合可靠性理论,用概率方法构造了两种数据服务的可靠性模型,该模型可以对系统的失效进行预测,帮助存储系统的设计者和用户制订高可靠的数据存储策略,以及高可靠的数据调用策略,从而在系统设计阶段部分地解决了可靠性问题,并使数据服务的可靠性保持在较高水平。5.分析了存储系统安全机制的核心问题以及存储加密机制的特点,构造了基于树型Quorum结构的密文管理协议以及访问控制协议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 网络存储系统概述
• 1.1.1 网络存储系统及其研究内容
• 1.1.2 发展趋势
• 1.1.3 存储安全研究现状
• 1.2 存储系统的可生存性
• 1.2.1 可生存性的概念及其研究内容
• 1.2.2 存储系统可生存性的研究目标与要点
• 1.2.3 存储系统可生存性研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容与结构
• 参考文献
• 第二章 可生存的存储系统模型及体系结构
• 2.1 可生存的存储系统模型研究
• 2.1.1 存储结点
• 2.1.2 数据分离算法
• 2.1.3 存储服务及结点选择策略
• 2.1.4 故障模型
• 2.1.5 数据重建协议
• 2.2 可生存的存储网络体系结构
• 2.2.1 分布式存储系统结构
• 2.2.2 面向服务的可生存网络系统
• 2.2.3 可生存的分布存储系统体系结构
• 2.3 小结
• 参考文献
• 第三章 基于门限 Byzantine quorum 系统的分布式存储
• 3.1 Quorum 系统概述
• 3.1.1 Quorum 系统的定义
• 3.1.2 Quorum 系统性能参数
• 3.1.3 Quorum 容错机制
• 3.1.4 相关工作
• 3.2 门限Byzantine Quorum 系统及其性质
• 3.2.1 Quorum 系统在数据存储中的应用
• 3.2.2 预备知识
• 3.2.3 门限Byzantine Quorum 系统的定义及存在性
• 3.2.4 TBQS 的构造
• 3.3 基于TBQS 的数据存取协议
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 分布存储系统中的数据处理算法
• 4.1 可生存性与数据分离
• 4.1.1 数据分离算法
• 4.1.2 数据分离算法的选择
• 4.2 LPCA 算法及其应用
• 4.2.1 数据分离与存取结构
• 4.2.2 LPCA 中的数据处理
• 4.2.3 算法分析
• 4.3 小结
• 参考文献
• 第五章 分布存储系统的可靠性
• 5.1 存储系统的可靠性与可靠性模型
• 5.1.1 存储系统的可靠性
• 5.1.2 可靠性模型
• 5.1.3 相关故障下的可靠性模型
• 5.2 异构存储系统的可靠性模型
• 5.2.1 存储服务与存取结构
• 5.2.2 两个模型
• 5.3 小结
• 参考文献
• 第六章 存储系统的安全性
• 6.1 存储安全概述
• 6.1.1 存储安全与网络安全
• 6.1.2 存储安全技术
• 6.1.3 加密的局限性
• 6.2 存储系统中的加密体制
• 6.2.1 存储系统对加密的要求
• 6.2.2 具有密钥容错性的加密体制
• 6.2.3 基于树形Quorum 的密文管理协议
• 6.3 存储系统中的访问控制
• 6.3.1 访问控制
• 6.3.2 对象存储系统
• 6.3.3 对象存储中的自主访问控制方案
• 6.4 小结
• 参考文献
• 第七章 结束语
• 致谢
• 攻读博士学位期间完成的论文和参与的科研工作