基于云计算的虚拟化容忍入侵系统研究

论文摘要

云计算将计算任务分布在大量计算机构成的虚拟资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算能力、存储空间和各种软件服务。云计算带来的服务整合与按需供给能够显著提高计算资源的利用率，降低每服务的能耗量，并且有效屏蔽计算资源的出错问题。然而云计算依然面临着云计算平台的容忍入侵性和新企业数据中心数据的容忍入侵性。国内外许多研究机构和组织对容忍入侵的研究大多是在真实硬件平台上采用门限密码学、秘密共享以及分布式冗余复制等技术；都要求系统具有高计算能力和高存储能力，并且这些资源一般不能分割，是针对特定应用而设计，因此资源利用率低，难以管理，通用性差；另外系统对冗余组件的数目与质量也有较高要求，并且冗余组件恢复时严重影响服务的可用性。因此这样高昂代价的容忍入侵对于云计算服务提供商和用户来说是很难接受的，并且不适用于云计算的虚拟化。为解决云计算平台和新企业数据中心数据的容忍入侵性问题，本文通过研究现有的虚拟化技术和秘密共享，构建了一种基于云计算的虚拟化容忍入侵系统，并基于此提出了一种基于虚拟攻击结构的云计算数据中心敏感数据容忍入侵保护的方案。该系统使用了异构容错模型、活动与被动副本、状态更新与状态转移、积极恢复和多样性策略，初步实现了在N=2F+1个副本中容忍F个副本的错误；并保证系统在无入侵时只有F+1个活动副本在执行，其余副本置于被动模式，这样大量减少了云平台资源的消耗。最后我们验证了敏感数据的容忍入侵方案通过秘密共享实现了关键数据或敏感数据的重构特性和保密特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 本文背景
• 1.1.1 云计算的出现与发展
• 1.1.2 云计算面临的问题
• 1.2 容忍入侵研究现状
• 1.3 基于虚拟化的云计算容忍入侵方案的提出
• 1.4 本文工作的目的和意义
• 1.5 本文主要工作和组织结构
• 2 云计算技术简介
• 2.1 云计算的概念及演进
• 2.2 云计算技术体系结构
• 2.3 云计算栈剖析
• 2.4 虚拟化系统模型简介
• 2.5 Xen 虚拟化模型
• 2.6 云计算与新企业数据中心
• 2.7 云计算的现状及服务案例
• 2.8 本章小结
• 3 云计算平台的容忍入侵技术
• 3.1 CCVIT 系统模型简介
• 3.1.1 CCVIT 系统结构
• 3.1.2 CCVIT 系统服务的工作流程
• 3.2 云计算平台容忍入侵关键技术
• 3.2.1 异构混合容错模型
• 3.2.2 活动副本与被动副本
• 3.2.3 状态更新与状态转移策略
• 3.2.4 积极恢复策略
• 3.2.5 多样性策略
• 3.3 基于 Hypervisor 的高效状态转移过程
• 3.3.1 副本状态的分类划分
• 3.3.2 基本的状态转移技术
• 3.3.3 状态转移过程及概念
• 3.3.4 准备状态转移
• 3.3.5 基于流的状态转移
• 3.3.6 基于磁盘的状态转移
• 3.3.7 结束状态转移
• 3.4 基于 Hypervisor 的高效积极恢复过程
• 3.4.1 积极恢复协议策略
• 3.4.2 状态转移和积极恢复
• 3.5 实验平台与结果分析
• 3.5.1 实验平台简介
• 3.5.2 Libvirt API 介绍
• 3.5.3 系统实现工具简介
• 3.5.4 实验结果及分析
• 3.6 本章小结
• 4 云计算新企业数据中心敏感数据的容忍入侵技术
• 4.1 基于虚拟攻击结构的秘密共享方案设计
• 4.2 方案可行性验证和实例分析
• 4.2.1 秘密重构特性验证
• 4.2.2 完善保密特性验证
• 4.2.3 基于 CCVIT 模型的虚拟攻击结构设计实例
• 4.3 基于虚拟攻击结构的秘密共享方案案例分析
• 4.4 性能分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢