磁盘数据安全保护技术研究

论文摘要

随着越来越多的重要数据存储在磁盘上,磁盘数据的安全保护逐渐成为备受关注的议题。众多的安全威胁如磁盘数据被非法修改、磁盘数据泄漏、磁盘失窃,都可能会对保存着重要信息的组织如军队、政府、企业等造成无法估计的损失。本文从数据隐密性和完整性两个方面,对磁盘数据的安全保护进行了研究。在隐密性保护方面,设计并实现了一种快速的硬盘加密算法FastDiskEnc,其性能比Windows Vista Bitlocker所采用的算法快约20%,并且在Linux 2.4上基于该算法实现了一个安全的可堆叠文件系统;在完整性保护方面,设计了具有可增量计算性质的Hash函数EHASH。实验结果表明,在大量数据只进行少量修改的情形下,EHASH较传统Hash函数SHA1有显著的性能优势。此外,基于增量校验技术,提出了一个针对备份磁盘数据的离线完整性保护方案,该方案能有效的解决完整性保护中抗重放攻击的难点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目标与创新点
• 1.3 论文的结构
• 第二章 相关工作介绍
• 2.1 存储体系结构
• 2.2 安全威胁模型
• 2.2.1 CIAA 威胁模型
• 2.2.2 数据生命周期威胁模型
• 2.3 硬件保护方法
• 2.4 软件保护方法
• 2.4.1 Encrypt-on-wire 方法
• 2.4.2 Encrypt-on-disk 方法
• 2.5 小结
• 第三章 磁盘数据隐密性保护
• 3.1 现有的保护技术
• 3.1.1 现有技术
• 3.1.2 应用场景限制
• 3.2 快速磁盘加密算法FastDiskEnc 的设计与实现
• 3.2.1 算法流程
• 3.2.2 算法安全性
• 3.2.3 算法实现与性能
• 3.3 基于FastDiskEnc 的可堆叠文件系统的实现
• 3.3.1 可堆叠文件系统简介
• 3.3.2 FiST 框架介绍
• 3.3.3 基于FiST 的安全文件系统的具体实现
• 3.4 小结
• 第四章 磁盘数据完整性保护
• 4.1 现有的保护技术
• 4.1.1 OnlineChecking 的完整性保护
• 4.1.2 Offline Checking 的完整性保护
• 4.2 基于增量校验技术的离线完整性保护技术
• 4.2.1 增量校验技术简介
• 4.2.2 增量哈希函数的设计及讨论
• 4.2.3 基于增量Hash 函数的磁盘数据完整性离线保护方案
• 4.3 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文