云存储可靠性与安全性研究

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1、申请博士学位论文云存储可靠性与安全性研究学校：上海交通大学院系：电子信息与电气工程学院专业:通信与信息系统班级：A0503421学号：0050342017博士生：何国锋导师：李建华教授上海交通大学电子信息与电气工程学院2013年5月万方数据ResearchonthereliabilityandsecurityofcloudstorageDissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforth

2、eDegreeofDoctorofPhilosophyByGuo-FengHe(ElectronicsandCommunicationEngineering)DissertationSupervisor:Prof.JianHuaLiSchoolofElectronicsandElectricEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaMay,2013万方数据上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行

3、研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。万方数据上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学

4、位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）万方数据上海交通大学博士学位论文摘要云存储可靠性与安全性研究摘要云计算已成为IT未来发展的趋势，云存储是云计算的重要组成部分，越来越多的数据存储在云端，对于用户而言，数据安全是其首要关注问题。数据安全包含多个方面，其中数据存储可靠性和访问安全性尤其令客户担忧：数据存储的可靠性，即是否能确保数据被可靠的存储，即使存储端的某些硬件出现故障也不会导致用户数据丢失；数据访问的安全性，即是否能确保数据仅被已授权的人访问或修改，同时又能

5、保证隐私性。本文围绕云存储中数据存储可靠性和访问安全性两个方面开展研究，并提出解决方案。本文首先对论文相关的基础理论和概念进行阐述，对研究需求进行分析。引入了云计算服务模型及云存储系统架构，简述了与云存储可靠性相关的编码技术和与访问安全性相关的信息安全技术。论文接着对复制技术和纠删码等数据可靠性技术进行研究，设计出优化的编码构造方法并进行仿真测试验证。重点对阵列纠删码、RS类纠删码、LDPC码等纠删码技术进行深入分析，对比得出各类技术存在的优势、缺陷以及适用场景，为进行云存储相关编码构造方案的优化设计提供了重要理

6、论依据。针对适于云存储应用的各类LDPC码构造方法进行了解析，选取准循环LDPC码（QC-LDPC码）进行构造优化，设计出三类适合于硬件实现的QC-LDPC码构造方案，并从圈长、列重、块长多个维度对方案进行了性能仿真测试。方案采用直接构建的模式，避免了搜索过程；通过限定参数的方法确保圈长为6或8，所有构建方法都第I页万方数据上海交通大学博士学位论文摘要基于初等数论，仅需要模加和模乘运算来实现。仿真实验表明，本方案构造的QC-LDPC码比采用BIBD构造的QC-LDPC码具有更好的译码性能，适用于云存储实际应用，可

7、有效提高云端数据的可靠性。论文随后对云存储数据访问安全性展开研究，设计了具有门限追踪性的高效群签名方案。围绕云存储数据生命周期各阶段存在的风险，分析了用户对云端数据安全需求，介绍了云存储特有的安全技术。重点针对机密性中的用户匿名性需求，详细分析了普通群签名、环签名和民主群签名等现有匿名性技术的特点及其存在问题。针对群组访问云存储场景下民主群签名中单个成员具有追踪能力的风险，提出了民主群签名安全模型，包括形式化定义及安全要求，设计了具有门限追踪性的高效民主群（TT-DGS）方案。并对方案进行了安全性和有效性分析，在

8、随机预言机模型下可以证明TT-DGS具有匿名性、不可伪造性和门限追踪性，可有效提高云端数据访问的安全性。同时性能分析证明该方案较以往同类方案在性能上有明显提升，其门限设计模式具有更好的普适性。关键词：云计算，云存储，存储冗余，LDPC，访问安全，数字签名，群签名，民主群签名第II页万方数据上海交通大学博士学位论文ABSTRACTRESEARCHONTHERELIABILI