一种分布环境下加密文件系统的设计与实现

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1、华中科技大学硕士学位论文一种分布环境下加密文件系统的设计与实现姓名：方允福申请学位级别：硕士专业：计算机系统结构指导教师：曹强2011-01华中科技大学硕士学位论文摘要大多数存储系统都有严重的安全缺陷，因为数据主要是通过操作系统的访问控制机制来进行保护，用户只要绕过操作系统，物理上接触存储设备，就能随意访问这些数据。鉴于数据已成为企业生存的命脉和宝贵的资源，存储安全性问题越来越突出。针对传统的基于三方架构的分布式文件系统DNFS(DistributedNetworkFileSystem)设计了一个安全文件系统K

2、CFS(Kernel-LevelCryptographicFileSystem)，该系统可以运行在所有基于POSIX标准的文件系统之上，为用户提供数据机密性、完整性、文件共享等需求，同时保证了良好的性能和易用性。KCFS加密文件系统以一个独立的文件系统模块形式实现数据的随机加密，运行于分布式文件系统的客户端，可以保证网络传输和存储设备上的数据都以密文的形式存在；KCFS把文件数据和元数据存放在同一个文件中，从而完美地支持增量备份、大规模存储系统间的文件迁移和文件共享；KCFS具有很高的安全性，可以支持多种不同的

3、加密算法和密钥长度，每个文件可以采用不同的密钥，即不同文件具有不同的加密强度；同时，该软件具有很好的易用性，它能够透明地处理文件加密和解密，合法用户和应用程序一经授权，用户就可以通过标准的文件访问接口透明地访问加密文件，无需额外的人工干预。最后对KCFS文件系统从功能和性能上进行了测试和分析。在功能上，主要关注该系统的稳定性、文件共享机制、易用性、可移植等；在性能上，主要关注添加了KCFS的加密功能后，对系统的性能带来的影响，以及选用不同的加密算法和密钥长度对系统性能的影响。实验结果表明，KCFS在保证存储系统

4、安全的同时，还具有较高的性能，在实际应用和科研环境中，具有广阔的应用前景和使用价值。关键词：加密文件系统，分布式文件系统，密钥管理，文件共享I华中科技大学硕士学位论文AbstractMoststoragesystemshaveserioussecurityflaws,becausethesedataweremainlyprotectedthroughtheoperatingsystemaccesscontrolmechanisms.Ifyoubypasstheoperatingsystemandaccessth

5、estoragedevicesphysically,youcanfreelyaccessthedata.Inviewofthedatahasbecomethemostvaluableresources.HavingdesignedaKernel-LevelCryptographicFileSystem(KCFS)basedonthetraditionaldistributedfilesystem(DNFS).ThesystemcanrunonallPOSIX-basedfilesystem.Whileensur

6、ingagoodperformanceandeaseofuse,itprovicesuserswithdataconfidentiality,integrity,filesharingandotherneeds.Itrealiserandomdataencryptionintheformofaseparatefilesystemmoduleandrunontheclientinthedistributedfilesystem.Thisensuresthatdatainnetworktransmissionand

7、onstoragedeviceareexistedintheformofciphertext.InKCFS,dataandmetadataarestoredinthesamefile.Thusitperfectlyprovidessupportforincrementalbackups,filemigrationandfilesharingbetweenlarge-scalestoragesystems.KCFSisinhighsecurity,andcansupportavarietyofdifferente

8、ncryptionalgorithmsandkeysindifferentlengths.Andeveryfileiscorrespondingtoadifferentkey.Meanwhile,thesoftwareiseasytouse.Itcantransparentlyhandlefileencryptionanddecryption.Onceusersandapplicati