信息存储系统可生存性理论和关键技术的研究

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1、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

2、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ByzantineQuorum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

3、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

4、协议。关键词：网络存储系统可生存性数据服务体系结构冗余AbstractSecurityofdataisthekeypointofinformationsecuritytechnologies．Survivabilityofdistributedstoragesystemmainlyrelatestothesecurity,reliability,availabilityandefficiencyofdataservice，itaimstomaintaindataservicewhensomeofthesto

5、ragenodesbeingfailedorattacked，andtokeeptheprivacyandintegrityofsensitivedata．Survivabilitysubstantiallymeansthetradeoffbetweensecurityandefficiency．Thisthesisisconcernedwiththetheoryandkeytechnologiesofnetworkstoragesystemsurvivability,includingthesystemm

6、odelandarchitecture，dataredundancyandconsistentmechanisms，reliabilitymodelofdataservice，datadistributionalgorithm，storageencryptionandaccesscontrolsystems．Thecontributionsarelistedbelow：1．Basingontheideaofintrusionmaskinganddefense-in—depth,amodelandarchit

7、ectureofsurvivablestoragesystemispresented．Throughanalyzingtheoverallsurvivabilityofstoragesystems，andimportingsurvivablerequirementintothedesignphaseofstoragesystems，securityandotherattributesiseasilycompromised．2．Dataredundancymechanismindistributedstora

8、gesystemsisinvestigated．ThresholdByzantinequorumsystem(TBQS)isproposedwhichCanbeusedtodesignreliablestoragestrategieswhereuptoonefourthoftheserversmightexhibitByzantinefaults．Togetherwitherasurecodingorthresh