基于可信计算和密钥管理的安全大数据计算

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1、基于可信计算和密钥管理的安全大数据计算ASecurity-OrientedMapReduceInfrastructurebasedonTrustComputingandKeyManagement学科专业：软件工程作者姓名：赵锐指导教师：孟昭鹏教授天津大学软件学院2017年12月中文摘要MapReduce系统在云计算架构下应用广泛，在金融、医疗健康、科学研究、交通、能源方面都发挥着至关重要的作用，大数据计算展示了其无与伦比的方便快捷。但与此同时，越来越多的人开始关心大数据平台的安全性，担心自身的隐私安全问题。由于上述领域涉及数据的敏感性，使用者无时无刻不遭

2、受着隐私和安全方面极大的威胁。大数据平台可能由于系统被入侵、数据被替换、计算产生的结果错误而引发巨大的灾难。当前的解决方案主要集中在数据传输和存储之前的加密过程，以及数据计算时的解密过程，但究其根本，这些解决办法不能阻止用户数据被大数据处理程序泄露，也不能保证计算结果的准确性。在这篇文章里，我们提出了面向安全的MapReduce架构，通过整合大数据处理框架、密钥管理系统和可信计算模块，旨在提供安全可靠的计算架构。大数据处理架构掌控着云计算平台从创建、运行到资源回收的整个生命周期，是整套架构赖以生存的基石。密钥管理系统通过提供一套完整的密钥检验和权限认证，

3、保障了数据加密和解密时的安全性。可信计算架构是整个架构提供安全保障的终极方案，通过对操作系统级别的模块认证和用户定义的白名单权限控制，对整个系统的模块进行安全认证。通过以上三个模块，用户数据可以在大数据平台平台处理前进行加密解密，可信计算实时保护大数据平台的安全状况，面向安全的MapReduce架构对用户数据和计算结果提供了持续强有力的安全保障。我们在以OpenStack为基础架构，负责孵化整个系统架构；Sahara作为大数据处理框架，负责控制计算平台的生命周期；Barbican作为密钥管理系统，负责密钥的管理；OAT作为可信认证模块，负责平台的安全监控

4、，完成了整个实验。实验原型的评估展示出了平台能够抵御许多典型的黑客攻击，同时额外消耗也被降到了非常低的水平，达到了预期。关键词：可信云计算，大数据安全，可信大数据架构，可信计算，密钥管理，安全数据计算IIIABSTRACTMapReducesystemoveracloudcomputinginfrastructurehasmadeanextensiveuseinthefieldoffinance,medicalhealth,scientificresearch,traffic,energyandsoonwhichattractsmoreandmoreat

5、tentiononthesecurityoftheplatform.Duetothesensitivityofthedatainthesefields,theusersuffersgreatthreatontheirprivacyandsecurity.AndthewrongresultsproducedbytheMapReduceplatformmaymisleadtheusertoabigdisaster.Currentsolutionsmainlyfocusontheprocedureofencryptionbeforetransmissionan

6、dstorageanddecryptionwhenprocessing.However,thesesolutionscannotpreventtheuserdatastolenbythedataprocessingprogramandthewrongresultproducedbytheplatform.Inthispaper,weproposeaSecurity-OrientedMapReduce(SOMR)infrastructurethatintegratesthebig-dataprocessingframework,keymanagements

7、ystemandtrustedcomputinginfrastructuretoensurethesecurityofeveryoperation.Whilebigdataprocessingframeworkcontrolsthelifecycleofthecloudcomputingplatform,keymanagementsystemprovidesthetrustassuranceofencryptionandtrustedcomputinginfrastructuremakesmeasurableverificationontheplatfo

8、rm,SOMRpresentsapersistentsecurityguaran