互聯(lián)網(wǎng)下的云計算數(shù)據(jù)安全研究

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摘要：針對在云計算領域數(shù)據(jù)丟失與泄露產(chǎn)生的損失和影響不斷加劇，研究分析了云計算框架的安全策略，討論常用的數(shù)據(jù)加密算法。依據(jù)云環(huán)境的特性，提出了在保證服務質量與數(shù)據(jù)完整的前提下，對云計算中使用的數(shù)據(jù)進行加密，同時使用各類工具進行身份驗證，為各類使用者制定相關云計算安全服務體系。在對已有安全保護的技術對比分析和加密算法深入討論的基礎上，指出了云計算中數(shù)據(jù)安全的未來發(fā)展方向。

關鍵詞：云計算；云存儲；數(shù)據(jù)安全；隱私保護；數(shù)據(jù)加密

引言

云計算作為21世紀互聯(lián)網(wǎng)時代最重要的高新技術之一，引發(fā)了全球各大企業(yè)對云計算領域的研發(fā)，但隨著研究的深入，云計算數(shù)據(jù)的安全性越來越引起廣泛的重視，研發(fā)者開始進軍數(shù)據(jù)安全領域，著重于數(shù)據(jù)的隱私保護與加密，提升用戶體驗，打造企業(yè)的知名度，同時在國家層面，提高互聯(lián)網(wǎng)國際競爭優(yōu)勢。在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大環(huán)境下，政府部門，企業(yè)或者個人用戶將私人信息或者公共信息存入云端，對云計算數(shù)據(jù)的安全保護顯得尤為重要。當云端數(shù)據(jù)出現(xiàn)風險時，會導致數(shù)據(jù)泄露，數(shù)據(jù)信息不完善，數(shù)據(jù)冒用等情況，會給個人和機構帶來巨大的經(jīng)濟損失。但是通過數(shù)據(jù)安全技術的應用，能夠實現(xiàn)對使用者信息數(shù)據(jù)的安全保護，提高數(shù)據(jù)的安全性，大幅度降低信息數(shù)據(jù)丟失和出錯，可以防止用戶自身的利益或者企業(yè)的集體利益受到重創(chuàng)。所以，提高數(shù)據(jù)的安全性，對數(shù)據(jù)進行加密保護不僅是項目團隊研發(fā)的需要，也是國家實力提升的象征。同時隨著事物之間的共享，互聯(lián)等特性[1]，更要極力保證數(shù)據(jù)的真實性，可靠性，防止垃圾信息占據(jù)過多的公共資源空間，通過將信息安全引入云計算領域，保證網(wǎng)絡環(huán)境的將抗，積極向上。

1云計算框架的安全策略分析

云計算技術主要面臨三大層面的安全威脅：以操作系統(tǒng)等基礎部件為主的基礎設施即服務層（IaaS）[1]，以網(wǎng)絡平臺開發(fā)環(huán)境和資源為主的平臺即服務層（PaaS）[2],以軟件實際應用為主的軟件即服務層（Saas）[3]。依據(jù)三大層面可將云計算租戶責任和云服務商責任模式劃分如表1所示。由表1可知：軟件即服務層的數(shù)據(jù)信息是既是租戶應承擔的責任，同時也是運服務商的負責領域，只有IaaS層的數(shù)據(jù)信息是租戶負責的。由此，我們針對以上三大層面數(shù)據(jù)的保障與應用進行詳細探討并對現(xiàn)階段我國在該領域的突破進行說明。

1.1Joyent智慧云技術在IaaS層的應用

在數(shù)據(jù)安全方面，Joyent智慧云技術法使root用法戶執(zhí)行每臺機器管理的同時，無法再去操控操作系統(tǒng)的內(nèi)核。通過隔離的方式，將內(nèi)存獨立成一個整體；采用關閉網(wǎng)絡或者使用其他網(wǎng)絡的方式進行網(wǎng)絡隔離；并通過對處理器的隔離操作，阻止網(wǎng)絡的開啟配置任務，并有效阻止流量的探測，保證用戶使用的云應用程序是相互隔離的，由此確保數(shù)據(jù)的安全性。

1.2GAE在PaaS層的應用

在數(shù)據(jù)安全方面，PaaS層的應用必須有具體的客戶標識符，通常由一個鍵值確定，避免與其他用戶的數(shù)據(jù)信息發(fā)生沖突。GoogleAppEngine可以通過虛擬化應用程序，來進行開發(fā)和托管，主要針對Web網(wǎng)頁的應用程序。GAE提供了一套幫助機制，幫助用戶獲取互聯(lián)網(wǎng)資源并將其保存，也可以使用這套機制發(fā)送郵件或者對圖文信息進行操作，同時也有部分使用者用這套機制緩沖數(shù)據(jù)。此外，開發(fā)人員使用該平臺不用考慮內(nèi)存等難以控制的問題，但GAE對文檔的操作以及數(shù)據(jù)的應用（如查詢信息）要求嚴格，必須以索引形式進行，而且不支持同時兩個不等式做條件的查詢。針對用戶體驗而談，用戶只需要使用供應商提供的資源，就可以進行開發(fā)或者委托管理，解決了硬件設施問題，選擇的委托管理方安全問題以及其他運維資金問題。

1.3SaaS層數(shù)據(jù)安全保障與應用

大部分企業(yè)選擇使用基于網(wǎng)絡的加密方式保證數(shù)據(jù)的安全。此外，在云計算領域還有兩種常見的數(shù)據(jù)加密方式：第一種方式是用戶在客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)后在本地接收密鑰，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行加密并保存在云存儲空間中，密鑰始終在用戶手中；第二種方式是在發(fā)送數(shù)據(jù)之前在本地進行加密。這兩種方式對軟件要求較高且具有很難管理，只有少部分企業(yè)使用。

2云計算數(shù)據(jù)加密技術的算法研究

研發(fā)團隊使用的加密技術，一般是以加密盤或存儲加密為主的加密方式，這類加密技術的工作區(qū)域在存儲后端，但從加密位置看，一般分為應用層加密、網(wǎng)關層加密、存儲系統(tǒng)加密和后續(xù)研發(fā)的加密硬盤技術[4]。這四類加密方式具體信息如表2所示。因為應用層加密方式在網(wǎng)絡層和存儲系統(tǒng)中是無反應的，所以其兼容性最好，同時也可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。根?jù)以上提到的加密方式相關算法，我們針對常用的用戶在應用層上傳數(shù)據(jù)的加密技術，通過數(shù)字簽名方式的非對稱算法加密技術，以及與對稱加密算法相結合的加密技術進行詳細討論。

2.1應用層加密

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，以抖音，新浪微博，知乎等軟件越來越得到各個年齡段人的青睞，但用戶在使用中只能控制粗粒度的訪問，無法控制細粒度的訪問，在此層面可以給被關注者細粒度訪問的授權，或者設置密文控制防止權限，同時用戶有選擇地決定應用軟件是否可以使用手機定位信息。此外，可以通過隨機哈希鎖實現(xiàn)RFID的安全保證和數(shù)據(jù)加密，防止在消費中造成數(shù)據(jù)泄露。

2.2數(shù)字簽名

在非對稱加密領域，數(shù)字信息更能體現(xiàn)數(shù)據(jù)的真實性和完整性，于是通過數(shù)字串形成的數(shù)字簽名成為該領域研發(fā)較多的技術。對于安全性要求較高的信息數(shù)據(jù)，一般使用融合數(shù)字簽名與其他身份鑒別技術組成身份認證系統(tǒng)，避免使用者的隱私信息泄露或者身份造假，確保數(shù)據(jù)使用的安全性，目前，通常使用融合二維碼、數(shù)字簽名以及人臉識別等技術的身份認證系統(tǒng)[5]。

2.3對稱加密算法與非對稱加密算法相結合

用戶在使用云計算服務中，無法保證隱私信息是否能得到保護，隨著信息安全研究的深入，研究人員根據(jù)對稱密鑰在云計算中適合對海量數(shù)據(jù)進行加密以及非對稱密鑰具有較高的安全性，得出了兩種算法相結合的方案[6]，實現(xiàn)了運行效率高，安全性能好的數(shù)據(jù)存儲機制。而兩種算法相結合的使用方法也可以實現(xiàn)算法的最優(yōu)化，一定程度上可以杜絕非法輸入情況。

3云計算的安全服務體系

隨著云計算研究的深入，使用者數(shù)量的逐漸增加，保證云計算應用中數(shù)據(jù)安全的服務顯得格外重要，針對現(xiàn)有的云計算安全技術，可以針對用戶對數(shù)據(jù)安全性的需求等級，將其服務體系分為三種體系：第一種體系是以公共服務平臺類型為主的云計算安全基礎服務體系；第二種體系是以商務應用服務類型為主的云計算安全應用服務體系；第三種體系是以政府軍隊的部分保密機關類型為主的云計算安全軍政服務體系。它們的適用領域及研發(fā)難度如表3所示。由表3可知，在云計算安全服務三大體系，隨著使用者對云環(huán)境要求的提升，研發(fā)團隊使用的技術難度也逐步提升，由此，我們針對這三類服務體系的服務內(nèi)容將其進行詳細說明。

3.1云計算安全基礎服務

云計算安全基礎服務以提高社會公民生活水平為基準，在保證公民信息安全的前提下，實現(xiàn)公民衣食住行方面的便利條件。現(xiàn)階段以阿里云，美團云，攜程云等為廣大公民提供云服務，部分社區(qū)實行智慧城市標準，開啟社區(qū)云服務，逐步提高居民生活水準。

3.2云計算安全應用服務

云計算安全應用服務通過設置企業(yè)各員工權限，提供云辦公環(huán)境，保證員工的辦公效率和公司內(nèi)部信息的安全性，同時配合高權限者的身份管理，以及公司云監(jiān)管，云審計，保證了公司的財務透明度。

3.3云計算安全軍政服務

云計算安全軍政服務通過加密使用者在應用層上傳的數(shù)據(jù)做出對數(shù)據(jù)的基本加密，通過數(shù)字簽名等非對稱加密算法保證在機關開會期間的數(shù)據(jù)完整性和可靠性，同時對機關工作人員的身份進行鑒別，并在此基礎上添加對稱加密算法與其結合等方式，保證了政府及軍隊信息的保密性，同時通過多重云監(jiān)管模式和在職人員的權限設置，保證政務信息不會泄露，每一位使用者不會瀏覽到越過自己權限的信息，保證政務信息的專一性。同時可以防止垃圾信息進入云辦公環(huán)境中。

4結束語

本文提出了在互聯(lián)網(wǎng)時代云計算數(shù)據(jù)的安全保護方案，結合云計算領域數(shù)據(jù)丟失與泄露產(chǎn)生的損失和影響不斷加劇的問題，基于云計算框架的安全策略分析與數(shù)據(jù)加密技術的算法研究，實現(xiàn)了以公共服務平臺類型為主的云計算安全應用服務體系和以商務應用服務類型為主以政府軍隊的部分保密機關類型為主的云計算安全軍政服務體系。本文結合Joyent智慧云技術法對基礎設施即服務層技術分析，GAE在平臺即服務層操作研究以及在軟件即服務層的三種加密方式，重點探討了云計算安全框架的安全技術；根據(jù)討論結果對數(shù)據(jù)加密常用的算法進行詳細研究，通過在網(wǎng)絡媒體授權細粒度訪問以及使用隨機哈希鎖保障RFID的安全是實現(xiàn)在應用層加密，使用非對稱加密方式（如數(shù)字簽名）保障身份可靠性和完整性，并結合對稱加密算法提高數(shù)據(jù)安全性；在此基礎上，針對用戶對數(shù)據(jù)安全性的需求等級，將其服務體系分為三種體系，提高用戶使用的便利性。對于云空間入侵者竊取挖掘用戶信息的防范對策，可用作后續(xù)的研究工作。

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[5]徐劍,趙英南,田永純,周福才.融合二維碼與人臉識別的會議身份認證系統(tǒng)研究[J].信息網(wǎng)絡安全,2015.4:13-18

[6]胡光永.基于云計算的數(shù)據(jù)安全存儲策略研究[J].計算機測量與控制,2011.19(10):2539-2541

作者：欒忠祥 單位：沈陽工學院信息與控制學院