[發(fā)明專利]一種分布式存儲環(huán)境下實現(xiàn)節(jié)點數(shù)據(jù)安全的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810065870.5
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108197484B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟博;堯利利;王德軍;朱容波
• 申請（專利權(quán)）人: 中南民族大學(xué)
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60;G06F21/62;G06F21/64;H04L9/06;H04L29/08
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

1.一種分布式存儲環(huán)境下實現(xiàn)節(jié)點數(shù)據(jù)安全的方法，其特征在于，包括：

步驟1，全或無變換算法對存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到全或無變換包，具體包括存儲數(shù)據(jù)的編碼過程和密鑰的加密過程；存儲數(shù)據(jù)的編碼過程是將存儲數(shù)據(jù)分組后基于加密算法得到密文，密鑰的加密過程是將密文基于流密碼得到一個密鑰以及密鑰的密文，并基于密鑰的密文和密文得到全或無變換包；

步驟2，系統(tǒng)糾刪碼對全或無變換包分布式存儲，具體包括系統(tǒng)糾刪碼冗余編碼過程和分布式存儲過程，其中，系統(tǒng)糾刪碼冗余編碼過程是將全或無變換包通過系統(tǒng)糾刪碼技術(shù)冗余編碼得到n個編碼塊，分布式存儲過程是對n個編碼塊分別計算出對應(yīng)的散列值，最后把n個編碼塊存儲至多個節(jié)點，n個散列值存儲至中央服務(wù)器安全保管然后分布式存儲在n個服務(wù)器節(jié)點；

步驟3，基于步驟2分布式存儲的編碼塊，對節(jié)點數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，包括恢復(fù)全或無變換包過程和解碼全或無變換包過程，解碼全或無變換包過程是預(yù)處理過程的逆運算，恢復(fù)全或無變換包過程是把分布式存儲的節(jié)點數(shù)據(jù)整合的過程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式存儲環(huán)境下實現(xiàn)節(jié)點數(shù)據(jù)安全的方法，其特征在于，所述步驟1中，存儲數(shù)據(jù)編碼過程首先定義存儲數(shù)據(jù)M，CBC模式對存儲數(shù)據(jù)M進(jìn)行分組，M由r個字組成(M1,….Mi,…Mr)，每個字的長度為b位；KA是一個隨機(jī)生成密鑰，E是固定的加密算法，i是變量，范圍從1到r；然后將明文塊Mi異或變量i的密文，得到r個編碼塊S1…Sr，即密文S；公式計算如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式存儲環(huán)境下實現(xiàn)節(jié)點數(shù)據(jù)安全的方法，其特征在于，所述步驟1中，密鑰的加密過程基于流密碼，對密文S使用SHA-3計算出512位的散列值h，然后把散列值h當(dāng)作流密碼中的密鑰，把KA當(dāng)作流密碼的明文輸入，由于KA最長只有256位，不足以進(jìn)行異或運算，故而擴(kuò)充KA與h一樣長，然后將擴(kuò)充后的密鑰與h異或運算，得到密鑰KA的密文Sr+1；最后，把存儲數(shù)據(jù)編碼過程得到的S(S1…Sr)和密鑰的加密過程得到的Sr+1合并，S1,….,Sr+1即全或無變換包。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式存儲環(huán)境下實現(xiàn)節(jié)點數(shù)據(jù)安全的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)糾刪碼冗余編碼的具體過程包括：系統(tǒng)糾刪碼會把全或無變換包當(dāng)作原始輸入數(shù)據(jù)，分成k個數(shù)據(jù)塊，即一個k行1列的矩陣A；另外一個n行k列的生成矩陣G，矩陣G中前k行由單元矩陣構(gòu)成，后n-k行由范德蒙矩陣或柯西矩陣構(gòu)成；生成矩陣G乘以矩陣A得到n個編碼塊(y1,…,yn)；由于系統(tǒng)糾刪碼的生成矩陣G中包含單元矩陣，因此y1,…yk編碼塊等于數(shù)據(jù)塊A1,…,Ak；從而全或無變換包通過系統(tǒng)糾刪碼技術(shù)冗余編碼得到n個編碼塊，這n個編碼塊由n-k個冗余編碼塊和k個數(shù)據(jù)塊組成，然后分布式存儲在n個服務(wù)器節(jié)點。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式存儲環(huán)境下實現(xiàn)節(jié)點數(shù)據(jù)安全的方法，其特征在于，分布式存儲的具體過程包括：系統(tǒng)糾刪碼對全或無變換包進(jìn)行冗余編碼后得到n個編碼塊(y1,…,yn)，然后用散列函數(shù)SHA-3對n個編碼塊分別計算出對應(yīng)的散列值h1,…,hn，最后把n個編碼塊存儲至多個節(jié)點，n個散列值存儲至中央服務(wù)器安全保管。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式存儲環(huán)境下實現(xiàn)節(jié)點數(shù)據(jù)安全的方法，其特征在于，步驟3中恢復(fù)全或無變換包過程具體包括：

步驟3.1、從服務(wù)器節(jié)點中獲取分片數(shù)據(jù)y_i，計算對應(yīng)的哈希值Hi，

步驟3.2、判斷Hi是否與存儲在中央服務(wù)器中的hi相等；如果相等，可重構(gòu)的分片數(shù)量t加1，繼續(xù)判斷下一個分片數(shù)據(jù)，直至t滿足門限值k或分片數(shù)據(jù)已檢索結(jié)束；如果不相等，說明分片數(shù)據(jù)被篡改，丟棄被篡改的分片數(shù)據(jù)，再判斷t是否滿足門限值k，如果滿足，用糾刪碼重構(gòu)t份分片數(shù)據(jù)，然后恢復(fù)出正確的全或無變換包；

解碼全或無變換包過程是預(yù)處理過程的逆運算，數(shù)據(jù)重構(gòu)結(jié)束后，得到正確的全或無變換包，全或無變換包含有S和Sr+1；首先，根據(jù)S計算出散列值h，然后依據(jù)流密碼的解密過程，把Sr+1異或運算散列值h，解密出擴(kuò)充后的密鑰，把擴(kuò)充后的密鑰去掉填充位，得到密鑰KA；最后，用密鑰KA解密出分組明文，從而得到明文M。