[發明專利]一種基于云計算的3取2安全計算機平臺

有效

• 申請號: 202110355059.2
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113127270B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 唐濤;朱力;李松;王悉;王洪偉
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06F11/20
• 分類號: G06F11/20;G06F11/16
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種基于云計算的3取2安全計算機平臺，其特征在于，包括：云管中心、業務節點、安全計算機虛擬化容器和物理基礎設施，為分層架構，從上到下的層次依次為云管中心、業務節點、安全計算機虛擬化容器和物理基礎設施；云管中心為一個，業務節點為主機，云管中心分別與三個主機進行信令和數據通信，主機與安全計算機虛擬化容器一一對應，安全計算機虛擬化容器與物理基礎設施一一對應，主機與對應的安全計算機虛擬化容器進行數據通信，安全計算機虛擬化容器與對應的物理基礎設施進行數據通信；

三主機結構之間獨立運算，三主機結構之間基于任務級同步達成松散耦合冗余結構，通過虛擬網絡技術進行數據交換；三主機結構之間采用3取2的表決機制，只有為主用模式的主機，才能向外部的其它設備發送信息；

所述云管中心為分布式結構，能夠地理容災及防御單點故障，對業務節點及用戶應用進程的監控不中斷；任何兩臺主機間的通信鏈路中斷后，通過第三主機進行數據轉發，保證數據表決正常進行；

在部署好分布式的云管中心及三個業務節點后，通過容器虛擬化技術將應用所需配置環境及軟件主體封裝成為鏡像，再將鏡像部署在云計算平臺上，通過所述鏡像啟動安全計算機平臺應用容器，所述鏡像能夠隨時遷移并啟動應用；

各個主機根據上電順序搶占主備優先級，故障及恢復時，根據初始狀態及身份切換策略更新三臺主機的主備優先級；

所述主機的工作模式包括如下的五種工作模式：

1)上電模式：主機處于上電啟動階段，上電后向另外兩主機發送同步請求，最先上電的主機收到同步請求數量最多，該主機即為主用工作模式；

2)主用工作模式：該主機處于正常工作狀態，該主機的計算結果至少與其他一臺主機的計算結果一致，且該主機的計算結果作為整個系統的唯一輸出結果；

3)備用工作模式：該主機處于正常工作狀態，該主機的計算結果至少與其他一臺主機的計算結果一致，但是該主機不對外輸出計算結果；

4)跟隨模式：主機由于故障而重新上電啟動，若身份策略執行完成則進入跟隨模式，在跟隨模式下，該主機需要等待處于主用工作狀態的主機發送的歷史狀態信息，完成歷史數據信息的繼承學習，才進入備用工作模式運行；

5)復位模式：主機由于故障，或者表決結果與其他兩機不一致時，該主機進入復位模式；

在上電模式中，主機遵循的同步判斷邏輯真值表如表所示：

同步判斷邏輯真值表

；

主機啟動后進入上電模式，在上電模式時，3取2安全冗余系統的各個主機首先進行一次初始上電同步，每臺主機啟動時都向另外兩臺主機發送同步請求，每臺主機統計自身接收到的同步請求數量，根據同步請求數量切換自己的身份，接收同步請求最多的那臺主機即為主用模式主機；

主用模式主機向另外兩機發送同步信號，開啟任務周期，在每個任務周期各個主機進行一次一般任務同步；

故障恢復主機啟動時都會經過一次初始上電同步，以確定每臺主機的初始身份；

每臺主機與其他兩機進行數據交換時，對輸入、輸出的數據以及中間狀態信息進行表決，表決方式包括逐位表決、選擇表決和中值表決：

所述中值表決為每臺主機的輸入數據不一致，每臺主機的輸出數據一致；所述選擇表決為每臺主機中待比較數據不完全相同，每臺主機輸出三主機交集中的一致數據；所述逐位表決為進行數據交換的兩主機數據進行逐位進行比較后，保持一致。

2.根據權利要求1所述的基于云計算的3取2安全計算機平臺，其特征在于，所述平臺采用健康檢查機制進行故障自診斷，通過TCP、exec或者HTTP方式對平臺內部應用的運行狀態進行周期狀態檢查，通過TCP和HTTP發起鏈接請求，檢查應用IP地址+端口的正常開啟，通過exec執行自定義診斷腳本，對應用狀態進行監控和觸發自啟動恢復，狀態異常時重啟恢復。

3.根據權利要求1所述的基于云計算的3取2安全計算機平臺，其特征在于，在故障主機維護并重新上電后，采用狀態跟隨機制從正常運行的主機上通過socket方式獲取狀態跟隨數據，根據所述狀態跟隨數據進行數據恢復及繼承；

所述狀態跟隨數據包括：

1)發送歷史信息的時刻主用模式主機的時間戳，周期號信息；

2)輸入應用數據；

3)通信鏈路管理表有關信息；

4)應用中間狀態數據。