基于多云端的数字信息保护系统设计与实现

发布时间：2020-06-15 15:30

【摘要】：随着计算机技术、网络技术和云计算技术的迅速发展,云存储服务已经非常普及,大家已经习惯将数字信息上传到云存储服务中进行保存与分享。云存储服务中存储的数据难免因为软件漏洞而遭受恶意攻击,还有一些人为因素或是设备故障都会对用户的数据造成安全威胁,往往会造成严重后果。云存储服务在带给人们极大便利的同时,也有很多安全隐患问题。本文提出一种文件数据安全云存储方式—RS多云存储方式。其文件上传过程是首先利用RS纠删码编码技术将本地机器中存储的待上传文件数据生成等长的3个数据块和1个编码块,接着对每个数据块(3个数据块和1个编码块)利用AES CBC技术进行加密处理得到密文文件,然后计算每个密文数据块的MD5消息摘要,将这些密文数据块通过互联网上传到阿里云、腾讯云、天翼云和百度云4个云对象存储服务中。文件下载过程只需要从4个不同的云对象存储服务中任选3个进行数据下载就可以通过AES CBC解密和RS纠删码数据恢复后得到原始的文件数据。该方法最多能容忍1个云对象存储服务中存储的数据失败。同常用的三副本冗余方式相比,RS纠删码冗余技术具有更高的存储效率和容错效率。本文对系统功能需要进行了分析,对系统网络结构、系统体系结构和系统数据库表结构设计进行了介绍,对各个功能的实现过程进行了详细的说明,最后对单云明文存储、单云密文存储和RS多云存储的三种文件数据上传和文件数据下载方式进行测试并进行了比较分析。RS多云存储方式保护了用户数字信息数据的完整性、安全性和隐私性,也节省了存储成本,并且具有一定的容错能力。但该方式具有RS纠错码编码和数据恢复算法较复杂,运算工作量大,操作用时长的缺点。
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP333;TP309
【图文】：

工作原理图,模式,明文,密文

小为 128 位，允许的密钥长度为 128、192 和 256 位[34]。AES 包括五种加密模式，分别是 CBC（Cipher Block Chaining，密码分组链接式、ECB（Electronic Codebook Book，电码本）模式、CTR（Counter，计算器式、CFB（Cipher FeedBack，密码反馈）模式和 OFB（Output FeedBack，输出）模式。其中 CBC 模式是应用非常广泛的 AES 加密模式。1976 年，IBM 发明了密码分组链接 CBC 加密模式，每个明文块先与前一个块进行异或后，再进行加密。在这种方法中，每个密文块都依赖于它前面的所文块。同时，为了保证每条消息的唯一性，在第一个块中需要使用初始化向量加密时，明文中的微小改变会导致其后的全部密文块发生改变，而在解密时，个邻接的密文块中即可得到一个明文块。因此，解密过程可以被并行化，而解，密文中一位的改变只会导致其对应的明文块完全改变和下一个明文块中对应生改变，不会影响到其它明文的内容。CBC 模式的主要缺点是加密过程不能实行化，只能是串行的，而且消息必须被填充到块大小的整数倍[35-36]。3.1.2 CBC 工作原理

模式解,工作原理图,密文,数据块

接着每个明文数据块与初始向量 IV 或者上一段的密文数据块进行异或运后再与秘钥进行加密运算产生密文数据块（密文 0、密文 1、密文 2 等）。CBC加密工作原理图如 3-1 所示。密文数据包括多个密文数据块（密文 0、密文 1、密文 2 等），CBC 模式解密是每个密文数据块与秘钥进行解密运算产生，然后与初始向量 IV 或上一段密文块进行异或运算得到明文数据块（明文 0、明文 1、明文 2 等）。CBC 模式解密原理如图 3-2 所示。

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