基于Tornado码的分布式存储系统及其安全性研究

发布时间：2020-10-10 03:44

　　随着信息量的迅速增长,对于数据可用性的要求也越来越高,简单存储系统和传统冗余方式已经开始难以满足需求,而在通信领域一直发挥着重要的作用的纠错码技术,由于其优异的性能,正被广泛的使用在数据存储中。低密度校验(LDPC)码有稀疏矩阵表示法和二分图表示法两种表示法,根据边分布的不同分为正则LDPC码和非正则LDCP码。级联低密度校验码(Tornado码)是特殊的非正则LDPC码,具有多级级联与编解码均为异或运算的特点。Tornado码的二分图生成算法和Tornado码编解码过程,从理论和实验角度验证了Tornado码在纠错性能上优于正则码。数据冗余能够极大地提高数据的高可靠性,基于复制的冗余存储系统存储空间开销较大,基于RAID技术的冗余存储系统扩展性较差,基于RS码的冗余存储计算开销较大,基于以上分析提出了基于Tornado码的分布式冗余存储系统模型。从故障检测,读写操作,数据恢复和失效回收等四个方面对整个系统进行了分析,从理论上对可用性,存储开销和修复间隔等方面将基于复制的存储冗余系统和基于Tornado码的存储冗余系统进行了比较,得出基于Tornado码的存储系统在相同条件下拥有可用性高,开销小,修复间隔长的特点。针对单一的数据冗余存储系统不能解决的非法攻击者侵入问题,提出了基于Tornado码的安全分布式冗余系统。利用哈希函数(Hash)的难以伪造的特点,将分布式系统中数据块进行Tornado码编码后,计算其Hash变换的值并作为标志位,通过验证标志位来判断数据是否正确,达到提高系统安全性的目的,通过随机次的Hash变换和级联多数据块的Hash值来弥补Hash函数本身的不足,进一步提高系统的安全性。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TP333
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 纠错码的发展和现状
    1.3 纠错码的需求分析
    1.4 本文主要研究内容及安排
2 TORNADO 码原理分析
    2.1 LDPC 码的基本原理
        2.1.1 LDPC 码的表示法
        2.1.2 正则码和非正则码
    2.2 TORNADO 码的基本原理
        2.2.1 Tornado 码简介
        2.2.2 Tornado 码二分图生成算法
        2.2.3 Tornado 码编解码过程
    2.3 TORNADO 码性能分析
    2.4 本章小结
3 基于TORNADO 码的分布式存储系统研究
    3.1 分布式冗余存储系统
        3.1.1 分布式冗余系统的需求
        3.1.2 基于复制的分布式存储冗余系统
        3.1.3 基于RS 码的分布式存储冗余系统
    3.2 基于TORNADO 码的分布式存储系统关键技术
        3.2.1 故障检测和节点重构
        3.2.2 读写操作算法
        3.2.3 数据恢复算法
        3.2.4 失效回收算法
    3.3 基于纠错码的存储系统和基于复制的存储系统的比较
        3.3.1 相同MTTF 和修复间隔时间的比较
        3.3.2 相同存储开销和修复间隔时间的比较
        3.3.3 相同MTTF 和存储开销的比较
    3.4 本章小结
4 基于TORNADO 码的分布式存储系统安全研究
    4.1 传统冗余方案中的不足
    4.2 基于TORNADO 码的安全存储系统
        4.2.1 安全分析
        4.2.2 安全方案
    4.3 改进的基于TORNADO 安全存储系统
        4.3.1 改进型方案分析
        4.3.2 初始化阶段
        4.3.3 证据生成阶段
        4.3.4 证据验证阶段
        4.3.5 TSK 使用表更新阶段
        4.3.6 改进认证方式的安全性能分析
    4.4 本章小结
5 全文总结
    5.1 全文总结
    5.2 后续工作
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文附录

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