云计算环境下的并行密文计算方法与实现

发布时间：2017-09-30 10:36

  本文关键词：云计算环境下的并行密文计算方法与实现

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【摘要】：在信息技术领域,云计算作为目前最热门的话题之一为现代高速计算提供了新思路,即采用了一种新型的基于因特网的计算模型实现了高速计算。但目前云计算中的安全问题日益突出,已经成为工业界、学术界和有关政府部门在云计算领域的另一衍生领域。海量的数据量不可避免地包含了诸如用户银行账号密码和个人信息等敏感信息和隐私数据,甚至还包括国家机密信息,如何保护这些机密数据促进了云计算安全领域的探索。CSA在2011年发布的云安全白皮书上指出如何在云计算平台上保证隐私数据的机密性已经成为学术界、工业界乃至国家级网络空间安全保障等关键安全部门研究的热门话题。因而,研究和构建适合云计算的加密方法对于云系统中的数据隐私保护和安全起着重要的作用。本文从云计算环境中安全的理论与实际应用需求出发,针对目前云计算的隐私保护加解密算法存在的问题,分析和研究存在的问题,并基于云计算环境设计和实现了安全、可靠和快速的加密并行算法。本文主要从对称和非对称加解密算法两个角度出发,选择对称加密算法中的AES算法和公钥加密算法中的基于ECC密钥体制的ECIES算法做代表,以云计算环境中的数据规模大、运算速度快及虚拟化程度高等平台特点为基础,研究、设计并实现并行AES和ECIES加密算法。本文详细分析了串行AES加密算法,并通过实验,得出算法耗时构成,然后基于该串行算法设计了基于AES加密算法的分布式密文计算算法,并在Hadoop云平台中使用MapReduce编程框架实现了对大数据文件的加密和解密。同时还研究了基于ECC公钥体制的ECIES密文计算算法,首先对串行算法进行理论分析,然后通过实验得出算法各个模块耗时比例,而后基于该串行算法,设计了并行ECIES加密算法,并使用MapReduce并行编程框架在Hadoop云平台上进行了实现。理论和实验表明,基于Hadoop平台的并行AES算法和并行ECIES算法能够实现密文的分布式存储和提高加密解密的速度,在集群处理器个数为p的情况下,其并行算法的加速比能够达到约p/3。
【关键词】：云计算 并行计算 AES加密 ECIES加密 MapReduce
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP309
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 研究现状9-13
• 1.2.1 并行计算9-11
• 1.2.2 云计算中的对称加密算法11-12
• 1.2.3 云计算中的可检索非对称加密算法12-13
• 1.3 研究内容与意义13-15
• 1.3.1 研究内容13-14
• 1.3.2 研究意义14-15
• 1.4 本文组织结构15-17
• 第二章 云计算和云安全17-28
• 2.1 云计算17-24
• 2.1.1 云计算定义17-19
• 2.1.2 云计算的特点19
• 2.1.3 多租户特征19-20
• 2.1.4 云计算、并行和分布式计算20-21
• 2.1.5 云计算、集群与网格21-22
• 2.1.6 云计算基本架构之基本层次22-23
• 2.1.7 云计算基本架构之服务层次23-24
• 2.2 云计算安全24-26
• 2.2.1 云立方体模型24-25
• 2.2.2 云安全集成模型25-26
• 2.3 本章小结26-28
• 第三章 Hadoop云平台28-39
• 3.1 Hadoop生态圈28
• 3.2 Hadoop1.028-34
• 3.2.1 基本架构29-30
• 3.2.2 分布式文件系统HDFS30-32
• 3.2.3 MapReduce编程框架32-34
• 3.2.4 存在的问题34
• 3.3 Hadoop2.034-36
• 3.4 Hadoop安全机制36-38
• 3.4.1 Hadoop安全缺陷36-37
• 3.4.2 安全机制37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 基于Hadoop平台的并行AES加密算法39-50
• 4.1 经典AES算法39-43
• 4.1.1 经典AES算法理论基础39-40
• 4.1.2 串行AES算法理论分析40-41
• 4.1.3 实验与结果41-43
• 4.2 并行AES加密算法43-49
• 4.2.1 并行AES算法设计43-44
• 4.2.2 并行AES算法分析44-46
• 4.2.3 Hadoop实验平台46
• 4.2.4 并行AES算法实现46-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 基于Hadoop平台的并行ECIES加密算法50-71
• 5.1 经典ECC公钥密码机制50-64
• 5.1.1 ECC概要介绍51-53
• 5.1.2 ECC标准53-54
• 5.1.3 椭圆曲线中基本运算性能分析54-57
• 5.1.4 经典ECIES算法框架57-58
• 5.1.5 模块性能分析58-62
• 5.1.6 实验与结果62-64
• 5.2 并行椭圆曲线算法64-70
• 5.2.1 并行ECC算法设计64-65
• 5.2.2 并行ECC算法分析65-67
• 5.2.3 并行ECIES算法实现67-70
• 5.3 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 工作总结71
• 6.2 研究展望71-73
• 参考文献73-76
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文76-77
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利77-78
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目78-79
• 致谢79

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8 方明;余静;;DES加密算法[J];装备制造;2009年09期

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4 王跃虎;周武艺;;基于背包序列的图像加密算法[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年

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8 彭德明;;DES加密算法在LS83微机上的实现[A];第三次全国计算机安全技术交流会论文集[C];1988年

9 田翠华;孙维泽;;应用哈希加密算法对网站信息保密处理的研究[A];创新沈阳文集（A）[C];2009年

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1 ;关于WAPI的未来[N];网络世界;2006年

2 本报记者 李山;“窃听风云”不是电影情节[N];科技日报;2010年

3 马晓芳;政府公开加密算法WAPI或将强制执行[N];第一财经日报;2006年

4 ;MD5等三种加密算法发现安全漏洞[N];计算机世界;2004年

5 中华女子学院计算机系 刘志斌;如何应对被公开的Oracle口令加密算法[N];中国计算机报;2008年

6 ;网上银行“无忧”平台[N];计算机世界;2001年

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8 张骁;WAPI标准之争[N];经理日报;2006年

9 山东大学 韩旭东;802.11i技术点点通[N];计算机世界;2004年

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本文编号：947759