列存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全與網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化模型研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的高速發(fā)展，人類產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量正在呈指數(shù)級增長。對大數(shù)據(jù)集的分析查詢，通常只用到一個(gè)或幾個(gè)邏輯表的少數(shù)幾列，而且每次要讀取的數(shù)據(jù)量很大。在這樣的實(shí)際應(yīng)用背景下，列存儲數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。大量的研究表明：相對于行存儲系統(tǒng)，在具有較多查詢分析操作的應(yīng)用中，讀優(yōu)化的列存儲系統(tǒng)具有顯著性能優(yōu)勢。同時(shí)，列存儲系統(tǒng)在使用過程中，數(shù)據(jù)安全性也是人們密切關(guān)注的一個(gè)重要問題。如何維護(hù)列存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全以及保持列存儲系統(tǒng)的性能優(yōu)勢，已經(jīng)成為

2、列存儲研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支。
　　論文針對列存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)加密方法、建立安全索引方案、確保系統(tǒng)k-安全的數(shù)據(jù)分配與重構(gòu)方法、優(yōu)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能的模型等幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，研究了基于列存儲系統(tǒng)單元格粒度上的加密方案。為了抵御替換攻擊，避免統(tǒng)計(jì)信息泄露，在分析列存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出在單元格粒度上，采用單元格數(shù)據(jù)與單元格位置相結(jié)合的方法對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。其中，單元格位置信息采用

3、列存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)表的表ID，列ID和行ID三個(gè)元素構(gòu)成的三元組來表示，并采用具體實(shí)例證明了新加密方案能夠抵御替換攻擊。在單元格粒度加密方案基礎(chǔ)上，研究基于密文建立數(shù)據(jù)安全索引方法。將單元格數(shù)據(jù)與單元格所在行的位置信息結(jié)合在一起加密成密文，然后在密文上建立安全索引。通過對基于密文建立的安全索引與基于明文建立的B+樹索引進(jìn)行對比分析，新的安全索引不會泄露任何與明文有關(guān)數(shù)據(jù)信息，且保持原有索引結(jié)構(gòu)，不影響數(shù)據(jù)查詢。
　　其次，根據(jù)列存儲系

4、統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究了適合其的相對“輕型”Romega加密方案。相對于行存儲系統(tǒng)，在多讀操作環(huán)境中列存儲系統(tǒng)具有性能優(yōu)勢。而對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，會影響系統(tǒng)性能。為解決這個(gè)矛盾，進(jìn)行了基于多級互連網(wǎng)絡(luò)建立相對“輕型”加密方案的研究。首先，對Omega結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了分析。其次，利用其可逆性，研究了在列粒度上對列存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密具體方案。最后，從理論上對新加密方案的安全性進(jìn)行了證明。
　　再次，研究列存儲系統(tǒng)k-安全問題的解決方案。在列存儲

5、系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)格所有的n個(gè)節(jié)點(diǎn)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲的數(shù)據(jù)量是不同的。系統(tǒng)要求當(dāng)其中有k個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)遭受破壞后，使用余下(n-k)個(gè)節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)，依然能夠重構(gòu)所有數(shù)據(jù)。基于不同應(yīng)用環(huán)境的需要，提出兩種解決方案，分別是基于拉格朗日插值多項(xiàng)式解決方案和基于牛頓插值多項(xiàng)式的解決方案。并通過具體實(shí)例，對兩種數(shù)據(jù)分配與重構(gòu)方案能保證k-安全的正確性與可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　最后，從優(yōu)化列存儲系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境研究視角出發(fā)，提出了一種流排隊(duì)模型。首先，對