基于云計算的能源互聯網企業數據安全關鍵技術研究

溫詩華 王輝鵬 黃士超

摘要：

隨著計算機技術的發展，各個行業內計算機的應用率逐年提高，伴隨著計算機使用率的提高，用戶數據安全問題也越來越突出。以解決某能源互聯網企業數據存儲安全問題為研究導向，利用云計算架構模式為基礎，給出了該企業的數據安全保護措施。首先對在云計算下數據存儲模式和面臨的問題進行了探討，然后介紹了云存儲的系統架構，根據系統架構特點給出了云計算基礎下數據存儲方案，最后針對該能源互聯網企業的企業特點提出了數據隨機編碼架構模式，通過對比發現隨機編碼構造方式在參數設置、動態調整能力及計算效率方面都優于其他兩種編碼方式。

關鍵詞：

云計算; 數據安全; 隨機編碼

中圖分類號： TG409

文獻標志碼： A

Research on Key Technologies of Energy Internet Enterprise Data Security Based on Cloud Computing

WEN Shihua， WANG Huipeng， HUANG Shichao

（Guangzhou Power Supply Bereau， Guangzhou， Guangdong 510000， China）

Abstract：

With the development of computer technology， the application rate of computer in most industries is increasing year by year. With the increase of computer usage， the problem of user data security is becoming more and more prominent. Based on the cloud computing architecture model， this paper presents the data security protection measures for an energy Internet enterprise. Firstly， this paper discusses the data storage mode and problems in cloud computing， then introduces the system architecture of cloud storage， ?gives the data storage scheme based on cloud computing according to the characteristics of the system architecture， and finally puts forward the data random coding architecture mode according to the enterprise characteristics of the energy Internet enterprise. Through comparison， it finds that the random coding construction mode is superior to the other two coding methods in parameter setting， dynamic adjustment ability and computational efficiency.

Key words：

cloud computing; data security; random coding

0引言

隨著計算機科學和互聯網技術的發展，人們的生產生活方式發生了巨大改變，尤其是近年來興起的“互聯網+”催生出許多新興產業。在這種不同產業和互聯網融合過程中，產生了大量數據，這些數據涉及到用戶隱私和企業的商業利益，因此如何保護數據安全已經成為擺在各互聯網企業面前的首要問題，中國信息通信研究院發布的《數據安全白皮書（2018年）》中用戶數據泄露統計表[1]，如圖1所示。

從表中可以看出數據泄露已經呈爆發態勢增長，解決數據安全安全問題已刻到了不容緩的地步。

針對數據安全問題，眾多研究者給出了不同的解決方法。Blum等提出了在對數據進行審核基礎上的用戶隱私驗證方案，有研究者提出了在云計算模式下采用網絡協議的方式保護數據安全，Wang等人研究了穩定可靠的新云端數據存儲構架，A.Pask等設想了一種在隱式模式下的聯網存儲

方案并應用于實際互聯網企業中，上述研究者給出的研究方法中只解決了涉及數據安全的用戶管理及云端服務器并行等部分問題，沒有從根本上消除數據安全泄露的隱患[26]。云計算作為一種新型的并行計算模型，具有強大數據存儲和超凡計算能力的新型計算模型，因此本文嘗試將云計算應用于數據安全保護中，用云計算的優勢保障用戶的數據安全。

1云計算下的數據存儲安全探討

云計算和互聯網是密不可分的，它是在互聯網基礎上產生的新型計算方式，云計算與傳統計算方式的主要區別是是否將互聯網技術應用于計算方式中。在云計算方式下，用戶可以在互聯網云端獲取其他用戶分享的軟件資源和數字信息，也就是說云計算是一種可以對共享可配置計算資源進行方便、按需網絡訪問的新的計算模型[7]，這些資源包括很多，如應用程序、網絡服務器、網絡存儲器等，在云計算模型下這些資源可以根據用戶需求在云端提供快速被訪問、下載等操作，無需資源共享者授權，大大節約了資源有效配置時間，云計算通常有私有云、公有云、混合云、社區云四種部署模式，如圖2所示。

隨著人們對云計算研究的深入，涉及到云計算安全的問題也得到了有效緩解，有些互聯網公司的云儲存安全率已經上升到99.999%以上。盡管如此，來自云計算系統內部和外部的威脅依然使得用戶存儲在云端的數據仍然存在著丟失、破壞或泄露的風險，人們對數據安全性的擔憂依然是其選擇云計算服務過程中要考慮的重要方面[810]。通常用戶使用云計算存儲數據時主要考慮四個方面的問題：數據機密性保障、數據訪問控制增強、數據完整性保障和數據可用性可靠性保障。

云計算保護的核心任務是保障用戶信息不泄露，在云計算框架下，系統為用戶提供了多種租戶模式，一方面用戶登錄后希望能順利訪問系統分配的存儲資源，對于系統未授權的資源區域無權訪問，另一方面云計算存儲的管理者對用戶的存儲空間有極大的管理權限，用戶不希望資源管理者對用戶的數據資源窺探，數據機密性保障是所有保障的前提，是用戶安全的基本保障。

數據訪問控制增強指的是數據的訪問者必須經過用戶的授權，未經用戶授權的訪問者不能訪問用戶數據。因為云存儲相當于一個具有加密性質的公共服務平臺，只有嚴格的訪問控制程序，才能保證用戶訪問路徑的合法性，由于傳統的訪問控制程序是基于訪問控制列表和服務器身份認證機制，在云計算框架下此種訪問控制程序存在一定的風險即存在“串錯門”現象。

數據完整性保障即用戶存儲的數據不會被破壞或丟失。數據完整性保障的挑戰分為三個因素：一是云存儲中心設備的損壞或系統缺陷使得用戶數據不完整，屬于環境因素;二是用戶數據可能被黑客等不良團體出于某種目的被刪改造成數據不完整;三是云端運營商肯能違反更改用戶數據信息。

數據可用性是指用戶應享有隨時訪問其存儲在云計算系統中的數據的能力，數據可靠性是指當用戶數據被部分丟失或破壞時，其失效數據能夠被修復且原始數據文件依然能夠被重構出來的一種保障機制[11]。

2數據存儲保護措施

2.1云存儲系統架構

在云計算架構下的數據存儲稱為云存儲，它是一種采用大量分布式存儲資源協同工作的方式來構建的大型集群應用系統，用于向用戶提供安全可靠的網絡存儲服務[12]，它是在云計算基礎上發展而來的新的數據存儲方式。云存儲是由中央處理服務器、網絡防火墻、計算機終端等一系列軟硬件設施組成的數據存儲系統，其存儲服務模式，如圖3所示。

根據云存儲的構成特點和工作原理，將整個云存儲細分為四個層級，每個工作層的主要工作和各個層級的關系，如圖4所示。

圖中訪問層是這個云存儲邏輯架構的最上層，其主要是負責控制系統合理的訪問量以及屏蔽惡意訪問;身份信息驗證層在邏輯架構中處于訪問層的下一層，其主要工作是對訪問云端存儲數據中心的房客進行身份驗證，防止未經用戶授權的非法用戶的入侵;系統管理層是整個云存儲的神經中樞，其主要功能是對整個系統狀態進行監控，如若發現系統中存在資源浪費現象將對存儲資源重新分配;存儲層是云存儲的核心功能層，是對數以萬計的用戶數據進行虛擬存儲。

2.2云計算下數據存儲方案研究

要想實現數據存儲，首先要對數據編碼[13]。在用戶儲存信息時，系統自動將用戶的圖片、圖表、數據等進行編碼，編制成系統能夠識別的二進制代碼并加密，然后根據加密后的數據特點選擇適合的存儲節點對數據存儲并生成相應的信息表。由于各存儲節點的選取具有一定的隨機性，同時節點和節點間沒有幾何關系，因此云計算能夠有效防止用戶信息泄露，保障用戶的數據安全。

數據可靠性保障要求用戶數據由于某些特殊原因丟失，云端運營商能夠利用數據譯碼功能，逆向恢復用戶原有的數據，其工作流程，如圖5所示。

數據可靠性動態調整是根據用戶的不同數據的存儲重要程度合理調整其安全可靠程度[14]。動態調整的實現是通過對數據編碼冗余的調整實現的。當數據對用戶相對重要，可靠性要求高時，可以增加數據編碼冗余，這樣當用戶數據遭到非法攻擊時，攻擊程序破譯此種編碼的難度將增大，當數據對用戶重要程度較低時，采用相反的操作即可。這種動態調整機制對用戶的云端存儲做了優化，在有限的資源條件下實現了資源的合理分配利用，節約了用戶成本。

3某能源互聯網企業應用分析

某能源供應企業是國內領先的能源供應商，其在國內的客戶數量 達到了一億，如此龐大的客戶群體產生了大量的用戶數據。如何保證如此多的數據在云端安全存儲問題不僅涉及到用戶的個人隱私，更是威脅到企業的核心競爭力和企業的生存。針對上文介紹的云計算下數據的存儲研究狀況，本文利用隨機編碼的構造方法，對該企業的用戶數據進行了編譯和云端存儲，并對比分析了傳統陣列碼及RS碼類在計算效率等方面的差異，其結果如表1所示。

從表中可以看出本文所采用的隨機編碼構造方式在參數設置、動態調整能力及計算效率方面都優于傳統陣列碼和RS 碼類，此種方式更適合于該能源互聯網企業。

4總結

本文從某能源互聯網企業在數據安全方面面臨的時間問題出發，對云計算下數據安全關鍵技術開展研究，主要得出以下結論：

（1） 提出了在云計算下數據存儲模式和面臨的數據機密性保障、數據訪問控制增強、數據完整性保障和數據可用性可靠性保障四個問題，在深入分析的基礎上提出了解決方案。

（2） 介紹了云存儲的系統架構，根據系統架構特點給出了云計算基礎下數據存儲方案。

（3） 針對某能源互聯網企業特點提出了數據隨機編碼架構模式，通過對比發現隨機編碼構造方式在參數設置、動態調整能力及計算效率方面都優于其他兩種編碼方式。

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（收稿日期： 2019.07.02）

作者簡介：溫詩華（1995），女，本科，運維檢修部初級作業員，研究方向：信息系統開發與運維。

王輝鵬（1983），男，碩士，工程師，研究方向：信息系統開發與運維。

黃士超（1988），男，碩士，工程師，研究方向：信息系統開發與運維。

文章編號：1007757X（2020）08009503