云存储中的数据删除技术研究.doc

申请上海交通大学硕士学位论文 云存储中的数据删除技术研究 学 校：上海交通大学 院 系：电子信息与电气工程学院 班 级：B0903393 学 号：1090339083 硕 士 生：林旭 专 业：计算机应用技术 导 师：来学嘉（教授）上海交通大学电子信息与电气工程学院 2011 年 12 月A Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong University for the Master Degree of Computer Science and Technology Research on data deletion in Cloud Storage Author：Lin Xu Specialty: Computer Application and Technology Advisor: Prof. Lai Xuejia School of Electronics and Electric Engineering Shanghai Jiao Tong University Shanghai P.R.China December 2011上海交通大学硕士学位论文 摘要 云存储中的数据删除技术研究 摘 要 随着云存储技术的发展，越来越多的人们将数据存放在云存储中，从而节省了购买额外存储设备所需的成本。那么如何保证数据在云存储中的隐私性和完整性就成了人们现在所需考虑的安全问题。尤其是，当用户请求删除云存储中的数据时，如何保证该数据确实从云存储的存储设备中被删除以致无法被他人获取数据的内容。 针对上述安全问题，本文首先介绍了密码学和现有的云存储中关于数据删除的相关技术。通过对这些技术进行研究和讨论，我们在此基础上设计并实现基于属性的安全文件删除技术。 基于属性的安全文件删除技术的主要设计思想是：将文件与其一个或者多个访问属性相关联，并为每一个属性生成对应的控制密钥。文件要上传到云存储时，使用一个文件加密密钥和一系列的控制密钥对文件进行保护。当文件要删除时，删除该文件对应的密钥，使得文件即使被他人获得，文件内容也是无法访问的。 最后本文介绍了云存储中的版本控制技术，并在基于属性的安全文件删除技术的基础上，加入版本控制的功能。 第 I 页上海交通大学硕士学位论文 摘要关键词：云存储，基于属性的安全文件删除，版本控制 第 II 页上海交通大学硕士学位论文 摘要 Research on data deletion in Cloud Storage ABSTRACT With the fast development of cloud storage more and more people nowstore their data in cloud storage to save the cost of buying additional storagedevice. Thereby how to keep the data in cloud storage with privacy andintegrity is a security problem that people need to consider. Especially whenusers request to delete data in cloud storage how can we ensure that the datais indeed removed from the storage device of cloud storage and remaininaccessible to other people. According to this security issue we first make a brief introduction ofcryptography and secure file deletion techniques. Through the study of thesetechniques we design and implement a secure file deletion scheme which isbased on attribute. The main idea of Attribute based securely file deletion is that weassociated a file with one or more access attributes and generate a control keyfor each attribute. When a file is going to upload to the cloud storage we usean encryption key and a series of control keys to protect the file. When the fileis going to be deleted we remove the corresponding keys of the file. Thus 第 III 页上海交通大学硕士学位论文 摘要others cannot access the file even if they obtain the file. We then introduce the version control technique in cloud storage andadd the version control module to the Attribute based securely file deletionscheme.Key words: Cloud Storage Attribute based securely file deletion versioncontrol 第 IV 页上海交通大学硕士学位论文 目录 目 录摘 要 . IABSTRACT . III第一章 绪论 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 研究内容及研究目标 . 3 1.3 论文的结构 . 3第二章 相关工作介绍 . 5 2.1 密码学 . 5 2.1.1 对称密码算法 . 5 2.1.2 非对称密码算法 . 6 2.1.3 HASH 函数. 7 2.2 安全文件删除 . 7 2.2.1 安全覆盖（Secure Overwriting） . 7 2.2.2 密码学保护（Cryptographic Protection） . 10 2.3 本章小结 . 14第三章 基于属性的安全文件删除技术 . 16 3.1 方案简介 . 16 3.2 单一属性的文件删除 . 17 3.2.1 文件上传 . 18 3.2.2 文件下载 . 19 3.2.3 文件的完整性和文件删除. 20 第 V 页上海交通大学硕士学位论文 目录 3.3 多属性的文件删除 . 20 3.3.1 文件属性的“与”关系. 20 3.3.2 文件属性的“或”关系. 21 3.4 属性更新 . 21 3.4.1 添加属性 . 22 3.4.2 删除属性 . 22 3.4.3 修改属性 . 22 3.5 方案实现 . 23 3.5.1 元数据的表示 . 23 3.5.2 密钥管理中心 . 25 3.6 方案分析 . 27 3.6.1 实用性 .27 3.6.2 安全性 . 29 3.7 本章小结 . 30第四章 版本控制技术 . 32 4.1 重复数据删除技术和版本控制技术. 32 4.1.1 重复数据删除 . 32 4.1.2 版本控制 . 33 4.2 版本控制和安全文件删除 . 34 4.3 方案实现 . 38 4.3.1 元数据的表示 . 38 4.3.2 密钥管理中心 . 40 4.3.3 版本控制中心 . 40 4.3.4 文件上传和下载 . 41 4.4 方案分析 . 42 4.5 本章小结 . 42第五章 总结与展望 . 43 第 VI 页上海交通大学硕士学位论文 目录 5.1 主要结论 . 43 5.2 进一步的研究工作 . 44参 考 文 献 . 45致 谢 . 48攻读硕士学位期间已发表或录用的论文. 49 第 VII 页上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论 第一章 绪论1.1 研究背景 近几十年来，计算机技术飞速发展，大致可以归纳为四个主要阶段：第一阶段为单机系统时代，所有的程序与数据集中在同一台机器上；第二阶段为网络计算机系统时代，由于网络技术和数据库技术的发展，数据存储与应用程序分离，典型的系统是基于 C/S 与 B/S 结构的软件系统，系统由客户端和服务器构成，客户端通过网络可以远程读取数据库服务器中的数据；第三阶段为 Web 服务与网络时代，网络系统随着Web 服务以及网格计算技术的进一步发展，系统不同模块可以分部在网络的不同地方，目前，很多厂商都提供了基于 Web 的服务，不同语言都可以调用其 Web 服务，如Google 提供了用于搜索的 Web 服务；第四阶段为云计算时代，云计算是分布式处理、并行处理和网格计算技术的进一步发展1。 云计算是一种基于互联网的计算模式，通过这种模式，共享的软硬件资源以及信息可以按需提供给计算机和其它的设备。云事实上是互联网网络的一种比喻说法。云计算的核心，是将大量通过网络连接起来资源进行的统一管理和调度，构成一个计算资源池，来向用户按需提供服务。服务几乎包含了所有的 IT 资源，如应用程序、存储容量、编程工具、计算能力和通信服务等。狭义云计算指的是通过网络，以按需、易扩展的方式获得所需的资源；广义云计算指的是通过网络，以按需、易扩展的方式获得所需的服务。 云存储是从云计算概念上延伸并发展出来的一个新概念，是指通过网格技术、集群应用以及分布式文件系统等功能，将网络中大量的各种类型的存储设备通过应用程序集合起来进行协同工作，共同对外提供数据存储功能的系统。当云计算系统计算和处理的核心是大量的数据存储和管理时，云计算系统中就需要配备大量的数据存储设备，此时云计算系统就转变成了一个云存储系统。这就意味着云存储系统是一个以数 第 1 页上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论据存储和数据管理为核心的云计算系统。 云存储（例如 Amazon S3，MyAsiaCloud 等）提供了看似无穷大的存储空间给用户存储来他们的数据，用户则根据自己的存储使用量向云存储服务提供商付费。目前，已经有许许多多的企业，通过使用云存储达到节省存储成本的目的。例如 SmugMug，SmugMug 是一个提供图片分享服务的网站，该网站于 2006 年的时候，在 Amazon S3上存放了数以 TB 计的图片。相比较于自行购买并部署存储设备，云存储为 SmugMug节省了大约 50 万美元的存储成本。除了企业以外，那些使用 PC 或者智能手机的个人用户也可以使用云存储来存放一些容量较大的音频或者视频文件。 当云存储的应用越来越广泛的同时，云存储的用户开始更多的考虑云存储的安全问题。由于云存储用户会将某些敏感的、私人的数据存放到云存储服务商提供的存储空间中，而非自己的存储设备中，因此，如何保证数据的隐密性和完整性就是需要考虑的安全问题。为了保护这些隐私数据，最直观的方法就是通过密码学的手段对上传到云存储中的文件进行加密，避免其他未授权用户或是云存储服务商看到文件的真实内容。加密的方法简单直接，但是对用户来说，如何管理他们的文件密钥就成为了另外一个安全问题，用户需要非常小心的在本地保存他们的加密密钥，并避免意外的泄露或者是被窃取。 我们来考虑这样一个安全问题：用户将文件存放到云存储中，但是这些文件的有效期或者说保存期不应该是永久的。通常，企业或者个人用户在存储某一文件到达一定