计算机科学概论（微课版）· 第9章 云计算 · 教学课件

高等学校计算机专业核心课程精品系列教材计算机科学概论（微课版）第9章云计算概述·技术·平台·安全把计算变成像水、电一样的公共服务——本章从IaaS/PaaS/SaaS与四种部署方式，到分布式计算、分布式存储与虚拟化三大技术，再到云平台技术与云计算安全机制。图9-2IT解决方案体系中的云服务（教材第156页）LEARNINGGOALS学习目标与知识导图第9章知识导图（教材第153页）本章学习目标❶掌握云计算的基本概念、原理和特点，了解其产生与发展历程；❷熟悉IaaS/PaaS/SaaS三种服务模型与四种常见部署方式；❸深入理解关键技术：分布式计算、分布式存储、虚拟化；❹了解云计算平台技术：Web技术、多租户、容器；❺了解云安全威胁、安全参考架构与基本云安全机制。能力落点：理解云计算核心概念与运作方式，能选型、用好云服务并重视安全。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算02CONTENTS本章目录9.1云计算概述产生与发展｜原理与特点｜服务类型｜部署方式9.2云计算技术分布式计算｜分布式存储｜虚拟化技术9.3云计算平台Web技术｜多租户技术｜容器技术（Docker）9.4云计算安全安全威胁与挑战｜安全参考架构｜安全机制章末9.5小结｜9.6拓展知识（典型云应用、云计算与大数据）｜9.7习题（共9题）计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算039.1云计算概述·产生与发展从分时共享到多云时代随着ABC（AI、BigData、CloudComputing）时代到来，云计算成为继互联网、计算机之后的又一技术革新。正如Gmail、Outlook把邮件存到云端、任何设备登录即可访问——云计算的核心原理就是把计算资源和数据集中存储在远程服务器上，供用户随时随地访问、共享和处理。①20世纪60年代·萌芽大型计算机出现，但硬件与运维成本高昂，只有大型机构和政府部门能够承担。②20世纪70年代·奠基分时操作系统与时间共享系统引入，多用户经终端共享主机资源，"资源可共享"理念扎根。③20世纪90年代中·验证搜索引擎、电子邮件、社交媒体等互联网应用普及，验证了云计算的核心概念。④2006年·商业化亚马逊推出AWS：IaaS按需租用虚拟服务器与存储；微软Azure、谷歌GoogleCloud紧随其后。⑤2010年后·深化IaaS/PaaS/SaaS迅速丰富，企业纷纷"上云"；大数据、AI、物联网的发展进一步助推。⑥近年·新趋势多云：多家云商并用，降低依赖；混合云：私有云+公共云，兼顾安全与弹性。云计算的发展=技术进步×商业模式创新的共同成果；按需使用与弹性计算让中小企业也能享有高性能计算资源计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算049.1云计算概述·原理与特点什么是云计算：从水龙头到NIST定义狭义云计算："云"就是一种网络一种提供资源的网络：随时获取"云"上资源、按需求量使用、可视为无限扩展、按使用量付费。水龙头比喻过去要亲自去取水，如今打开水龙头水即源源流出——云计算同样提供随时随地获取计算资源与服务的便捷方式。广义云计算：一种IT服务把许多计算资源集合起来，通过软件自动化管理、很少人参与即可快速提供——这个共享资源池就是"云"。云计算不是全新的网络技术，而是全新的网络应用概念。NIST定义美国国家标准与技术研究院：云计算是一种能够便捷地按需访问共享可配置计算资源池（网络、服务器、存储、应用、服务）的服务模式，只需很少的管理工作或与服务供应商很少的交互，即可快速提供这些资源。核心：把大量计算机资源协调在一起，用户经网络即可获取"无限的"资源，不受时间和空间限制。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算059.1云计算概述·原理与特点五大特点与优缺点速览（例9-1）①虚拟化技术物理平台与部署环境空间分离，资源更富弹性②动态可扩展随需求与流量快速增减计算、存储和网络资源③按需部署快速分配资源，减少响应时间、提高调配效率④可靠性高单点故障不影响整体，迅速恢复或重新部署⑤性价比高虚拟资源池统一管理，廉价硬件媲美大型主机优点（例9-1，共6条）①运营成本低——替代昂贵高端硬件，节省资金与运营投资；②灵活性高——随业务需求快速扩展或缩小计算资源；③可扩展性——弹性计算、存储和网络资源应对增长；④可用性高——云商通常具有99.95%以上的服务可用性；⑤集中管理——统一平台简化IT资源管理和维护；⑥按需付费——按实际使用量付费，避免前期重投入。缺点（例9-1，共5条）①数据安全问题——存储与传输环节可能导致泄露和隐私问题；②依赖互联网连接——云服务稳定性受网络连接影响；③存在数据丢失风险——云商故障可能导致用户数据丢失；④有限的控制——用户无法对基础设施进行深度控制；⑤合规性问题——不同国家和地区的法律法规影响合规性。→缺点正是9.4节"云计算安全"要正面回应的问题。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算069.1云计算概述·服务类型三种服务类型：IaaS·PaaS·SaaS图9-1云计算的服务类型（教材第155页）IaaS基础设施即服务位于参考模型底层：把物理硬件抽象为虚拟资源，提供虚拟机、存储、网络和操作系统，按需创建配置。代表：亚马逊EC2、S3、Rightscale、vCloudPaaS平台即服务为开发者提供按需开发环境：专注开发部署，不管底层维护；便于扩展迁移，减少基础架构与代码工作量。代表：WindowsAzure、Hadoop、GoogleAppEngineSaaS软件即服务建立在IaaS与PaaS之上，最上层、直面用户：软件托管云端，浏览器在线租用即可，无需购买下载。代表：GoogleWorkspace、Facebook、Zoom计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算079.1云计算概述·服务类型云计算堆栈：相互依赖，共享安全框架三种服务构建成"云计算堆栈"：SaaS建立在IaaS及PaaS的基础之上，三者彼此相关、相互依赖，构成云计算的整体组织结构。三者还共享一个通用安全框架——从物理基础设施到工作流，"安全性"贯穿所有层次（如右图左侧纵条）。图9-2IT解决方案体系中的云服务（教材第156页）IaaS底层资源物理基础设施→虚拟机管理程序→虚拟机：硬件资源抽象为虚拟资源。PaaS中间平台数据库+开发平台：托管应用运行环境，软件团队专注开发部署。SaaS顶层应用应用+工作流：直面最终用户，经浏览器在线租用即可使用。安全性：通用框架纵向贯穿三层：三层服务共享同一个通用安全框架。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算089.1云计算概述·部署方式四种部署方式：私有·社区·公共·混合云计算的部署模型包括四种：私有云、社区云、公共云、混合云。每种部署方式都有其优势和适用场景，组织通常按业务需求、安全性要求、性能需求和预算来选择。图9-3云计算的部署方式（教材第156页）部署方式谁可使用云端资源（教材表9-1，第157页）特点与适用场景私有云只供一个企事业单位内的员工使用，其他人和机构无权租赁使用完全控制权；高数据安全、严格合规场景；资本投入与维护成本较高社区云只供两个或两个以上特定单位组织内的员工使用成员单位共享资源，共同实现安全性与合规性目标；可内部或第三方管理公共云面向社会大众开放，符合条件的任何个人或单位组织都可租赁使用最广泛使用；AWS、Azure、谷歌云等按需租用、按量付费，高度可扩展混合云云端资源来自两个或两个以上的云，架构更灵活敏感数据放私有云、其他业务放公共云，兼顾安全与弹性、负载平衡计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算099.2云计算技术·分布式计算为什么要分布式：31年→11.6天案例·社交媒体分析：监测品牌声誉需分析数十亿条帖子（文本、图像、视频、音频，且时刻更新）。若情感分析每条帖子耗时1s，则10亿条帖子用单台计算机约需11574天（约31年）；改用分布式计算同时处理1000条，仅需约11.6天——传统计算模式已不能适应大数据时代的要求。分布式计算技术：把计算任务分解成多个子任务，在多台计算机或节点上并行执行，充分利用多机计算资源来提高效率、处理大规模数据、解决复杂问题。四大优势①高性能和可扩展性：并行执行多任务，提高计算速度；②处理大规模数据：大数据分析、机器学习训练等；③容错性：一个节点故障，其他节点仍可继续工作；④灵活性：按任务需求动态添加或移除节点，弹性计算。四个待解决的问题①数据同步和一致性：协调各节点数据和状态，确保结果一致；②通信开销：节点间通信引入额外开销，影响系统性能；③任务调度：合理分配任务与执行顺序，优化整体性能；④容错处理：处理节点故障、数据丢失，确保系统可靠性。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算109.2云计算技术·分布式计算MapReduce：分而治之+图书馆数书图9-4MapReduce工作流程（教材第158页）图书馆比喻统计图书馆所有书的总数：每人各数一个书架上的书（Map），人越多、数得越快；最后把各自的统计数加在一起（Reduce）。①映射Map原始数据分割成若干小数据块；Mapper对每块每条记录应用映射函数，输出中间键–值对（Key-Value）。②洗牌Shuffle把所有相同键的中间数据汇总到一起，送往同一个归约器；由框架自动管理，无须用户干预。③归约ReduceReducer接收洗牌后的数据，应用归约函数做聚合，输出最终结果（可为一组汇总数据或输出文件）。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算119.2云计算技术·分布式计算单词计数实例与Spark的改进WordCount单词计数是最能体现MapReduce思想的程序：统计一系列文本文件中每个单词出现的次数。流程：输入分片→Map各自计数→Shuffle合并排序、分配Reduce→Reduce汇总输出。MapReduce容错性强，适用于批处理、日志分析、数据挖掘等大规模离线任务。图9-5单词计数处理流程（教材第159页）MapReduce的局限①批处理模型：Map、Shuffle完成后才归约，延迟高，不宜实时应用；②不宜迭代算法（图处理、机器学习）：每次迭代都要重新启动作业；③中间数据写入磁盘再读取，磁盘I/O开销大。Spark的四点改进①内存计算：引入弹性分布式数据集（RDD），数据缓存于内存；②多阶段计算：同一作业内执行多个阶段，阶段间不落盘；③流式处理：SparkStreaming以微批方式处理实时数据流；④容错性：基于RDD重算机制，节点故障时高效恢复。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算129.2云计算技术·分布式存储分布式文件系统与HDFS架构分布式存储把数据分散存储在多个物理/虚拟设备上，提高可用性、可扩展性和容错性；管理技术分两类：分布式文件系统（非结构化数据）与分布式数据库系统（结构化数据）。分布式文件系统（DFS）的特点①文件被划分成块或对象，分布在不同存储节点上；②数据复制到多个节点，确保可靠性和容错性；③自动分布数据块，实现负载均衡；④即使某些节点发生故障，系统仍然可用。HDFS：主从（Master/Slave）结构NameNode（管理节点）：中心服务器，管理文件系统命名空间及客户端对文件的访问；DataNode（数据节点）：处理客户端读/写请求，在统一调度下进行数据块的创建、删除、复制；数据保存在本地Linux文件系统。图9-6HDFS架构（教材第160页）高可靠设计Block副本跨机架（Rack）存放；SecondaryNameNode存储元数据信息。典型场景：电商数百台服务器的日志经HDFS分布式存储，实现横向扩展与高可用。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算139.2云计算技术·分布式存储HDFS特点与分布式数据库HBaseHDFS的四大特点①大文件存储：支持TB到PB级别的数据；②文件分块存储：大文件平均分块到不同节点，读取时多台主机并行取块，效率高；③流式数据访问：一次写入多次读，适用于追加式写入；④副本容错：认为硬件总是不可靠的，块副本分配到多台主机。适合大文件存储、流式数据访问；不适合大量小文件、随机写入、低延迟读取。HBase：面向列的NoSQL数据库开源、分布式，构建于Hadoop之上，受GoogleBigtable启发。数据模型：列式存储按列族组织、支持动态添加列；稀疏数据空列不占存储空间；版本控制——单元格多版本、各带时间戳。分布式存储：按RowKey范围划分Region，数据量增加时自动分裂、负载均衡；多节点数据复制保高可用与容错。一致性和事务：采用最终一致性模型；支持单行事务等原子性操作，确保单行多列读写的完整性。分布式数据库系统：分片存储、分布式事务、多节点查询（查询优化器选最佳执行计划）、节点故障仍可用。常见系统：HBase、MongoDB、Cassandra、CockroachDB。HBase适用：日志分析、时间序列数据存储、实时分析；限制：不支持复杂跨行事务与高度随机写入。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算149.2云计算技术·虚拟化技术虚拟化：打破实体结构的边界医疗案例：X射线、CT、MRI等医疗图像数据量大、需长期保存、多科室共享。虚拟化让医院把物理服务器资源虚拟化——为图像应用创建专用虚拟机、随需求快速扩缩容、以冗余和自动故障转移保障高可用、以虚拟机间隔离保护敏感数据。定义：虚拟化是一种资源管理技术——把计算机的各种实体资源（CPU、内存、磁盘空间、网络适配器等）抽象、转换后呈现出来，可供分割、组合为一个或多个计算机组态环境，打破实体结构间不可切割的障碍。①存储虚拟化把硬件的物理结构表示为逻辑形式：用户不必担心数据的特定位置，只需使用逻辑路径标识，在单一逻辑文件系统下管理大量存储设备。最常见：SAN（存储区域网络）——高速网络连接共享存储设备，提供集中式、可扩展的存储方案。②网络虚拟化外部：把不同物理网络集成为一个逻辑网络，典型为VLAN——主机集合像位于同一广播域下通信。内部：让操作系统分区具有类似网络的功能——客户机共享主机网络接口、经NAT访问网络，或拥有专用网络。③桌面虚拟化把个人计算机的桌面环境抽象化，以客户端/服务器方式远程访问。桌面环境实际存储在远程服务器或数据中心，用户从任何地方都能访问相同的桌面环境；数据中心提供高可用基础设施，确保数据可访问性与持久性。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算159.2云计算技术·虚拟化技术例9-2：虚拟化的特点与优势①分区一台物理系统运行多个操作系统与应用；计算资源入池、有效控制。②隔离虚拟机互相隔离；数据不跨机泄露；应用只在配置好的网络连接上通信。③提高硬件利用率一台物理机运行多台虚拟机，动态扩展应对峰值；空闲资源动态分给其他虚拟机。④高灵活性和可扩展性动态调整管理资源，便于负载均衡与故障迁移，业务扩展更灵活。⑤降低成本提高硬件利用率，减少物理设备购置维护；资源共享、节省能源。⑥易于管理和监控统一的资源管理与监控平台，方便管理复杂IT环境，提高效率。⑦容错和故障恢复故障转移与容错确保关键应用高可用；虚拟机故障可快速恢复，业务连续。⑧安全性和合规性强大隔离确保虚拟机间数据安全；支持安全策略实施，满足合规要求。一句话总结：虚拟化是云计算提高资源利用率、实现弹性伸缩与安全隔离的基石计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算169.3云计算平台·Web技术云计算平台与Web技术基础云计算平台（云平台）=基于硬件资源和软件资源、提供计算/网络/存储功能的服务。分三类：存储型（数据存储为主）、计算型（数据处理为主）、综合型（两者兼顾）。电商案例：服务全球用户需要CDN（内容分发网络）把内容缓存到离用户更近的位置以加速加载；响应式设计保证各种设备上的一致体验。Web技术是云服务的实现介质和管理接口。互联网≠万维网互联网=通过TCP/IP协议族互相连接的计算机网络；万维网（WWW）=运行在互联网上的超大规模分布式系统，基本组件是Web浏览器+Web服务器，另有代理、缓存、网关、负载均衡等改进可扩展性与安全性。①URL统一资源定位符标准语法，创建指向Web资源的标识符，通常由逻辑网络位置构成。②HTTP超文本传输协议通过WWW交换内容和数据的基本通信协议；URL通常经HTTP传送。③标记语言HTML/XML轻量级表示以Web为中心的数据与元数据：HTML表示页面样式，XML定义词汇表赋以意义。请求过程：浏览器经HTTP向URL标识的资源主机发请求→Web服务器定位资源、处理操作→处理结果（可能含HTML/XML）返回浏览器。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算179.3云计算平台·Web技术Web2.0：云计算的服务平台Web是云计算提供服务的主要接口。交互信息的共享、协同、以用户为中心的设计和应用组合，把Web转变为用于应用程序开发的平台——这就是Web2.0。①交互性集成XML、AJAX、Web服务等标准技术；桌面应用的常见功能都能基于Web访问；用户提交内容，用户也是内容供应商。②动态性应用随需求不断改进、新功能在线增加，无需在客户端安装新版本；轻量级部署和编程模型有效支撑。③松耦合组合现有服务并集成在一起，即可轻松"合成"新应用程序，带来新附加值，更容易满足用户需求。④长尾效应依靠广大互联网用户的"长尾效应"，无论在媒体访问还是费用方面都可被用户接受。典型Web2.0应用与意义谷歌文档、谷歌地图、Flickr、Facebook、Twitter、YouTube……社交网站的高度信息交互，离不开AJAX、RSS等信息交互工具的支持。Web2.0让人们习惯于在日常生活中使用互联网，为接受云计算服务模式开辟了道路——甚至连IT基础设施，也可以通过Web接口提供。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算189.3云计算平台·多租户技术多租户：共享资源，隔离数据在线文档协作平台案例：成千上万的用户共用平台，若每个用户都有独立实例，将浪费大量服务器、存储和带宽。多租户技术让多用户共享相同资源池、更有效利用硬件，同时保证用户之间严格的数据隔离。定义：一种软件架构技术——多用户环境下共用相同的系统或程序组件，仍可确保各用户间数据的隔离性。①数据面切割切割数据库、存储区、结构描述或表格来隔离租户数据；必要时对敏感数据做对称/非对称加密。②程序面切割把应用程序挂载环境于进程上切割，不同租户的运行环境无法跨进程通信；要求供应商运算环境够强。③系统面切割利用虚拟化技术把实体运算单元切割成不同虚拟机，租户使用其中一至数台保存应用与数据。多租户应用的一般特点（7条）①使用隔离（互不影响可用性与性能）②数据安全（不能访问他租户数据）③可恢复性（分别备份恢复）④应用升级（同步升级无负面影响）⑤可扩展性（随用量与租户数扩展）⑥使用计费（按实际使用收费）⑦数据层隔离（独立或特意共享的库、表、模式）效果：每个租户都拥有自己的"专有实例"视图，意识不到其他租户存在；可独立定制界面、业务流程、数据模型与访问控制。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算199.3云计算平台·多租户技术多租户的三种架构方案图9-7独立数据库（教材第165页）方案①独立数据库一个租户一个数据库，隔离级别最高、安全性最好。优点：隔离安全性高；简化数据模型扩展设计，满足个性化需求；故障时恢复数据较简单。缺点：维护和购置数据库成本大。适用：银行、医院等对数据隔离要求非常高的租户。图9-8共享数据库，隔离数据架构（教材第165页）方案②共享数据库，隔离数据架构多个或所有租户共享数据库，但一个租户一个数据架构。优点：隔离安全性较高（非完全隔离）；每个数据库可支持更多租户，降低数据库成本。缺点：故障恢复会涉及其他租户数据，比较困难；跨租户统计数据存在困难。图9-9共享数据库，共享数据架构（教材第166页）方案③共享数据库，共享数据架构租户共享同一数据库、同一数据架构，表中用租户ID区分数据——共享程度最高、隔离级别最低。优点：三种方案中成本最低，每个数据库支持的租户数量最多。缺点：隔离与安全性最低，需加大安全开发量；备份恢复最困难，需逐表逐条进行。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算209.3云计算平台·容器技术Docker：镜像·容器·仓库电商案例：节假日、促销、产品发布带来极端的业务量不均衡——按峰值备机浪费，临时扩机又要逐台部署调试。容器技术用标准方式把各种服务"运"到每台机器，执行一两条命令即可。Docker基于LXC（Linux容器）与操作系统虚拟化，与底层操作系统解耦，已成为工业界行业标准——"构建一次，随处运行"。①镜像Image创建Docker容器的模板：特殊的文件系统，包含程序运行时所需资源与环境；构建后内容不再改变，不含动态数据。②容器Container镜像的运行时实体——镜像与容器的关系如同面向对象中的类和实例；容器可被创建、启动、停止、删除、暂停。③仓库Repository可看成代码控制中心，用来保存镜像；需在其他服务器使用镜像时，由镜像仓库集中存储、分发。①轻量级虚拟技术，占用更少系统资源；容器完全使用沙箱机制，相互之间没有任何接口。②开发、测试、运维等不同团队之间更容易合作。③可在任何地方部署：任何物理机、虚拟机，甚至云上（C/S架构+远程API管理）。④非常轻量级，因此可扩展性很强。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算219.3云计算平台·容器技术Docker与传统虚拟机的差异（例9-3）图9-10Docker和传统虚拟化方式的差异（教材第167页）Docker的三点优势①更少抽象层：不需Hypervisor虚拟化硬件，程序直接用物理机资源，CPU/内存利用率更高；②共享宿主机内核：不需GuestOS，新建容器免加载内核（虚拟机新建是分钟级）；③广泛支持：AWS、Google、Azure及国内云商均同时支持虚拟机与容器服务。例9-3：云计算服务vs云计算平台区别：服务层次（IaaS/PaaS/SaaSvs基础设施与开发环境）、服务范围（业务场景vs云生态建设）、服务形式（按需付费弹性vs固定套餐）。联系：服务依赖平台、技术互通、共同目标是推动云计算广泛应用、降本增效。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算229.4云计算安全·安全威胁和挑战安全术语与四大威胁机密性信息只有被授权才能访问；关乎传输和存储数据的访问限制。完整性数据只能按授权方式修改；系统未受未经授权的操控。真实性由经过授权的源提供；含不可否认性——不能否认交互的真实性。可用性在特定时间段内可以访问、可以使用；提供者、运营商与用户共同负责。云计算的开放性、分布式、无边界、虚拟性、多租户特点，使传统IT安全问题在云环境中被放大若干倍：①数据泄露云存储和数据传输可能暴露敏感数据，配置或保护不当即被访问、窃取；不安全的客户终端被黑客控制或运行木马，重要数据从终端泄露或被篡改。②身份和访问管理身份验证和访问控制配置不当，将导致未授权访问；攻击者一旦获取身份验证信息、假冒合法用户，其他安全措施都将失效。③虚拟化攻击虚拟化让多个云用户共享底层硬件、逻辑上互相独立；云用户获得虚拟化IT资源的管理权限，也带来滥用权限攻击底层物理IT资源的风险。④不安全的API开放性是云计算的重要特征：硬件、平台、软件按商务模式以标准API对外开放；不安全的API可能导致数据泄露或未经授权的访问。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算239.4云计算安全·安全参考架构云计算安全参考架构（GB/T35279—2017）国家标准GB/T35279—2017给出云计算安全参考架构：基于云计算的特性、三种服务模式与五类角色建立，规范各角色的安全职责、安全功能组件及其关系。五类角色及其安全组件①云服务客户：安全云服务管理（配置、可移植与互操作性、业务/组织支持）+安全功能层协同；②云服务商：安全部署与服务层、资源抽象与控制层、物理资源层（后两者仅主服务商）；③云代理者：安全服务层（仅技术代理者）、服务聚合/中介/仲裁；④云审计者：安全审计环境——安全审计、隐私影响审计、性能审计；⑤云基础网络运营者：安全传输支持。图9-11云计算安全参考架构（教材第169页）架构采用基于角色的分层描述：SaaS/PaaS/IaaS三种服务模式纵向贯穿，五类角色各自承担明确的安全职责。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算249.4云计算安全·安全机制加密与散列：保住机密性与完整性1.加密用密码学算法把明文加扰成密文，只有持相应密钥者才能解扰访问。安全加密拥有大量密钥，无法猜解、也难以暴力破解。例：凯撒密码——字母表左移3位代替明文字母，密钥即偏移量3。图9-12凯撒密码（教材第170页）对称加密同一密钥加密和解密；生成成本低、解码延迟短；但密钥一旦泄露，消息全部失守。非对称加密（公钥加密）公钥加密、私钥解密：任何人可发加密消息，只有私钥持有者能解；生成成本高、计算量大。加密机制可帮助对抗流量窃听、恶意媒介、授权不足和信任边界重叠等安全威胁——没有密钥的窃听者无法解密传输中的消息。图9-13加密机制（教材第171页）2.散列Hash任意长度消息压缩为固定长度摘要（"指纹"），记为h=H(M)。特点：单向性（不能反推原文）、灵敏性（相似输入散列迥异）、抗碰撞性。用途：完整性检验——比对散列值即可判断数据是否被篡改（如下载文件校验）。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算259.4云计算安全·安全机制数字签名·公钥基础设施·身份与访问管理3.数字签名只有信息发送者才能产生、别人无法伪造的一段数字串，是发送者发送信息真实性的有效证明——非对称密钥加密+数字摘要的具体应用。两种互补运算：签名与验证。要求：与所签文件"绑定"；签名者不能否认；签名不能被伪造；容易被自动验证；防止重复使用；可由第三方验证以解决争议，确保不可否认性。4.公钥基础设施PKI包括硬件、软件、人员、策略和规程的集合，实现基于公钥密码体制的密钥和证书的产生、管理、存储、分发和撤销。CA（证书认证机构）签发数字证书，绑定用户身份信息和公钥；依赖方用预存的根CA自签名证书验证证书链，可信地获得对方公钥。让彼此不认识或距离很远的用户通过信任链安全交流。5.身份与访问管理IAM一种安全措施：确保企业内有权限的人员才能访问敏感的技术资源。IAM系统不仅可以识别、认证和授权允许使用IT资源的个人，还可以识别和授权需要访问硬件和应用程序的员工。身份管理属于计算机安全和数据管理的范畴。综合安全策略（教材9.4.1节末）云用户和云服务提供商需采取综合安全策略：合适的身份验证和访问控制、数据加密、监控和审计、漏洞管理、培训和教育等措施，确保云环境的安全性和合规性；定期评估和更新安全策略也至关重要。计算机科学概论（微课版）｜第9章云计算26章末·本章小结第9章小结：云计算❶概述——云计算是基于互联网的计算模式，以虚