CN103458049A

CN103458049A - 一种数据云分离存储系统及其存储方法

Info

Publication number: CN103458049A
Application number: CN2013104204249A
Authority: CN
Inventors: 陆旦; 王翡; 丁兆锟; 谢波; 赵勇
Original assignee: NANJING TUOJIE INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING TUOJIE INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2013-12-18

Abstract

本发明公开了一种数据云分离存储系统及其存储方法，包括文件应用接口模块，检测用户文件的读写操作及编辑进程；文件变换模块，消除用户文件格式特征生成无特征文件，接收安全文件对生成模块发送的无特征文件，并还原为用户文件；安全文件对生成模块，将无特征文件分离为主分离文件和从分离文件，将主分离文件和从分离文件分别保存到本地存储区域和云端服务存储区域；在存储管理模块的控制下将主分离文件和从分离文件合成为无特征文件，并将合成后的无特征文件发送给文件变换模块；本发明还提供一种数据云分离存储方法。本发明能满足企业等单位和个人拥有的本地端和云端双重数据文件安全防护要求。

Description

一种数据云分离存储系统及其存储方法

技术领域

本发明涉及云存储系统，尤其涉及一种云计算应用领域用户具有独立自主数据安全防护的云存储系统

背景技术

云计算随着互联网、网格、并行计算等技术发展风起云涌，它将数据传送并保存在不同的位置，遍布世界各个角落，用户处理数据便捷高效。然而，其散布地性质使得跟踪并阻止未经授权的侵权活动及信息泄漏事件极其困难，尤其是企业等单位和个人机密的外发电子文档交给云端服务器时，数据隐私、完整性与遵从性管理会在松弛的或不存在隐私法的环境中遭遇毁害，对于数据本地存储及应用云存储的安全存在普遍的担忧，甚至云计算技术的先锋及推崇者AMAZON其敏感级别最高的文档根本不传送到云中，而将其保存在本地。

针对当前超过1100万个全球恶意程序及其每4秒产生的新病毒或变种，即将达到2亿病毒的网络威胁推动着云安全技术发展，在网关处安全防护把70%-80%的攻击拦住，处于数据安全防护前沿的趋势科技采用了把大多数特征码文件保存到云端数据库中，交付给云中的服务器进行比对，释放用户端系统资源并降低端点的带宽消耗，但是这种方式仅计算用户信誉等级就需要几十毫秒。其分别设计了云端防护软件和终端防护软件两个产品。然而，在公有云端、私有云端及终端使用多套独立的安全防护产品，其云安全费用大幅度增加；繁杂的云安全方案本身可能影响网络本身的性能，甚至带来额外的故障点；需要足够大的安全设备自身的威胁签名列表数据库容量；如厂商不能提供多区域分布数据库的主机服务，用户会面临有云无响应的风险；不同厂商提供云安全方案横跨终端与网关，其应用与更新过程中会出现兼容性风险；安全产品使用过程中用户自主独立性差。对云计算这一数据管理第三方的质疑严重影响其广泛使用。

随着信息技术的发展，电子文本、表格、图片、多媒体等数据文件已成为主要的信息载体，遍布广域网、局域网及各类终端。当前其安全性依赖于身份认证的访问控制、加密存储及两者混合方式处理。经其处理后的电子文档仍保持完整的信息。随着解密技术及运算速度的不断提高，不断威胁着密文的安全，完善的认证授权机制在小规模系统中难以实施，尤其是企事业单位内部及其外发文档的安全受到内外夹击。因而，涉密电子文档，在现有技术手段下，如何实现低成本、高强度的安全管理是一个亟需解决的安全问题。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种数据云分离存储系统，具有通用性强、操作简易、多重防护、自主独立、随机变换、物美价廉、易普及的优点，能满足企业等单位和个人拥有的本地端和云端双重数据文件安全防护要求。

为实现上述目的，本发明的采用如下技术方案：

一种数据云分离存储系统，包括：

文件应用接口模块，用于检测用户文件的读写操作及编辑进程，并驱动文件变换模块、安全文件对生成模块和存储管理模块执行用户文件的存取；

文件变换模块，用于读取用户文件、消除用户文件格式特征，生成无特征文件并发送给安全文件对生成模块；还用于接收安全文件对生成模块发送的无特征文件，并还原为用户文件；

安全文件对生成模块，用于将文件变换模块发送的无特征文件分离为主分离文件和从分离文件，然后在存储管理模块的控制下将主分离文件和从分离文件分别保存到本地存储区域和云端服务存储区域；还用于在存储管理模块的控制下将主分离文件和从分离文件合成为无特征文件，并将合成后的无特征文件发送给文件变换模块；

本地存储区域，用于存储安全文件对生成模块分离的主分离文件；

云端服务存储区域，用于存储安全文件对生成模块分离的从分离文件；

存储管理模块，用于管理、控制主分离文件和从分离文件的存取。

更进一步的，该系统还包括：

云端服务存储区域控制模块，用于在存储管理模块驱动下控制和调用云端服务存储区域生成模块、云端服务存储区域感知模块和云端服务存储区域文件管理模块；

云端服务存储区域生成模块：用于对云端存储设备进行操作，使其成为本系统专用云端服务存储区域；

云端服务存储区域感知模块：用于实现对云端服务存储区域的自动感知和识别；

云端服务存储区域文件管理模块：用于实现云端服务存储区域备份、云端服务存储区域中从分离文件的管理；

辅助功能模块：用于调用系统辅助功能，如系统提供文件粉碎和文档访问记录、临时文件、页面文件、磁盘未用空间清理等功能。

更进一步的，存储管理模块包括本地存储管理模块和云端存储管理模块，所述本地存储管理模块用于管理、控制主分离文件的存取；所述云端存储管理模块用于管理、控制从分离文件的存取。

更进一步的，本地存储区域包括私有云服务端服务器、用户端服务器和客户端主机。

本发明还提出了一种数据云分离存储方法，包含如下步骤：

（1）检测用户文件的读写操作及编辑进程，当用户文件保存时，进入步骤（2）；当用户文件打开时，进入步骤（5）；

（2）检测云端服务存储区域是否存在，若存在，消除步骤（1）中用户文件的格式特征，将用户文件转换为无特征文件，转入步骤（3）；若不存在，生成云端服务存储区域，然后消除步骤（1）中用户文件的格式特征，将用户文件转换为无特征文件，转入步骤（3）；

（3）将步骤（2）得到的无特征文件分离为主分离文件和从分离文件；

（4）将步骤（3）得到的主分离文件存储到用户本地存储区域，将步骤（3）得到的从分离文件存储到云端服务存储区域；

（5）确认云端服务存储区域存在，从用户本地存储区域提取出主分离文件，并从云端服务存储区域提取从分离文件；

（6）将步骤（5）提取出的主分离文件和从分离文件合并为无特征文件；

（7）将步骤（6）得到的无特征文件反转变换为用户文件。

更进一步的，所述步骤（2）采用非线性变换方法消除用户文件的格式特征、特征信息，使得用户文件的信息熵值尽可能均匀，加强上下文的数据关联性。云分离式存储的安全性不是由变换的安全性来保证的，可以根据需要设计或选择满足正向变换要求的变换方式。

更进一步的，步骤（3）将无特征文件分离为主分离文件和从分离文件的方法包括如下步骤：

（31）将步骤（2）采用的非线性变换参数信息写入从分离文件中；

（32）在无特征文件中设N个随机点位，并从中随机抽取M个随机点位，然后将M个随机点位信息写入从分离文件中；

（33）分别以步骤（32）抽取的M个随机点位为起点，从无特征文件中抽取一个随机长度的字符串写入从分离文件中，同时将所抽取字符串的长度写入从分离文件中；

（34）对步骤（33）抽取字符串后的无特征文件进行随机扰码回填，并将随机扰码回填得到的无特征文件作为主分离文件。

其中步骤（32）的抽取位置和步骤（33）的抽取长度由软件生成的两组随机序列构成，抽取位置构成的随机序列的单元个数以及抽取长度上限的确定与分离式存储的安全强度相关。

更进一步的，步骤（6）对应于步骤（3），根据从分离文件中M个随机点位信息和字符串长度，将M个字符串覆盖到主分离文件对应位置。

更进一步的，步骤（7）对应于步骤（2），根据从分离文件中非线性变换参数信息，采取反变换方法将无特征文件变换为用户文件。

有益效果：（1）本发明提出的云分离存储方法的有效性在于破坏了用户文件信息的完整性，使得通过单个存储介质不能独立恢复原文，从而可防止电子文档的随意扩散，可防止文档内容被非法窃取或破解。本系统从结构上保证了电子文档受到了多重保护：第一重是采用系统启动防护装置，认证授权使用者；第二重采用CBC（加密数据块反馈）链式加密模式的非线性变换，加解密过程存在前后相关性；第三重是对电子文档的信息抽取和分离，其有效性主要依赖于抽取数据的随机点数和长度；第四重是对主分离文件中被抽取数据的位置的回填。回填使得主分离文件和冗余数据相互混杂，在没有抽取位置和长度信息的条件下，回填信息分离的计算复杂度在量级上和第三重保护相当；第五重是通过云服务存储区域存储管理从分离文件，云分离存储的安全防护对文档信息进行有效分离，并分存于不同的存储介质，使其无法单独恢复原文。（2）本发明与现有各类防病毒系统、应用系统共存，其实用性指在实施安全防护，不牺牲终端或其它应用系统的性能，不影响正常的信息交流。（3）本系统在云分离存储底层驱动模块的控制下自动完成文档内容的组装和反变换，保证上层应用程序透明，访问简单、兼容、实用，易操作，普通用户使用系统启动防护装置，便能进行系统的安装设置与正常使用。（4）本发明能够使得企业等单位和个人拥有本地端和云端多重数据文档安全防护，是具有通用性强、操作简易、多重防护、自主独立、物美价廉、易普及的云分离数据文档安全防护存储系统，能加强大众对云计算、云存储应用的自信心，扩展云技术应用范围。

附图说明

图1为本发明结构原理图。

图2为本发明提供的存储方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明提供的一种数据云分离存储系统，包括：

（1）文件应用接口模块，检测用户文件（比如MS-OFFICE系统DOC、PPT、XLS多种电子文档）的读写操作及编辑进程，并驱动文件变换模块、安全文件对生成模块和存储管理模块执行用户文件的存取。

（2）文件变换模块，消除上述用户文件本身带有的格式特征，生成一种无特征文件并发送给安全文件对生成模块；还接收安全文件对生成模块发送的无特征文件，并将其还原为正常的用户文件。

（3）安全文件对生成模块，将文件变换模块发送的无特征文件分离为主分离文件和从分离文件，然后在存储管理模块的控制下将主分离文件和从分离文件分别保存到本地存储区域和云端服务存储区域；还在存储管理模块的控制下将主分离文件和从分离文件合成为无特征文件，并将合成后的无特征文件发送给文件变换模块。

（4）本地存储区域，存储安全文件对生成模块分离的主分离文件，比如私有云服务端服务器、用户端服务器及客户端主机的硬盘等等。

（5）云端服务存储区域，存储安全文件对生成模块分离的从分离文件，比如公有云服务端服务器。

（6）存储管理模块，设于本地端，用于管理、控制主分离文件和从分离文件的存取，包括本地存储管理模块和云端存储管理模块，本地存储管理模块管理、控制主分离文件的存取，云端存储管理模块用于管理、控制从分离文件的存取。

另外，为更有效处理云端信息处理，本发明在云端服务器设有云端存储区域管理控制模块，包括云端服务存储区域控制模块、云端服务存储区域生成模块、云端服务存储区域感知模块、云端服务存储区域文件管理模块和辅助功能模块。云端服务存储区域控制模块，属于云端总管控模块，在存储管理模块发出从分离文件存取命令后，控制和调用云端服务存储区域生成模块、云端服务存储区域感知模块和云端服务存储区域文件管理模块。云端服务存储区域生成模块：对云端存储设备进行操作，使其成为本系统专用云端服务存储区域；云端服务存储区域感知模块：用于对云端服务存储区域的自动感知和识别；云端服务存储区域文件管理模块：用于云端服务存储区域备份、云端服务存储区域中从分离文件的管理；辅助功能模块：用于调用系统辅助功能，如系统提供文件粉碎和文档访问记录、临时文件、页面文件、磁盘未用空间清理等功能。。

系统启动防护装置开启安全防护后，文件应用接口模块检测用户文件的读写操作及编辑进程，当用户文件保存（或打开）时，确认云端服务存储区域存在，然后调用文件变换模块消除该用户文件的格式特征，将用户文件转换为无特征文件（或调用存储管理模块从用户本地存储区域提取出主分离文件，在云端服务存储区域文件管理模块的配合下从云端服务存储区域提取从分离文件）。运用安全文件对生成模块将得到的无特征文件分离为主分离文件和从分离文件（或将提取出的主分离文件和从分离文件合并为无特征文件），调用本地存储管理模块将生成的主分离文件存储到用户本地存储区域，并调用云端存储管理模块将从分离文件存储到云端服务存储区域（或调用文件变换模块将无特征文件反转变换为用户文件）。其中云端服务存储区域控制模块控制和调用云端服务存储区域生成模块，与云端服务存储区域感知模块相协调，配合调用辅助功能模块，完成整个分离式存储。

本发明还提出一种数据云分离存储方法，如图2所示，以电子文档读写为例，包含如下步骤：

（1）检测用户电子文档的读写操作及编辑进程，当电子文档保存时，进入步骤（2）；当电子文档打开时，进入步骤（5）；

（2）确认云端服务存储区域存在，采用非线性变换方法消除步骤（1）中电子文档的格式特征，将电子文档转换为无特征文件；消除普通电子文档格式特征，是为了文档中的信息熵值尽可能均匀，加强上下文的数据关联性。

非线性变换时，首先将整个用户文件分割为若干分组，每组组长为定值；然后对每个分组文件的每类特征（如文档字体、大小等）分别进行归一化处理（如最大/最小值特征缩放、期望/方差特征缩放等）；最后每个分组文件分别处理完成后重新组合成完整的用户文件，达到整体的非线性变换，成为无特征文件Doc_p

其中Doc_p=Plain(Doc)，Doc表示原文档；Plain()表示非线形变换算法。

（3）将步骤（2）得到的无特征文件Doc_p分离为主分离文件和从分离文件；对无特征数据文件按照下列步骤抽取部分关键信息，生成从分离文件：SK=Ex_R(Doc_p)；将从分离文件保存在云端服务存储区域上，生成主分离文件并保存在使用人员指定的位置：Doc_main=Doc_p-SK。

其中：Doc表示原文档；Doc_p表示原文档经过非线性变换之后的无特征文件；Plain()表示非线形变换算法；SK表示从无特征数据文件抽取出来的从分离文件；Ex_R()表示相应抽取算法；Doc_main表示主分离文件。

（31）将步骤（2）采用的非线性变换参数信息（比如分组组长，最大/最小值特征参数、期望/方差特征参数等）写入从分离文件SK中；

（32）在无特征文件Doc_p中设N个随机点位（N的数值根据无特征文件的大小对应设置），并从中随机抽取M个随机点位（M<N），然后将M个随机点位信息写入从分离文件SK中；抽取位置P和抽取长度L由软件生成的两组随机序列构成，抽取位置P构成的随机序列的单元个数以及抽取长度L上限的确定与分离式存储的安全强度相关。例如，软件生成的A组随机序列P(1)、L(1)分别为P(1)[64168734523487154876045]，L(1)[12]，生成的B组随机序列P(2)、L(2)分别为P(2)[879245875451548]，L(2)[21]，显然A组的随机点抽取位置更多，并且每个随机点位抽取的信息更少，因此A组分离式存储结果的安全强度肯定要高于B组的分离式存储结果。

（33）分别以步骤（31）抽取的M个随机点位为起点，从无特征文件Doc_p中抽取一个随机长度的字符串写入从分离文件SK中，同时将所抽取字符串的长度写入从分离文件SK中；

（34）对步骤（33）抽取字符串后的无特征文件Doc_p进行随机扰码回填，并将随机扰码回填得到的无特征文件Doc_p作为主分离文件Doc_main。

（4）将步骤（3）得到的主分离文件Doc_main存储到用户本地存储区域，将步骤（3）得到的从分离文件SK存储到云端服务存储区域；

（5）确认云端服务存储区域存在，从用户本地存储区域提取出主分离文件Doc_main，并从云端服务存储区域提取从分离文件SK；

（6）将步骤（5）提取出的主分离文件Doc_main和从分离文件SK合并为无特征文件Doc_p，对应于步骤（3），根据从分离文件SK中M个随机点位信息和字符串长度，将M个字符串覆盖到主分离文件Doc_main对应位置；

（7）将步骤（6）得到的无特征文件Doc_p反转变换为用户电子文档，对应于步骤（2），根据从分离文件SK中非线性变换参数信息，采用所述非线性变换方法的逆过程将无特征文件Doc_p变换为用户电子文档。

云分离存储的原理保证了分离文档在介质中的存储安全，作为一个信息安全防护系统，系统通过应用过程安全性防护，为文档应用过程中的安全提供保障。

（1）自动分离临时文件。对“分离区”分离文档编辑过程中产生的文档临时文件，同样按“分离存储”方式进行分离保存，杜绝了通过遗留在终端中的临时文件恢复原文的可能。

（2）基于云端服务存储区域进行使用控制。系统通过使用云端服务存储区域上的从分离文件打开存于“分离区”相应的分离文档，同时通过云端服务存储区域实现对“分离区”相关分离文档的使用控制，在感知不到云端服务存储区域的情况下，系统禁止在“分离区”对相应的分离文档进行操作，如禁止新建、打开、移动、复制、删除等操作，从而防止了无关人员的操作使用对分离文档可能造成的破坏。

系统将完整的文档分离保存于私有云端、局域网端、终端等本地端和公有云端服务存储区域。反馈式电子文档“分离存储”将对电子文档的安全防护提高到随机分散文件数据熵的安全防护高度，而不再仅仅是“数据加密变换”。为了提供用户更多的选择性和日后算法改进的需要，系统通过模块化的设计，将反馈式“分离存储”算法的实现按一个单独的模块设计，系统的分离算法的升级，只要更换该模块即可完成。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种数据云分离存储系统，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的一种数据云分离存储系统，其特征在于还包括：

云端服务存储区域文件管理模块：用于实现云端服务存储区域备份、云端服务存储区域中从分离文件的管理。

3.根据权利要求1所述的一种数据云分离存储系统，其特征在于：所述存储管理模块包括本地存储管理模块和云端存储管理模块，所述本地存储管理模块用于管理、控制主分离文件的存取；所述云端存储管理模块用于管理、控制从分离文件的存取。

4.根据权利要求1所述的一种数据云分离存储系统，其特征在于：所述本地存储区域包括私有云服务端服务器、用户端服务器和客户端主机。

5.一种权利要求1所述数据云分离存储系统的存储方法，其特征在于包含如下步骤：

（4）将步骤（3）得到的主分离文件存储到本地存储区域，将步骤（3）得到的从分离文件存储到云端服务存储区域；

（5）从本地存储区域提取出主分离文件，并从云端服务存储区域提取从分离文件；

（7）将步骤（6）得到的无特征文件反转变换为用户文件。

6.根据权利要求5所述的一种数据云分离存储方法，其特征在于：所述步骤（2）采用非线性变换方法消除用户文件的格式特征。

7.根据权利要求6所述的一种数据云分离存储方法，其特征在于：所述步骤（3）包括如下步骤：

（31）将步骤（2）非线性变换方法采用的非线性变换参数信息写入从分离文件中；

（32）在步骤（2）得到的无特征文件中设N个随机点位，并从中随机抽取M个随机点位，然后将M个随机点位信息写入从分离文件中；

8.根据权利要求7所述的一种数据云分离存储方法，其特征在于：所述步骤（6）对应于步骤（3），根据从分离文件中M个随机点位信息和字符串长度，将M个字符串覆盖到主分离文件对应位置。

9.根据权利要求8所述的一种数据云分离存储方法，其特征在于：所述步骤（7）对应于步骤（2），根据从分离文件中非线性变换参数信息，采用所述非线性变换方法的逆过程将无特征文件变换为用户文件。