CN105243334B - 一种数据存储保护方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数据存储保护方法与系统，将要存储的目标数据组织成预设大小的多个数据块；根据数据块个数确定叶子节点个数，根据数据块大小和哈希算法位数确定中间节点个数；将所述数据块保存至所述叶子节点，将所述数据块对应的哈希值保存至所述数据块所属节点的父节点中；根据所述叶子节点个数和所述中间节点个数，将数据块和对应的哈希值组织成哈希树，将数据组织成为数据块，并将数据块与哈希值组织成哈希树，进行数据读取时可迅速访问各节点，从哈希树的各节点进行数据验证可保证用户访问数据的正确性。
Description
技术领域
本发明涉及数据存储领域，特别是涉及一种数据存储保护方法与系统。
背景技术
Internet的迅速发展在提高了工作效率的同时，也带来了一个日益严峻的问题——网络数据存储安全，网络数据存储安全成为当今研究热点和社会关注焦点。在过去十年中，存储已演变为多个系统共享的一种资源。非常多案例都表明，只保护存储设备所在的系统的安全已不能满足需要了。存储设备目前连接到多个系统上，因此，必须保护各个系统上的有价值的数据，防止其他系统未经授权访问数据，或破坏数据。相应的，存储设备必须要防止未被授权的设置改动，对所有的更改都要做审计跟踪。
存储安全是客户整个安全计划的一部分，也是数据中心安全和组织安全的一部分。如果只小心翼翼地保护存储的安全而将整个系统向互连网开放，那这样的存储安全是丝毫没有意义的。应该认识到，安全计划可能需要满足各种数据库和应用的不同层次的安全需求原则上，存储安全是非常简单直接的。
面对一个越来越开放的网络环境，急需实现高效安全的信息存储。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种数据存储保护方法与系统，可以提高数据访问速度和正确性。
为实现上述目的，本发明提供了一种数据存储保护方法，包括：
将要存储的目标数据组织成预设大小的多个数据块；
根据数据块个数确定叶子节点个数，根据数据块大小和哈希算法位数确定中间节点个数；
将所述数据块保存至所述叶子节点，将所述数据块对应的哈希值保存至所述数据块所属节点的父节点中；
根据所述叶子节点个数和所述中间节点个数，将数据块和对应的哈希值组织成哈希树。
优选地，根据所述叶子节点个数和所述中间节点个数，将数据块和对应的哈希值组织成哈希树后还包括：
将所述哈希树中的节点存放至缓存区中。
优选地，将所述哈希树中的节点存放至缓存区中后还包括：
从所述哈希树的叶子节点到根节点，依次对每一个目标节点进行数据验证。
优选地，对目标节点进行数据验证包括：
判断所述目标节点是否存放在所述缓存区中，如果未存放在所述缓存区中，则验证所述目标节点，当所述目标节点通过验证时，则确定存储的数据正常，并读取所述目标节点中的数据，当所述目标节点验证失败，则确定存储的数据异常。
本发明还提供了一种数据存储保护系统，包括：
数据块组织模块，用于将要存储的目标数据组织成预设大小的多个数据块；
节点确定模块，用于根据数据块个数确定叶子节点个数，根据数据块大小和哈希算法位数确定中间节点个数；
数据块存储模块，用于将所述数据块保存至所述叶子节点，将所述数据块对应的哈希值保存至所述数据块所属节点的父节点中；
哈希树生成模块，用于根据所述叶子节点个数和所述中间节点个数，将数据块和对应的哈希值组织成哈希树。
优选地，所述数据存储保护系统还包括：
缓存模块，用于将所述哈希树中的节点存放至缓存区中。
优选地，所述数据存储保护系统还包括：
数据验证模块，用于从所述哈希树的叶子节点到根节点，依次对每一个目标节点进行数据验证。
优选地，所述数据验证模块包括：
验证子模块，用于判断所述目标节点是否存放在所述缓存区中，如果未存放在所述缓存区中，则验证所述目标节点，当所述目标节点通过验证时，则确定存储的数据正常，并读取所述目标节点中的数据，当所述目标节点验证失败，则确定存储的数据异常；
遍历子模块，用于从所述哈希树的叶子节点到根节点，依次对每一个目标节点执行验证子模块的步骤。
应用本发明提供的一种数据存储保护方法与系统，将要存储的目标数据组织成预设大小的多个数据块；根据数据块个数确定叶子节点个数，根据数据块大小和哈希算法位数确定中间节点个数；将所述数据块保存至所述叶子节点，将所述数据块对应的哈希值保存至所述数据块所属节点的父节点中；根据所述叶子节点个数和所述中间节点个数，将数据块和对应的哈希值组织成哈希树，将数据组织成为数据块，并将数据块与哈希值组织成哈希树，进行数据读取时可迅速访问各节点，从哈希树的各节点进行数据验证可保证用户访问数据的正确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种数据存储保护方法实施例一的流程图；
图2为本发明一种数据存储保护方法实施例一的设备映射框架图；
图3为本发明一种数据存储保护方法实施例二的流程图；
图4为本发明一种数据存储保护系统实施例三的结构示意图；
图5为本发明一种数据存储保护系统实施例四的结构示意图；
图6为本发明一种数据存储保护系统实施例四的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本发明提供了一种数据存储保护方法，图1示出了本发明数据存储保护方法实施例一的流程图，包括：
步骤S101：将要存储的目标数据组织成预设大小的多个数据块；
将数据组织成数据块，如预设大小为每个数据块为4K大小。
步骤S102：根据数据块个数确定叶子节点个数，根据数据块大小和哈希算法位数确定中间节点个数；
假如有n个数据块，则需要n个叶子节点，父节点的孩子节点个数为block_size/hash_digest_size，其中，block_size表示一个数据块的大小，hash_digest_size表示哈希算法的位数，孩子节点的数据块对应的哈希值依次保存在相应的父节点中，如对于哈希算法为256位，块大小为4K的哈希树，将4K转换为位是4*1024*8位，则父节点存放哈希值的个数为4*1024*8/256＝128个，其孩子节点的个数也是128个，向下取2的最大整数次方个节点，因此该孩子节点的个数应该是128个，如果采用20位的哈希算法，那么父节点的孩子节点个数应该是4*1024*8/20＝1638个，此时向下取2的最大整数次方个节点，因此该孩子节点的个数应该是1024。
步骤S103：将所述数据块保存至所述叶子节点，将所述数据块对应的哈希值保存至所述数据块所属节点的父节点中；
每个叶子节点存储对应的数据块，哈希值存在对应父节点中。
步骤S104：根据所述叶子节点个数和所述中间节点个数，将数据块和对应的哈希值组织成哈希树。
根据节点安排将数据块与对应哈希值组织成哈希树，一个哈希树预设最多有64层，如有32768个叶子节点，那么就会有32768个数据。如果每个块的大小是4K，整个哈希树可以表示128M的数据块。
数据组织成哈希树，将哈希树的哈希节点存放至哈希磁盘中，哈希磁盘的大小完全由需要保护的数据大小决定，其最小容量可以根据磁盘的大小计算出来，公式如下：
Data_size表示数据磁盘中被保护数据的大小，block_size表示系统中数据块大小，默认为4K，hashtree_degree代表哈希树的度，hash_length表示使用哈希算法的长度。如果data_size为GB数量级，那么block_size就可以忽略不计，则哈希磁盘最小容量接近数量容量的
本实施例中实现数据组织成哈希树需要用到设备映射技术以及LVM(LogicalVolume Manager)逻辑卷管理技术，设备映射技术是物理设备到逻辑设备的一种映射机制，用户可以根据自己的需要定制相关的策略。用户在用户空间中制定映射策略，按照实际需要编写处理的I/O请求的目标驱动插件，实现所需要的特性，如图2所示。
LVM(Logical Volume Manager)逻辑卷管理技术，LVM将一个或多个硬盘的分区在逻辑上集合，相当于一个大硬盘来使用，当硬盘的空间不够使用的时候，可以继续将其它的硬盘的分区加入其中，这样可以实现磁盘空间的动态管理，相对于普通的磁盘分区有很大的灵活性。
应用本实施例提供的一种数据存储保护方法，将要存储的目标数据组织成预设大小的多个数据块；根据数据块个数确定叶子节点个数，根据数据块大小和哈希算法位数确定中间节点个数；将所述数据块保存至所述叶子节点，将所述数据块对应的哈希值保存至所述数据块所属节点的父节点中；根据所述叶子节点个数和所述中间节点个数，将数据块和对应的哈希值组织成哈希树，将数据组织成为数据块，并将数据块与哈希值组织成哈希树，进行数据读取时可迅速访问各节点，从哈希树的各节点进行数据验证可保证用户访问数据的正确性。
实施例二：
图3示出了本发明数据存储保护方法实施例二的流程图，对应于图1，还包括：
步骤S104：将所述哈希树中的节点存放至缓存区中；
步骤S105：从所述哈希树的叶子节点到根节点，依次对每一个目标节点进行数据验证。
当访问数据时，被访问的数据会被验证。验证一个数据块的完整性不仅需要通过相应哈希值对块中数据,即哈希树的叶子节点进行验证，而且必须从叶子节点一直验证到树的根节点。如果被验证的根节点没有问题，说明数据没有出错，可以成功读取，否则数据获取失败。另一方面，当需要验证整个数据磁盘的数据一致性时，整个哈希树的所有节点都会被验证，时间花费较长。如果验证都没问题，说明数据完好，否则，数据完整性被破坏。为了减少验证时间，系统为该模块分配了一个缓冲区，用于存放哈希树中的节点，当验证一个节点时，先判断该节点是否存放在缓存区中，如果该节点存在，则该节点不会被验证，该机制认为该节点被验证过，是可靠的。如果该节点不存在，则需要验证该节点，并将其存放在缓存中。
通过哈希算法格式化后的磁盘，可以通过访问哈希树的方式进行挂载和访问，此时设备里的内容和数据磁盘中的一样，具有数据一致性的保护特性，无法人为地或恶意地对该设备中的数据进行篡改，如果数据因为非人为原因被篡改，上层用户能够迅速发现数据被篡改的问题，进而采用措施进行修复，将损失降到最低。
本实施例方法的优势有：
(1)该机制通过数据块的方式组织数据，有利于提高数据的访问速度；
(2)将所有的数据块和哈希值组织成一个哈希树，能够迅速的访问各个节点；
(3)设定了一个存放哈希节点的缓冲区，提高数据验证效率；
(4)通过叶子节点验证，能够确保用户访问数据的正确性。
实施例三：
本发明还提供了一种数据存储保护系统，图4示出了本发明数据存储保护系统实施例三的结构示意图，包括：
数据块组织模块101，用于将要存储的目标数据组织成预设大小的多个数据块；
节点确定模块102，用于根据数据块个数确定叶子节点个数，根据数据块大小和哈希算法位数确定中间节点个数；
数据块存储模块103，用于将所述数据块保存至所述叶子节点，将所述数据块对应的哈希值保存至所述数据块所属节点的父节点中；
哈希树生成模块104，用于根据所述叶子节点个数和所述中间节点个数，将数据块和对应的哈希值组织成哈希树。
应用本实施例提供的一种数据存储保护系统，将要存储的目标数据组织成预设大小的多个数据块；根据数据块个数确定叶子节点个数，根据数据块大小和哈希算法位数确定中间节点个数；将所述数据块保存至所述叶子节点，将所述数据块对应的哈希值保存至所述数据块所属节点的父节点中；根据所述叶子节点个数和所述中间节点个数，将数据块和对应的哈希值组织成哈希树，将数据组织成为数据块，并将数据块与哈希值组织成哈希树，进行数据读取时可迅速访问各节点，从哈希树的各节点进行数据验证可保证用户访问数据的正确性。
实施例四：
图5示出了本发明数据存储保护系统实施例四的结构示意图，对应于图4，还包括：
缓存模块105，用于将所述哈希树中的节点存放至缓存区中；
数据验证模块106，用于从所述哈希树的叶子节点到根节点，依次对每一个目标节点进行数据验证。
如图6所示，具体地，所述数据验证模块106包括：
验证子模块201，用于判断所述目标节点是否存放在所述缓存区中，如果未存放在所述缓存区中，则验证所述目标节点，当所述目标节点通过验证时，则确定存储的数据正常，并读取所述目标节点中的数据，当所述目标节点验证失败，则确定存储的数据异常；
遍历子模块202，用于从所述哈希树的叶子节点到根节点，依次对每一个目标节点执行验证子模块的步骤。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的方法和系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种数据存储保护方法，其特征在于，包括：
将要存储的目标数据组织成预设大小的多个数据块；
根据数据块个数确定叶子节点个数，根据数据块大小和哈希算法位数确定父节点的孩子节点个数；
将所述数据块保存至所述叶子节点，将所述数据块对应的哈希值保存至所述数据块所属节点的父节点中；
根据所述叶子节点个数将各所述数据块和对应的哈希值利用设备映射技术和逻辑卷管理技术组织成哈希树；
将所述哈希树中的节点存放至缓存区中；
依次对从所述哈希树的叶子节点到根节点的每一个目标节点进行数据验证；其中，对所述目标节点进行数据验证包括：判断所述目标节点是否存放在所述缓存区中，如果未存放在所述缓存区中，则验证所述目标节点，当所述目标节点通过验证时，则确定存储的数据正常，并读取所述目标节点中的数据，当所述目标节点验证失败，则确定存储的数据异常。
2.一种数据存储保护系统，其特征在于，包括：
数据块组织模块，用于将要存储的目标数据组织成预设大小的多个数据块；
节点确定模块，用于根据数据块个数确定叶子节点个数，根据数据块大小和哈希算法位数确定父节点的孩子节点个数；
数据块存储模块，用于将所述数据块保存至所述叶子节点，将所述数据块对应的哈希值保存至所述数据块所属节点的父节点中；
哈希树生成模块，用于根据所述叶子节点个数将各所述数据块和对应的哈希值利用设备映射技术和逻辑卷管理技术组织成哈希树；
缓存模块，用于将所述哈希树中的节点存放至缓存区中；
数据验证模块，用于依次对从所述哈希树的叶子节点到根节点的每一个目标节点进行数据验证；
其中，所述数据验证模块包括：
验证子模块，用于判断所述目标节点是否存放在所述缓存区中，如果未存放在所述缓存区中，则验证所述目标节点，当所述目标节点通过验证时，则确定存储的数据正常，并读取所述目标节点中的数据，当所述目标节点验证失败，则确定存储的数据异常；
遍历子模块，用于从所述哈希树的叶子节点到根节点，依次对每一个目标节点执行验证子模块的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |