CN106921393A - 一种基于计算机取证的数字证据完整性保存控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于数据处理技术领域，公开了一种基于计算机取证的数字证据完整性保存控制系统，包括：无线传感数据采集节点，中心数据传输节点，状态信号模块，读写控制模块，运算模块，根据所述读写控制模块传输的信号，对从数据存储器读取的数据进行处理。本发明数据采集节点将会自组织形成一个区域存储网络，每个数据采集节点上的数据通过编码的方式，分存到系统的各个节点中，当自组织存储网络的存储空间不足时，系统通过设定的数据覆盖规则，用新采集的数据按照一定的间隔将历史数据覆盖掉；本发明将大大提高系统存储数据的可靠性。具有推广应用的价值。

Description

一种基于计算机取证的数字证据完整性保存控制系统

技术领域

本发明属于数据处理技术领域，尤其涉及一种基于计算机取证的数字证据完整性保存控制系统。

背景技术

在日常的活动中，例如，用户可以利用移动终端提供的计算器来进行相关的数据运算。然而，该移动终端自带的计算器，为需要用户手动操作实现运算的模式，即需要用户每手动输入一个数据后，便手动选择一次运算符号，然后再手动输入下一个数据，以此类推。由上可知，该普通模式的计算器，其效率低且失误率高，很难实现大量数据的处理。

现有技术中，一种在数字数据保存系统(10)中保存数字签署文档(160)的方法。安全保存请求(176)将文档(160)与利用识别标记(172)和文档的相关数字签名(168)产生的保存签名(174)相结合。文档(160)经过数字保存系统供应商鉴定之后，文档进行保存；但其缺点在于数字保存的完整性有时存在缺失的问题，使用时，可能造成用户的一些信息丢失。

近年来，随着计算机技术与相关传感器技术在各行各业中的广泛应用，每分每秒都在产生感知世界的信息，同时，数以亿计用户的互联网服务时时刻刻都在产生新的数据，同时记录人们生活的历史信息也呈现爆炸式增长。数据的快速增长必然带来存储设备的持续增加。同时，为了满足日益扩展的数据存储需求，数据存储系统的体系结构也在不断发展与变化，从传统的集中式存储到分布式存储，近几年还出现了云存储等新型海量数据存储模式。存储系统的规模也越来越大，因而，如何保证在数据高可靠的情况下降低数据冗余，进而减少硬件消耗，成为信息存储领域的关注的焦点。

与传统的多备份策略不同，近些年来，技术界发展了一种以编码冗余策略为核心的新型存储体系。编码冗余存储体系在可保证与复制策略提供相同的系统可靠性的同时，可以大大减少存储系统的数据冗余度，进而为存储系统节约大量的硬件投入与电能消耗。但是，编码冗余策略与备份策略不同的是，其管理较为复杂，最为重要的是，在对数据进行存储时，需对其进行编码计算进而产生出冗余数据。但是，编码过程需要消耗系统一定的计算量，当系统计算性能较低，或系统需要在其它方面使用计算资源时，这会大大降低编码计算的速度，进而影响系统的存储速度与效率。因而，如何降低文件存储时编码的计算量一直是纠删码存储技术关注的焦点与难点。为解决这一难题，研究者提出了二进制编码矩阵的存储策略，而事实上在二进制编码矩阵的构造过程中，很难直接构造一种既能保证系统容删效果，而又具有最低计算量的二进制编码矩阵。因此，在实际二进制编码矩阵构造过程中，都是以满足存储系统的容删性能，而未考虑其在编码过程中，是否具有最低的编码过程计算量。

由于野外环境的广域性和监测点的分散性，人工采集数据和有线数据传输将花费大量的物力和人力成本。同时，由于缺乏统一的研究方法，导致许多结果可比性较差。因此，开发一种测量精准、维护便捷、成本低廉的野外环境高可靠性数据采集与存储系统对于提高野外环境参数的采集效率，降低采集成本，都具有重要意义。

综上所述，现有技术存在的问题是：由于野外环境变化大，环境不可控等因素，无线传感系统中的数据采集节点或远程无线数据传输节点会出现损毁的情况，从而会出现远程数据无法及时上传到数据服务器，甚至数据丢失的情况，因此存在改进空间；而且现有技术不能结合计算机进行取证的数字证据完整性呈现；在实际二进制编码矩阵构造过程中，都是以满足存储系统的容删性能，而未考虑其在编码过程中，是否具有最低的编码过程计算量。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于计算机取证的数字证据完整性保存控制系统。

本发明是这样实现的，一种基于计算机取证的数字证据完整性保存控制系统，包括：

无线传感数据采集节点，用于将数据发送给中心数据传输节点，由中心数据传输节点将数据发送给计算机；无线传感器数据采集节点还用于形成自组织网络，用于暂时存储各个无线传感器数据采集节点所采集的数据；

中心数据传输节点，用于将数据上传状态信号模块，并同时向无线传感器数据采集节点发送成功反馈信息；若无线传感器数据采集节点在设定时间内未接受到发送成功反馈信号，该节点将向中心数据传输节点发送询问信号，确定中心数据传输节点是否正常运行；若中心数据传输节点无应答，则中心数据传输节点将启动与其他无线传感器数据采集节点的通信，并利用编码存储方法将本节点存储的数据采用编码数据均匀分发方法分发到计算机中的各个节点中；

状态信号模块，接收所述中心数据传输节点传输的信号；并将信号发送读写控制模块；

读写控制模块，根据所述状态信号模块传输的信号，从数据存储器读取数据或者向数据存储器写入数据；

运算模块，根据所述读写控制模块传输的信号，对从数据存储器读取的数据进行处理；

所述运算模块中若任意由“0,1”确定的二进制系统编码矩阵为G_r·m，G_r·m为由“0,1”构成的二进制矩阵，该矩阵用于产生冗余数据，其可以具体表示为：

根据二进制编码矩阵的行向量l₁，l₂，…，l_r·m中“1”的个数确定出根据该向量计算校验位时所需要的XOR计算次数，并计算任意两向量l_a，l_b之间不相同的位数；

若向量l_a中元素为“1”的位数为k，则系统利用该向量进行产生冗余数据需要进行k-1次XOR运算。

进一步，针对整个编码矩阵G_r·m对原始文件进行编码计算的优化流程包括：

1)根据编码矩阵中G_r·m的每一行向量中“1”的个数，确定出根据该行向量计算校验位所需要的XOR次数，行向量中“1”的个数用k来标记，则利用该行向量计算校验位所需要的XOR次数为(k-1)m，其中m为每个参与校验计算的原始数据块的大小；

2)比较编码矩阵中任意两个行向量之间的元素相同位与元素不同位的个数，记为(e/d)，其中e表示两个向量中元素相同的位个数；d表示两个向量中元素不同的位个数；

3)若某一行向量l_i(1≤i≤r·m)所需要的XOR次数小于或等于步骤B中不同位数d，则直接根据该向量计算出该行所对应的校验数据块，并将该向量记为l_j；

4)利用步骤3)中确定的向量l_j，根据步骤B中相同位数与不同位数之比，确定下一个计算行向量，当某行向量l_k与向量l_j不同位数小于相同位数，且l_k与向量l_j不同位数与其余各个向量不同位数达到最小时，则根据向量l_j已计算出的校验数据来计算由l_k确定的校验数据；

5)若仍有未计算校验位，则按照步骤4)中计算规则，以l_k为基础向量，寻找下一待计算向量，并返回步骤4)；

是否已确定全部校验位计算过程，若是，则保存校验位依次计算过程，若否，则按照原始对应关系进行计算。

进一步，所述编码存储方法包括以下步骤：

步骤一，所述编码存储方法的二维码字为C＝[c_i,j]；1≤i≤m-1,1≤j≤m+m，元素c_i,j表示为第i行，第j列的信息位或校验位；

步骤二，当1≤i≤m-1,1≤j≤m-1时，元素c_i,j为信息位，用于存放原文件数据；

步骤三，当1≤i≤m-1，m≤j≤m+m时，元素c_i,j为校验位，用于存放校验数据；

步骤四，根据以上三条步骤得出第一列校验位可以按照下述规则构造：

步骤五，第r列的冗余校验位如下公式表示，令公共调节因子为：

步骤六，根据步骤五得出第r列校验位为：

式中：1≤i＜m-1，1≤r≤m。

进一步，所述编码数据均匀分发方法包括以下步骤：

一)每个数据采集节将随机把已经采集的环境数据与通过上述方法产生的冗余信息经分块后分发到其它数据采集节点；

二)当无线传感系统所处的环境较为恶劣，无线传感节点出现损毁时，若原始数据节点为2·m,与m相邻且小于m的素数用m_l表示；

三)则当损毁节点达到2×(m-m_l)时，即系统剩余节点数为2·m_l时，系统将对损毁数据进行恢复，同时，系统将对恢复出的原始数据进行再次编码，编码参数用m_l参数来进行；

四)新采集的节点也将按照该策略进行编码存储。

本发明提出了针对野外环境参数无线采集系统的自适应存储方法，当系统的远程无线数据传输节点正常运行时，数据采集节点采集的数据通过远程无线数据传输节点上传到服务器，当远程无线数据传输节点出现损毁时，数据采集节点将会自组织形成一个区域存储网络，每个数据采集节点上的数据通过编码的方式，分存到系统的各个节点中，当自组织存储网络的存储空间不足时，系统通过设定的数据覆盖规则，用新采集的数据按照一定的间隔将历史数据覆盖掉。本发明将大大提高系统存储数据的可靠性。具有推广应用的价值。

本发明与现有技术相比，优化了编码过程，能够实现编码过程计算量的降低。在存储系统对数据进行编码存储时，能够根据编码矩阵中各个行向量的特点，改变原有校验数据块的计算次序，进而减少编码过程的计算次数；利用本发明提出的方法进行对编码矩阵的优化后的计算次序，可以存储在计算机中，在以后的每次计算中，都可以按照该优化后的规则进行计算；本发明提出的编码过程优化方法，能够适用于所有二进制矩阵，特别地，该方法可以适用于任何基于二进制矩阵进行计算的相关过程，不仅适用于数据存储时的编码过程，还适用于当数据块丢失时，利用二进制校验矩阵对丢失数据块进行数据重构的过程，具有推广使用的价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于计算机取证的数字证据完整性保存控制系统示意图。

图中：1、无线传感数据采集节点；2、中心数据传输节点；3、状态信号模块；4、数据存储器；5、运算模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于计算机取证的数字证据完整性保存控制系统，包括：

无线传感数据采集节点1，用于将数据发送给中心数据传输节点，由中心数据传输节点将数据发送给计算机；无线传感器数据采集节点还用于形成自组织网络，用于暂时存储各个无线传感器数据采集节点所采集的数据；

中心数据传输节点2，用于将数据上传状态信号模块，并同时向无线传感器数据采集节点发送成功反馈信息；若无线传感器数据采集节点在设定时间内未接受到发送成功反馈信号，该节点将向中心数据传输节点发送询问信号，确定中心数据传输节点是否正常运行；若中心数据传输节点无应答，则中心数据传输节点将启动与其他无线传感器数据采集节点的通信，并利用编码存储方法将本节点存储的数据采用编码数据均匀分发方法分发到计算机中的各个节点中；

状态信号模块3，接收所述中心数据传输节点传输的信号；并将信号发送读写控制模块；

读写控制模块3，根据所述状态信号模块传输的信号，从数据存储器4读取数据或者向数据存储器写入数据；

运算模块5，根据所述读写控制模块传输的信号，对从数据存储器读取的数据进行处理；

所述运算模块中若任意由“0,1”确定的二进制系统编码矩阵为G_r·m，G_r·m为由“0,1”构成的二进制矩阵，该矩阵用于产生冗余数据，其可以具体表示为：

根据二进制编码矩阵的行向量l₁，l₂，…，l_r·m中“1”的个数确定出根据该向量计算校验位时所需要的XOR计算次数，并计算任意两向量l_a，l_b之间不相同的位数；

若向量l_a中元素为“1”的位数为k，则系统利用该向量进行产生冗余数据需要进行k-1次XOR运算。

进一步，针对整个编码矩阵G_r·m对原始文件进行编码计算的优化流程包括：

1)根据编码矩阵中G_r·m的每一行向量中“1”的个数，确定出根据该行向量计算校验位所需要的XOR次数，行向量中“1”的个数用k来标记，则利用该行向量计算校验位所需要的XOR次数为(k-1)m，其中m为每个参与校验计算的原始数据块的大小；

2)比较编码矩阵中任意两个行向量之间的元素相同位与元素不同位的个数，记为(e/d)，其中e表示两个向量中元素相同的位个数；d表示两个向量中元素不同的位个数；

3)若某一行向量l_i(1≤i≤r·m)所需要的XOR次数小于或等于步骤B中不同位数d，则直接根据该向量计算出该行所对应的校验数据块，并将该向量记为l_j；

4)利用步骤3)中确定的向量l_j，根据步骤B中相同位数与不同位数之比，确定下一个计算行向量，当某行向量l_k与向量l_j不同位数小于相同位数，且l_k与向量l_j不同位数与其余各个向量不同位数达到最小时，则根据向量l_j已计算出的校验数据来计算由l_k确定的校验数据；

5)若仍有未计算校验位，则按照步骤4)中计算规则，以l_k为基础向量，寻找下一待计算向量，并返回步骤4)；

是否已确定全部校验位计算过程，若是，则保存校验位依次计算过程，若否，则按照原始对应关系进行计算。

进一步，所述编码存储方法包括以下步骤：

步骤一，所述编码存储方法的二维码字为C＝[c_i,j]；1≤i≤m-1,1≤j≤m+m，元素c_i,j表示为第i行，第j列的信息位或校验位；

步骤二，当1≤i≤m-1,1≤j≤m-1时，元素c_i,j为信息位，用于存放原文件数据；

步骤三，当1≤i≤m-1，m≤j≤m+m时，元素c_i,j为校验位，用于存放校验数据；

步骤四，根据以上三条步骤得出第一列校验位可以按照下述规则构造：

步骤五，第r列的冗余校验位如下公式表示，令公共调节因子为：

步骤六，根据步骤五得出第r列校验位为：

式中：1≤i＜m-1，1≤r≤m。

进一步，所述编码数据均匀分发方法包括以下步骤：

一)每个数据采集节将随机把已经采集的环境数据与通过上述方法产生的冗余信息经分块后分发到其它数据采集节点；

二)当无线传感系统所处的环境较为恶劣，无线传感节点出现损毁时，若原始数据节点为2·m,与m相邻且小于m的素数用m_l表示；

三)则当损毁节点达到2×(m-m_l)时，即系统剩余节点数为2·m_l时，系统将对损毁数据进行恢复，同时，系统将对恢复出的原始数据进行再次编码，编码参数用m_l参数来进行；

四)新采集的节点也将按照该策略进行编码存储。

本发明提出了针对野外环境参数无线采集系统的自适应存储方法，当系统的远程无线数据传输节点正常运行时，数据采集节点采集的数据通过远程无线数据传输节点上传到服务器，当远程无线数据传输节点出现损毁时，数据采集节点将会自组织形成一个区域存储网络，每个数据采集节点上的数据通过编码的方式，分存到系统的各个节点中，当自组织存储网络的存储空间不足时，系统通过设定的数据覆盖规则，用新采集的数据按照一定的间隔将历史数据覆盖掉。该方法将大大提高系统存储数据的可靠性。具有推广应用的价值。

本发明与现有技术相比，优化了编码过程，能够实现编码过程计算量的降低。在存储系统对数据进行编码存储时，能够根据编码矩阵中各个行向量的特点，改变原有校验数据块的计算次序，进而减少编码过程的计算次数；利用本发明提出的方法进行对编码矩阵的优化后的计算次序，可以存储在计算机中，在以后的每次计算中，都可以按照该优化后的规则进行计算；本发明提出的编码过程优化方法，能够适用于所有二进制矩阵，特别地，该方法可以适用于任何基于二进制矩阵进行计算的相关过程，不仅适用于数据存储时的编码过程，还适用于当数据块丢失时，利用二进制校验矩阵对丢失数据块进行数据重构的过程，具有推广使用的价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于计算机取证的数字证据完整性保存控制系统，其特征在于，所述基于计算机取证的数字证据完整性保存控制系统包括：

无线传感数据采集节点，用于将数据发送给中心数据传输节点，由中心数据传输节点将数据发送给计算机；无线传感器数据采集节点还用于形成自组织网络，用于暂时存储各个无线传感器数据采集节点所采集的数据；

中心数据传输节点，用于将数据上传状态信号模块，并同时向无线传感器数据采集节点发送成功反馈信息；若无线传感器数据采集节点在设定时间内未接受到发送成功反馈信号，该节点将向中心数据传输节点发送询问信号，确定中心数据传输节点是否正常运行；若中心数据传输节点无应答，则中心数据传输节点将启动与其他无线传感器数据采集节点的通信，并利用编码存储方法将本节点存储的数据采用编码数据均匀分发方法分发到计算机中的各个节点中；

状态信号模块，接收所述中心数据传输节点传输的信号；并将信号发送给读写控制模块；

读写控制模块，根据所述状态信号模块传输的信号，从数据存储器读取数据或者向数据存储器写入数据；

运算模块，根据所述读写控制模块传输的信号，对从数据存储器读取的数据进行处理；

所述运算模块中若任意由“0,1”确定的二进制系统编码矩阵为G_r·m，G_r·m为由“0,1”构成的二进制矩阵，该矩阵用于产生冗余数据，其可以具体表示为：

$G_{r\·m}=\left[\begin{array}{c}{l}_1\\ l_2\\ .\\ .\\ .\\ l_{r\·m}\end{array}\right];$

根据二进制编码矩阵的行向量l₁，l₂，…，l_r·m中“1”的个数确定出根据该向量计算校验位时所需要的XOR计算次数，并计算任意两向量l_a，l_b之间不相同的位数；

若向量l_a中元素为“1”的位数为k，则系统利用该向量进行产生冗余数据需要进行k-1次XOR运算。

2.如权利要求1所述的基于计算机取证的数字证据完整性保存控制系统，其特征在于，针对整个编码矩阵G_r·m对原始文件进行编码计算的优化流程包括：

1)根据编码矩阵中G_r·m的每一行向量中“1”的个数，确定出根据该行向量计算校验位所需要的XOR次数，行向量中“1”的个数用k来标记，则利用该行向量计算校验位所需要的XOR次数为(k-1)m，其中m为每个参与校验计算的原始数据块的大小；

2)比较编码矩阵中任意两个行向量之间的元素相同位与元素不同位的个数，记为(e/d)，其中e表示两个向量中元素相同的位个数；d表示两个向量中元素不同的位个数；

3)若某一行向量l_i(1≤i≤r·m)所需要的XOR次数小于或等于步骤B中不同位数d，则直接根据该向量计算出该行所对应的校验数据块，并将该向量记为l_j；

4)利用步骤3)中确定的向量l_j，根据步骤B中相同位数与不同位数之比，确定下一个计算行向量，当某行向量l_k与向量l_j不同位数小于相同位数，且l_k与向量l_j不同位数与其余各个向量不同位数达到最小时，则根据向量l_j已计算出的校验数据来计算由l_k确定的校验数据；

5)若仍有未计算校验位，则按照步骤4)中计算规则，以l_k为基础向量，寻找下一待计算向量，并返回步骤4)；

是否已确定全部校验位计算过程，若是，则保存校验位依次计算过程，若否，则按照原始对应关系进行计算。

3.如权利要求1所述的基于计算机取证的数字证据完整性保存控制系统，其特征在于，所述编码存储方法包括以下步骤：

步骤一，所述编码存储方法的二维码字为C＝[c_i,j]；1≤i≤m-1,1≤j≤m+m，元素c_i,j表示为第i行，第j列的信息位或校验位；

步骤二，当1≤i≤m-1,1≤j≤m-1时，元素c_i,j为信息位，用于存放原文件数据；

步骤三，当1≤i≤m-1，m≤j≤m+m时，元素c_i,j为校验位，用于存放校验数据；

步骤四，根据以上三条步骤得出第一列校验位可以按照下述规则构造：

$c_{i,m}=\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{c}_{i,j},1\&le;i<m-1$

步骤五，第r列的冗余校验位如下公式表示，令公共调节因子为：

$S_r=\underset{j=1}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{c}_{<m-1+r\&CenterDot;j{>}_m,j}$

步骤六，根据步骤五得出第r列校验位为：

$c_{i,m+2}=S_r\&CirclePlus;\left(\underset{<i+r\&CenterDot;j{>}_m\&NotEqual;m-1}{\overset{m-1}{\underset{j=0}{\&CirclePlus;}}}{c}_{<i+r\&CenterDot;j{>}_m,j}\right)$

式中：1≤i＜m-1，1≤r≤m。

4.如权利要求1所述的基于计算机取证的数字证据完整性保存控制系统，其特征在于，所述编码数据均匀分发方法包括以下步骤：

一)每个数据采集节将随机把已经采集的环境数据与通过上述方法产生的冗余信息经分块后分发到其它数据采集节点；

二)当无线传感系统所处的环境较为恶劣，无线传感节点出现损毁时，若原始数据节点为2·m,与m相邻且小于m的素数用m_l表示；

三)则当损毁节点达到2×(m-m_l)时，即系统剩余节点数为2·m_l时，系统将对损毁数据进行恢复，同时，系统将对恢复出的原始数据进行再次编码，编码参数用m_l参数来进行；

四)新采集的节点也将按照该策略进行编码存储。