一种协同工作环境中(分布式)的容错和安全数据存储方法

科 技 前 沿
一
种 协 同工 作环 境 中 （ 分布 式 ） 的容 错和 安全数 据存 储 方 法
张 小 龙
（ 北 京飞 宇微 电 子有 限责 任公 司 ， 北京 １ ０ ０ ０ ２ ７ ）
摘 要 ： 我们 描 述 了一 种 新 的方 法 建立 一 个安 全 和 容错 在协 同工 作环 境 和数 据 存 储服 务 ， 以 完 美的秘 密 共享 方 案 来存 储 数 据 。 由于较 高 的计 算 开销 ， 完 美的秘 密共 享方 案 已发现 很 少使 用在 管理通 用数 据 上 了。为此 我们 提 出的方 法使 用 了一
储 服 务处 的其 余敏 感 数据 的机 密 性 。然 而 ， 与私 钥 加 密方 案 大多 数 完美 的秘 密共 享 方案 在 计算 上 是 昂贵 的 。可 验 无论 是 从 加 密秘 钥 还是 通 用数 据 ， 敏 感数 据 的存 储 已经 不 同 ，
在不 同 的环 境 中被 人们 广泛 探 讨和 研究 。本 文认 为 ， 为 了实 证 的 秘 密共 享 方 案通 常与 完 美 的 秘 密共 享 方 案 一 起 使 用 以 并 且 现存 储 敏感 数据 的 安全 性 ， 敏感 数据 必 须存 储 在 分 布式 的 服 检 测可 能 由故 障或 泄 密 的服务 器 返 回 的不 正 确 的共 享 ， 这样 的技术 进一 步 增 务 器上 ， 并 且 要 保 证 数据 的一 致 性 和正 确 性 ， 即使 一 台 或者 还 在写 入期 间 检测 不 正确 的秘 密 共享 。
被授 权读 取 或更 新 敏感 数据 的客户 是不 断 变化 的 。 当使 用传 统方 法 时 ， 访 问列 表 的改 变将 需 要用 新 的加 密 密钥 重新 加 密
秘 密 共享 方 案是 这 样 的技 术 ， 其 中秘 密 被编 码 成 几个 片 所存储 的数 据 ， 这 可 能是 麻烦 的 。对 于 细粒 度 的访 问列表 管 存 储 在数 据存 储 服务 处 的每个 文 件或 文 档将 需 要 唯 一 的 段， 称 为共 享 在完 全 秘 密 共 享方 案 中 ， 共 享 的无 效 组 合 不 给 理 ， 出关 于编码 秘 密 的信 息 ， 只有 当用 户成 功 得 到所 有 正 确 的共 密钥 。键 的数量 可 能变 得很 大并 且 难 以管理 。如果 敏感 Байду номын сангаас 据
享 组合 ， 原 始信 息 才会 被得 到 。 因此 ， 完 美 的秘 密共 享 方案 是 本 身使 用 秘 密共享 技 术存 储 ， 则 避免 在访 问列 表 中 的改变 期 信 息理 论安 全 的 。完美 的秘 密共 享方 案 还允 许 共 享更 新 ， 这 间 的这 种 昂贵 的操 作 ，这 就是 笔 者 在 本 文 中要 提到 的 基 于 Ｏ Ｒ操作 的秘密 共 享机 制 。 是分 布 式改 变共 享 的过 程 ， 使 得编 码 的秘 密是 相 同的 。频 繁 Ｘ 的共 享 单元 更新 可 以提 供 强 大 的数 据 保 密性 。 通 过将 这些共 ３ Ｘ ＯＲ Ｇｒ ｉ ｄ Ｓ ｈ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ机 制 、 复制 和 投 票 机 制 享存 储 在不 同的服 务器 ，只要 没有 足 够 的服 务 器被 破 坏 ， 编 完 美共 享 机 制 可 以通 过 用 ＸＯ Ｒ位 操作 来 加 以实 现 。如
多 台机器 被 攻破 ， 数 据仍 然 可 以保持 正 确性 。传 统 的解 决方 加 了在 数据 的 编码 和解 码期 间的计 算 时 间 。
案是 ： 把要 保 护 的 敏感 数 据 进行 加密 ， 并 且 通 过 做 复 制处 理
为 了解 决 这 一 问题 我 们 可 以使 用 ＸＯ Ｒ秘 密共 享 进 行
们 每 个人 必 须拥 有一 个 可 以解 密数 据 的密钥 。 这 些密 钥 也必 网 格 的 形 式 布 置 。 所 提 出 的 架 构 框 架 ， 我 们 称 之 为
须 存 在于 服 务器 中 ， 这 就很 占空 间 了。并 且 为 了 防止 秘密 钥 Ｇ ｒ ｉ ｄ Ｓ ｈ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ， 它具 有 有用 的 属性 ， 那就 是 其维 度 可 以变 化 以折 匙 的泄 漏 ， 秘 密钥 匙 往 往 还 要额 外 加 密 ， 这 样 就增 加 了额 外 中几 个性 能 度量 。在协 作环 境 的分 布 式系 统 中 ， 可 以想 象到 开销 。本 文要 提 出 的解 决方 案 就是 “ 秘密 共享 ” 方法。 ２ 秘 密 共 享 机 制
关键 词 ： 拜 占庭 容 错 ； 协 同环 境 ； 机 密性 ； 分 布式数 据 存储 ； 复制 ； 秘 密 共 享
中图分 类 号 ：Ｔ Ｐ ３ ３ ３
１ 概 述
文 献标 识 码 ：Ａ
文章 编 号 ： １ ６ ７ ３ — １ ０ ６ ９ （ ２ ０ １ ７ ） 叭一１ ４ ６ — ３
种 新 的建 立在 异 或 （ Ｘ Ｏ Ｒ） 算 法上 的 新型加 密方 式 ， 从 而 大 大降低 计 算 开销 。秘 密共 享再 加 上复 制机 制 所形 成 的一 个 系统机
制 是 一 个不错 的 方案 ， 它 可 以通过 改 变 自身 的一 些性 质 ， 从 而达 到平衡 各 个指标 的 功 能。我 们评 估 所提 出的框 架 的属性 和 性能 ， 并显 示 完 美的秘 密 共 享和 复制 相 结合 ， 可 以 用来建 立 高效 的容 错和 安 全 的分布 式数据 存储 系统 。
来实 现 系统 容错 。这种 解决 方 案 的好处 在 于 可 以计 算 量小 ， 快 速计 算 ， 并 且 使用 基 于复 制 的方 案来 检 测故 障 或 恶意 服 务
并且 节省 空 间 。但是 在 分布 式 的环 境 中 ， 会 有 多个 用 户 同时 器可 能 返 回的不 正 确 的共享 ， 来 解决 这 些 问题 。 这种 秘 密共 有权 限 来 得 到数 据 ， 为 了保 证 每个 用 户 的数 据 安 全 ， 那 么他 享 和复 制 的组合 形 成 了一个 架 构框 架 ， 其 中服 务 器 以矩 形或