云灾备关键技术

可 以 说 ，数 据 安 全 已 成 为 限 制 云 灾备在企业中进一步推广和应用的 关 键 因 素 ，而 云 存 储 安 全 技 术 则 试 图 解决云灾备服务模式带来的种种数 据安全问题。云灾备环境由 3 个参 与 方 组 成 ：用 户 ( 云 灾 备 服 务 的 使 用 者 ) 、云 服 务 提 供 商 、可 信 第 三 方 。
1 重复数据删除技术
重复数据删除技术是指将存储 系统中存在的大量内容相同的数据 删 除 ，只 保 留 其 中 一 份 ，从 而 缩 减 存 储 空 间 的 技 术 。 在 云 灾 备 中 ，该 技 术 既能大幅减少灾备中心存储的数据
肖达/XIAO Da 刘建毅/LIU Jianyi
(北京邮电大学 灾备技术国家工程实验室， 北 京 100876)
24 中兴通讯技术
2010 年 10 月 第 16 卷第 5 期 Oct. 2010 Vol.16 No.5
云灾备关键技术
ZTE COMMUNICATIONS
肖 达等
专题
字 节 ，只 会 影 响 一 到 两 个 块 ，其 余 的 块保持不变。其主要缺点是计算开 销较大和检测重复块时指纹值索引 查找的开销较大。由于其对数据变 化 的 低 敏 感 性 ，变 长 分 块 逐 渐 成 为 重 复数据删除技术的主流。
2.1 完整性检查和持有性证明技术 完 整 性 检 查 是 指 检 查 从 CSP 读
回的数据和之前写入的数据是否一 致 ，即 数 据 是 否 被 篡 改 。 基 本 方 法 是 写文件时使用某种单向哈希函数对 数 据 计 算 得 到 一 个 哈 希 值 ，存 放 在 本 地可靠存储中。读文件时进行同样 计算得到哈希值并和本地的哈希值 比较。为了降低完整性检查的复杂 度 ，可 以 采 用 Merkle 哈 希 树 的 方 法 ， 将 文 件 分 成 若 干 数 据 块 ，最 底 层 的 树 叶 节 点 对 应 数 据 块 的 哈 希 值 ，次 底 层 节 点 是 每 两 个 哈 希 值 的 哈 希 值 ，由 此 逐 层 递 归 构 造 出 一 个 二 叉 树 ，根 节 点 对应最终的哈希值。此时检查一个
按照检查重复数据的粒度不同， 重复数据删除技术可以分为对象/文 件级和块级的重复数据删除。文件 级删重技术是在文件级别的粒度下 查找重复数据的方法。该技术计算 速 度 快 ，但 粒 度 太 粗 ，即 使 不 同 文 件 内 部 存 在 很 多 相 同 的 数 据 ，也 不 能 被 检测并实现冗余消除。块级别的重 复数据删除根据切分数据块方法的 不 同 ，又 可 分 为 固 定 分 块 和 可 变 分 块 的删重技术。固定分块技术是使用 固定大小的分块策略在存储系统中 识 别 相 同 数 据 的 一 种 方 法 ，可 以 提 供 很 高 的 处 理 速 度 ，但 是 对 编 辑 和 修 改 的 序 列 很 敏 感 ，处 理 效 率 低 。 变 长 分 块是一种基于内容技术的分块方 法。与固定分块不同的是它的块断 点 不 以 一 个 预 设 值 来 确 定 ，而 是 以 其 文 件 内 容 进 行 计 算 ，当 满 足 一 定 的 标 准之后方认为其为块断点。其优点 是对于插入问题和删除问题处理高 效。无论是插入还是删除一小部分
(National Engineering Laboratory for Disaster Backup and Recovery, Beijing University of
Posts, Beijing100876, China)
量 ，降 低 灾 备 中 心 的 建 设 和 运 维 成 本 ，又 能 大 幅 减 少 数 据 备 份 和 恢 复 过 程中用户和灾备提供商间的数据传 输 量 ，提 高 备 份 和 恢 复 的 性 能 ，是 一 项十分重要的技术。
2 云存储安全技术
在 云 灾 备 应 用 环 境 中 ，用 户 的 数 据存放在由云服务提供商管理和维 护 的 服 务 器 上 ，不 再 受 用 户 的 直 接 控 制 ，增 加 了 数 据 的 潜 在 风 险 。 各 种 因 素 ，如 云 服 务 提 供 商 的 系 统 故 障 、服 务 器 被 攻 击 、云 服 务 提 供 商 内 部 人 员 的 泄 密 或 蓄 意 破 坏 等 ，都 有 可 能 造 成 用 户 数 据 的 泄 密 、损 坏 或 丢 失 。
ZTE COMMUNICATIONS
专题
肖 达等
云灾备关键技术
云灾备关键技术
Key Techniques for Cloud Disaster Recovery
中 图 分 类 号 ：TP393.03 文 献 标 志 码 ：A 文 章 编 号 ：1009-6868 (2010) 05-0024-04
摘要： 信息系统的容灾备份是灾难发生时确保业务连续性和数据可用性的重要手 段。云灾备是客户付费使用灾备服务提供商提供的灾备服务的一种灾备模式。客 户 可 以 利 用 服 务 提 供 商 的 优 势 技 术 资 源 和 成 熟 的 运 维 管 理 流 程 ，快 速 实 现 灾 备 ，降 低 灾 备 系 统 的 总 体 拥 有 成 本 。 文 章 介 绍 云 灾 备 的 3 个 关 键 技 术 ：重 复 数 据 删 除 技 术 、云 存 储 安 全 技 术 和 操 作 系 统 虚 拟 化 。 前 两 者 解 决 数 据 级 云 灾 备 中 的 效 率 和 安 全 性 问 题 ，后 者 解 决 系 统 级 云 灾 备 的 灵 活 性 问 题 。 云 存 储 安 全 技 术 的 发 展 是 云 灾 备能否得到广泛应用的一个决定因素。
(1) 摘 要 向 量 ，一 种 内 存 中 紧 凑 的 数 据 结 构 ，用 于 辨 别 新 的 块 。
(2) 基 于 流 的 块 排 列 ，一 种 用 于 提 高磁盘上的被连续访问块的访问局 部性的数据排列方法。
(3) 局 部 性 保 持 ，保 持 了 重 复 块 的 指纹值的局部性从而达到缓存的高 命中率。
数 据 块 完 整 性 的 复 杂 度 由 O(n) 降 为 O(log n)，其中 n 为数据块个数。
上 述 方 法 可 以 验 证 CSP 返 回 的 数据的完整性。然而在很多情况下 用户需要知道其数据是否始终由 CSP 完 好 保 存 并 可 获 取 。 当 用 户 在 云 中 存 储 大 量 数 据 时 ，如 果 用 户 每 次 将 所 有 数 据 下 载 到 本 地 ，用 上 述 完 整 性 验 证 方 法 检 查 数 据 是 否 完 好 ，这 种 做法显然是不可行的。为此研究者 提 出 了 持 有 性 证 明 ，即 CSP 可 以 通 过 某种方法向用户证明其仍然完好的 持 有 用 户 数 据 ，并 且 数 据 是 可 获 取 的 ，而 不 需 要 提 供 完 整 数 据 。
1.1 高性能可扩展重复数据删除技术 在提高重复数据删除性能方面，
可以使用减轻磁盘瓶颈技术。在重 复 数 据 删 除 系 统 中 ，为 了 节 约 成 本 ， 一 些 系 统 仅 具 有 少 量 的 内 存 ，因 而 不 能支持所有的数据索引一次性地进 入 内 存 进 行 检 测 ，从 而 导 致 了 大 量 的 磁 盘 访 问 ，这 成 为 性 能 下 降 的 最 主 要 因 素 。 针 对 这 种 情 况 ，Data Domain 重 复数据删除文件系统中采用了减轻 磁盘瓶颈的 3 种技术[1]，它们分别是：
Key words: cloud disaster recovery; data de-duplication; cloud storage security; operating system virtualization
随着 社 会 信 息 化 程 度 的 提 高 和 企 事业单位对信息系统依赖性的 增 强 ，信 息 系 统 的 容 灾 备 份 成 为 灾 难 发生时确保业务连续性和数据可用 性的重要手段。
关 键 词 ： 云 灾 备 ；重 复 数 据 删 除 ；云 存 储 安 全 ；操 作 系 统 虚 拟 化
Abstract: Disaster Recovery (DR) for information systems is essential to ensuring business continuity and data availability when disasters occur. Cloud DR is a new paradigm whereby customers pay to use a DR service. The technical resources and mature operating and management procedure of a cloud provider can be exploited so that DR goals can be achieved quickly and the full cost of owning a DR system can be reduced. Cloud DR has three primary features: data de-duplication, cloud storage security, and operating system virtualization. The first two are designed to solve problems of efficiency and security in data-level cloud DR; the last is designed to solve the problem of flexibility in system-level cloud DR. The development of cloud security will be a determining factor in widening cloud DR application.
基 金 项 目 ：北 京 邮 电 大 学 高 校 基 金 (2009RC0217)