云計(jì)算環(huán)境下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄭凌峰 王宋清

（浙江盈軟科技有限公司 浙江省杭州市 310000）

隨著網(wǎng)絡(luò)持續(xù)發(fā)展，大量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)累積，計(jì)算機(jī)執(zhí)行運(yùn)算能力面對新的要求必須要加強(qiáng)。為了使安全性提升，網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)創(chuàng)建刻不容緩，該存儲系統(tǒng)應(yīng)該具備優(yōu)先給予熱點(diǎn)讀取的功能。大量研究文獻(xiàn)表示，云計(jì)算環(huán)境中，防火墻、登錄密碼設(shè)置等都屬于網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)系統(tǒng)的內(nèi)容。但在網(wǎng)絡(luò)威脅增加的背景下，傳統(tǒng)防御措施亟需強(qiáng)化，從而滿足安全防護(hù)需要。

1 存儲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)架構(gòu)

想要對存儲系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化，需要掌握其設(shè)計(jì)架構(gòu)。傳統(tǒng)存儲技術(shù)在應(yīng)用中存在短板，其原理相對簡單，是通過數(shù)據(jù)接口發(fā)揮作用，將接口連接主機(jī)，這樣便可以進(jìn)行存儲操作。在整個過程中，需要使用對數(shù)據(jù)存儲依賴程度較低的服務(wù)器，同時采用SCSI存儲方式，在實(shí)際的連接創(chuàng)建環(huán)節(jié)會有所限制。研究發(fā)現(xiàn)，在主服務(wù)器端，完成數(shù)據(jù)操作會影響服務(wù)器端，同時在存儲量遞增階段，服務(wù)器承載量將提升，直接結(jié)果是運(yùn)行效率降低。目前數(shù)據(jù)量激增，傳統(tǒng)的模式將會延緩數(shù)據(jù)處理效率，不能滿足現(xiàn)實(shí)需求?；诖耍枰柚朴?jì)算將原本的存儲系統(tǒng)升級改造。

實(shí)踐證實(shí)，云存儲技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜，涉及內(nèi)容較多，各種服務(wù)器等都不可或缺，均是存儲設(shè)備的核心，在現(xiàn)實(shí)工作中，利用應(yīng)用軟件可以完成相關(guān)數(shù)據(jù)存儲，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行訪問，圖1為該系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖。基于云計(jì)算，在登錄模塊設(shè)計(jì)中，要通過HTTPS協(xié)議，確保相關(guān)的通信[1]。另外，在用戶注冊信息環(huán)節(jié)，信息保存要確保信息不被泄露，提升數(shù)據(jù)的安全性。在安全存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，服務(wù)器接收信息（通常指經(jīng)加密處理后的信息）后，要進(jìn)行解密處理。數(shù)據(jù)證書模塊同樣重要，能夠認(rèn)證文件數(shù)字，在具體應(yīng)用中，用戶操作過程中，需要先加密存儲文件，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行傳輸，從源頭增加保密系數(shù)。

2 存儲系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

2.1 云架構(gòu)的設(shè)計(jì)

在科技的加持下，存儲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要融合云計(jì)算，研究發(fā)現(xiàn)，利用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完成安全存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，作用顯著。因?yàn)樵浦懈鱾€節(jié)點(diǎn)自由度比較高，為動態(tài)化分配操作提供了前提，在實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要借助中心控制服務(wù)器完成星形結(jié)構(gòu)的構(gòu)思。在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮的因素較多，控制中心地位特殊，能夠?qū)⒄埱筇幚戆l(fā)送，科學(xué)分配給不同的用戶，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)與云中客戶端的對接，讓端點(diǎn)相互通信。在云架構(gòu)的設(shè)計(jì)中，云中主要節(jié)點(diǎn)完全可以充當(dāng)控制中心，肩負(fù)著主要任務(wù)，不僅要與各節(jié)點(diǎn)通信，還要想方設(shè)法接收用戶反饋消息。

2.2 云計(jì)算服務(wù)的設(shè)計(jì)

在框架完成設(shè)計(jì)后，還要進(jìn)行云計(jì)算服務(wù)設(shè)計(jì)。云計(jì)算環(huán)境下，存儲系統(tǒng)要貼合用戶需求，提供匹配度高的服務(wù)。存儲系統(tǒng)需要綜合測試，借此來評估該系統(tǒng)能否抵御黑客的攻擊方式，對系統(tǒng)的安全性評分，在這樣的前提下，可以發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，針對潛在隱患進(jìn)行規(guī)避。在實(shí)際應(yīng)用中，一旦云服務(wù)器有漏洞，安全性能將大打折扣，此時的系統(tǒng)會結(jié)合實(shí)際檢測結(jié)果針對漏洞進(jìn)行自動修復(fù)，從而筑起安全防護(hù)網(wǎng)。云計(jì)算存儲系統(tǒng)優(yōu)勢突出，能夠存儲海量數(shù)據(jù)，支撐整個系統(tǒng)運(yùn)行，除了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)之外，還可以存儲主機(jī)端數(shù)據(jù)。和傳統(tǒng)模式相比，基于云計(jì)算的存儲系統(tǒng)功能強(qiáng)化，數(shù)據(jù)來源范圍廣泛，在實(shí)際應(yīng)用中，能夠覆蓋整個防護(hù)面，并且找出其中的防護(hù)盲點(diǎn)與漏洞。另外，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，不僅要存儲數(shù)據(jù)，還應(yīng)該具備數(shù)據(jù)計(jì)算的能力。借助精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)計(jì)算，可以評估系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)以及掌握攻擊用戶情況。只有滿足上述要求，云計(jì)算服務(wù)的設(shè)計(jì)才能達(dá)標(biāo)。

2.3 節(jié)點(diǎn)管理模型設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)管理模型作用重大，在使用中能夠分配節(jié)點(diǎn)，同時完成初始化。在工作中，利用資源運(yùn)行情況綜合性評估，在針對性算法的幫助下對云中節(jié)點(diǎn)調(diào)整，這是節(jié)點(diǎn)管理模型最主要功能。研究發(fā)現(xiàn)，假如節(jié)點(diǎn)數(shù)量不夠，那么相關(guān)功能將被弱化，客戶端的請求信息無法得到滿意解決[2]。在這個時候，控制中心將發(fā)布指令，命令全新節(jié)點(diǎn)啟動，借此保障服務(wù)器運(yùn)行。上述節(jié)點(diǎn)得到初始化的同時，合理分配節(jié)點(diǎn)集權(quán)，高質(zhì)量完成對云端負(fù)荷的擴(kuò)展。需要注意的是，如果某節(jié)點(diǎn)空閑，就會被控制中心收回并且釋放，確保節(jié)點(diǎn)信息適當(dāng)處理。節(jié)點(diǎn)管理設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.4 負(fù)載均衡機(jī)制設(shè)計(jì)

負(fù)載均衡機(jī)制設(shè)計(jì)同樣屬于核心內(nèi)容，在云計(jì)算環(huán)境中，需要細(xì)致分析各個節(jié)點(diǎn)運(yùn)行情況，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)不同，其運(yùn)行情況和性能都會不一樣?；诖?，控制中心想要發(fā)揮作用，各個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理，前提條件是完成負(fù)載均衡機(jī)制設(shè)計(jì)。在應(yīng)用中，需要對系統(tǒng)硬件性能加以關(guān)注，同時注重節(jié)點(diǎn)運(yùn)行質(zhì)量，研究發(fā)現(xiàn)，云中運(yùn)行節(jié)點(diǎn)功能特殊，可以處理多個信息，節(jié)點(diǎn)剩余運(yùn)算能力（重要指標(biāo)）不容忽視。在具體工作中，要分配各個界面作業(yè)，依據(jù)核心算法，量化分配運(yùn)算指標(biāo)，輔助完成節(jié)點(diǎn)分配。

2.5 加密上傳的設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，加密上傳設(shè)計(jì)需要重視。網(wǎng)絡(luò)安全存儲系統(tǒng)常見的數(shù)據(jù)傳輸，主要采用明文方式，這種方式?jīng)]有匹配加密措施，缺少系統(tǒng)保護(hù)?；诖耍到y(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化需要彌補(bǔ)這方面的不足，在系統(tǒng)中添加加密保護(hù)模塊，重點(diǎn)保護(hù)數(shù)據(jù)流?，F(xiàn)階段，可行的方法是借助數(shù)字信封加密，完成整組數(shù)據(jù)的保護(hù)，此加密技術(shù)原理簡單，主要借助對稱密鑰，完成有效的數(shù)據(jù)加密，在此基礎(chǔ)上，利用非對稱密鑰再次進(jìn)行加密，實(shí)現(xiàn)對稱密鑰的加密，通過雙重加密，數(shù)據(jù)的安全性更高，可以保證數(shù)據(jù)加密質(zhì)量與效率[3]。與此同時，對稱密鑰可靠性，大幅度加強(qiáng)，數(shù)據(jù)安全性顯著提升。但由于該方法，還需要輔助非對稱密鑰,所以操作起來，便捷性不是很高。為了充分考慮安全性，使用PBE算法可以精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密，使加密手段更優(yōu)。PBE算法簡單來說，就是基于口令加密的科學(xué)算法。PBE的優(yōu)勢突出，便利性在于用戶自己保管口令,在加密、解密過程中，不需要硬件設(shè)備支持，在實(shí)際應(yīng)用中，使用多重加密方法完成對安全性的保證。研究發(fā)現(xiàn)，PBE缺乏密鑰的概念，需要通過其他對稱加密算法推導(dǎo)，利用口令代替密鑰實(shí)用性更強(qiáng)，保密效果更好。

2.6 存儲功能模塊設(shè)計(jì)

結(jié)合上文提到的云架構(gòu)設(shè)計(jì)，現(xiàn)對存儲功能相關(guān)模塊進(jìn)行分析。存儲功能模塊設(shè)計(jì)包含的內(nèi)容有：

（1）控制平面的優(yōu)化與數(shù)據(jù)平面通信功能完善。實(shí)踐表明，控制平面CPU功能強(qiáng)大，基于Linux系統(tǒng)，其內(nèi)部蘊(yùn)含雙向數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制（該機(jī)制包括內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)），在雙重機(jī)制輔助下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。該數(shù)據(jù)平面需要依靠ZOL核運(yùn)轉(zhuǎn)，兩者之間共享內(nèi)存可以發(fā)揮通信功能。數(shù)據(jù)平面向控制平面?zhèn)鬟f重要參數(shù)，反饋系統(tǒng)運(yùn)行情況，借此提升控制平面智能化感知能力，確保系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。與此同時，控制平面發(fā)揮著支撐作用，為數(shù)據(jù)平面提供分析數(shù)據(jù)以及初始化數(shù)據(jù)等功能[4]。

（2）網(wǎng)絡(luò)報(bào)文處理。針對該模塊功能設(shè)計(jì)，需要理清重點(diǎn)。該模塊的功能較多，存在兩個不同層次。首先，網(wǎng)口接收到的報(bào)文是重要信息，可以從中提取系統(tǒng)所需的核心數(shù)據(jù)；其次，將提取數(shù)據(jù)分揀到加解密模塊處理，在系統(tǒng)處理過后，恢復(fù)原始報(bào)文格式。

（3）數(shù)據(jù)加解密模塊。這部分內(nèi)容的功能設(shè)計(jì)，需要參考相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。由于該系統(tǒng)存儲量與數(shù)據(jù)傳輸量非常高（在單位時間），因此采用軟件形式是比較可行的方案,基于3DES算法可以高效完成加解密處理，科學(xué)保障數(shù)據(jù)存儲功能發(fā)揮。

2.7 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)

防火墻類別主要涵蓋了兩方面的內(nèi)容，一種是互聯(lián)網(wǎng)入口角度，還有一種是系統(tǒng)用戶角度。具體來說，該系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，就是利用互聯(lián)網(wǎng)權(quán)限順利抵達(dá)內(nèi)部網(wǎng)，如果缺乏用戶權(quán)限，意味著進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)將被拒絕。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)涉及內(nèi)容廣，構(gòu)成十分復(fù)雜，利用廣域網(wǎng)鏈路保持與其他網(wǎng)絡(luò)的連接狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用功能。除此之外，利用該連接手段，還可以得到有用信息，提高儲存網(wǎng)絡(luò)的利用價值。從管理與安全層面出發(fā)，在用戶中創(chuàng)建科學(xué)的Internet出口，可以從源頭保證其他鏈路訪問（利用總部對互聯(lián)網(wǎng)訪問）。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，將防火墻系統(tǒng)精準(zhǔn)設(shè)置，將其匹配到Internet出口，可以降低故障風(fēng)險(xiǎn)，減少單點(diǎn)故障的可能性，應(yīng)有價值較高。在具體應(yīng)用中，為了強(qiáng)化防火墻應(yīng)用效果，可以使用雙機(jī)模式，完成防火墻系統(tǒng)合理創(chuàng)建。每個防火墻中需要匹配四個網(wǎng)絡(luò)接口，在此基礎(chǔ)上和Internet相互連接，這樣的應(yīng)用效率會比較高。為了保障效果，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與中立區(qū)需要設(shè)置兩臺中心交換機(jī)，確保防火墻中立區(qū)口和對應(yīng)服務(wù)器的連接。

3 系統(tǒng)的測試

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需要對其開展測試，利用身份驗(yàn)證等多種訪問方式，檢驗(yàn)系統(tǒng)可行性。測試發(fā)現(xiàn)，在用戶登錄后，并不能直接進(jìn)入系統(tǒng)，而是需要驗(yàn)證身份，只有確定密碼正確，密碼和相應(yīng)賬號匹配后，才能正式進(jìn)入系統(tǒng)。與此同時，系統(tǒng)將完成對用戶登錄類型的判斷。在此期間，一旦密碼輸入錯誤，給予提示的同時，還會阻止其繼續(xù)訪問，該用戶將無法登入。用戶匿名訪問時，系統(tǒng)會進(jìn)行預(yù)防，在登錄子頁面前，通常情況下要驗(yàn)證用戶的身份。借助這樣的方式，避免匿名登錄出現(xiàn)。根據(jù)實(shí)際測試結(jié)果顯示，在該系統(tǒng)中進(jìn)行注冊、上傳、登錄等均比較便捷，可以滿足實(shí)際需求，確保工作狀態(tài)正常。另外，在實(shí)際操作中，如果接連輸入3次錯誤信息，將會促使頁面自動關(guān)閉，登錄者將無法繼續(xù)操作。

該安全存儲系統(tǒng)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)為透明加解密網(wǎng)關(guān)式，在具體應(yīng)用中，可能在同一時間內(nèi)會接受大量的數(shù)據(jù)傳輸與存儲任務(wù)，基于此，需要切實(shí)保障系統(tǒng)平穩(wěn)性，需要借助有效措施，從源頭避免數(shù)據(jù)損壞，嚴(yán)禁數(shù)據(jù)的丟失。實(shí)踐表明，想要達(dá)到上述目標(biāo)，降低系統(tǒng)模塊間耦合性最理想方案是分離控制平面，將其與數(shù)據(jù)平面分隔開。在該種方式下，系統(tǒng)高度模塊化可以實(shí)現(xiàn)，同時當(dāng)一個模塊故障后，其他系統(tǒng)也會繼續(xù)運(yùn)行，不會影響整體效率，妨礙其他系統(tǒng)執(zhí)行程序。此次系統(tǒng)優(yōu)化，硬件選用Tilera Gx36芯片，處理效率更高，因?yàn)樵撔酒啥鄠€CPU及外設(shè)構(gòu)成，并且控制平面、數(shù)據(jù)平面分割清晰。

4 結(jié)束語

由于不同用戶需求差異，對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全性以及存儲條件標(biāo)準(zhǔn)不一，在這樣的背景下，需要完成針對性用戶需求設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)多種系統(tǒng)功能。通過前文介紹，可以總結(jié)出基于云計(jì)算的安全存儲系統(tǒng)功能：一是全面評估安全性，從而提出優(yōu)化建議；二是識別以及盡早發(fā)現(xiàn)存儲系統(tǒng)潛在風(fēng)險(xiǎn)。三是優(yōu)化各個模塊，實(shí)現(xiàn)用戶登錄注冊審核、用戶信息保存以及加密存儲等操作。四是生成數(shù)字證書功能，在工作中用戶自主選擇文件，結(jié)合上述功能完成加密存儲。五是將加密信息傳輸至客戶端，必要時對其進(jìn)行驗(yàn)證（客戶提取時）。