基于激光掃描的網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)智能存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陸立華

摘 ?要： 針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)在存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)時(shí)安全性低的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種新的數(shù)據(jù)智能存儲(chǔ)系統(tǒng)。引入激光掃描技術(shù)，分別對(duì)系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件部分重點(diǎn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)檢測(cè)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并給出每部分的線路圖。根據(jù)硬件部分完成軟件流程的設(shè)計(jì)，軟件共分為網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)檢測(cè)、網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)分類和網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)存儲(chǔ)三步。為驗(yàn)證系統(tǒng)的工作效果，將其與傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，基于激光掃描技術(shù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)，除了能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)的智能存儲(chǔ)，還可以很好地?cái)r截外來(lái)信號(hào)，為存儲(chǔ)安全提供有力保證。

關(guān)鍵詞： 激光掃描; 網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù); 智能存儲(chǔ); 存儲(chǔ)系統(tǒng); 存儲(chǔ)安全; 網(wǎng)絡(luò)信息

中圖分類號(hào)： TN02?34; TP311.32 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2019）13?0096?05

Design of laser scanning based intelligent storage system for network sensitive data

LU Lihua

（School of Computer Science， Northwestern Polytechnical University， Xian 710129， China）

Abstract： Aiming at the low security of traditional data storage systems while storing network sensitive data， a new data intelligent storage system is designed. The laser scanning technology is introduced to design the hardware and software of the system. In the first paragraph of this paper， the data collector， data detector and data memory are designed emphatically， and the circuit diagram of each device is given. According to the hardware design， the software process is designed， the steps of software implementation are divided into network sensitive data detection， network sensitive data classification and network sensitive data storage. In order to verify the working effect of the system， the proposed system is compared with traditional storage system by means of experiment. The results show that the storage system based on laser scanning technology can realize the intelligent storage of network sensitive data， intercept the external signal effectively， and provide the strong guarantee for storage security.

Keywords： laser scanning; network sensitive data; intelligent storage; storage system; storage security; network information

0 ?引 ?言

網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)用戶隱私有著重要意義，如何研究有效技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)一直是科學(xué)界重點(diǎn)研究的課題之一。

近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境日益開(kāi)放，安全問(wèn)題頻頻出現(xiàn)，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)在存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)設(shè)定安全區(qū)域，通過(guò)身份驗(yàn)證方式確定用戶是否可信任，同時(shí)設(shè)置協(xié)商機(jī)制，該方式雖然能夠?yàn)樾畔⒋鎯?chǔ)提供開(kāi)放的環(huán)境，但并不能完全解決安全問(wèn)題。

基于傳統(tǒng)方式存在的不足，本文設(shè)計(jì)一種新的網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)智能存儲(chǔ)系統(tǒng)，引用數(shù)據(jù)庫(kù)加密機(jī)制和PCG加密算法，保證敏感數(shù)據(jù)在共享的同時(shí)不會(huì)對(duì)外泄露，解決安全問(wèn)題[1]。

1 ?網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)智能存儲(chǔ)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

考慮到網(wǎng)絡(luò)核心敏感數(shù)據(jù)總量規(guī)模巨大，所對(duì)應(yīng)的服務(wù)器規(guī)格也要變大，功能也需要升級(jí)。當(dāng)前的FLASH System V系列在存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃退現(xiàn)象，因此本文選用最新的FS系列，能夠有效避免閃退現(xiàn)象，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部會(huì)構(gòu)建閃存陣列，使系統(tǒng)能夠通過(guò)虛擬化的方式進(jìn)行整合[2]。

在存儲(chǔ)系統(tǒng)硬件后端設(shè)置遠(yuǎn)程操作平臺(tái)，能夠全方位定義存儲(chǔ)內(nèi)容的特征，提高閃存性能。系統(tǒng)硬件的中心配置為BB FS V9000，內(nèi)部設(shè)有1.35 TB的FLASH Module，同時(shí)加入2D?RAID的配置提高BB的內(nèi)存容量，最高可用容量能夠達(dá)到60 TB。

V9000數(shù)據(jù)庫(kù)是近年來(lái)新提出的數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠滿足存儲(chǔ)系統(tǒng)在未來(lái)3～5年內(nèi)提出來(lái)的容量需求。V9000自身帶有SVC功能，可以將所有的用戶遷移到數(shù)據(jù)內(nèi)部，完成定向存儲(chǔ)，系統(tǒng)在存儲(chǔ)時(shí)業(yè)務(wù)會(huì)全部透明，運(yùn)行不會(huì)受到存儲(chǔ)系統(tǒng)的影響[3]。

網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)智能存儲(chǔ)系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ?存儲(chǔ)系統(tǒng)硬件總體架構(gòu)

由圖1可知，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件由過(guò)載開(kāi)關(guān)、信息查詢、中心邏輯控制單元、電源管理、信息管理、FLASH存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)、讀取接口等部分組成[4]。

本文對(duì)數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)檢測(cè)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)。

1.1 ?數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集器在FPGA中心進(jìn)行工作，利用控制單元的時(shí)序控制采集模擬信號(hào)，并進(jìn)行存儲(chǔ)和編輯。

當(dāng)數(shù)據(jù)采集器接收到“啟動(dòng)”命令之后，電源系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)向采集器傳播電量，使系統(tǒng)能夠始終維持在5 V以上的電壓進(jìn)行工作。采集器內(nèi)部配有信號(hào)調(diào)理模塊，將接收到的電壓降低到0～3.3 V，防止采集裝置出現(xiàn)輸入阻抗。在采集網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)過(guò)程中，外來(lái)信號(hào)會(huì)不斷入侵，因此系統(tǒng)設(shè)置了12個(gè)轉(zhuǎn)換通道，24位A/D 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，以中心控制模塊控制內(nèi)部操作邏輯。采集器最高能夠采集到128 MB容量網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)，并將它們同時(shí)存到存儲(chǔ)器中[5]。

數(shù)據(jù)采集器如圖2所示。

本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集器具有極高的智能性，在中心電源被切斷后，采集器也可以維持正常工作，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄露和保存不及時(shí)的現(xiàn)象。中心控制數(shù)據(jù)的采集器容量超過(guò)8位。存儲(chǔ)器自身?yè)碛斜Ｗo(hù)數(shù)據(jù)的功能，所以采集器內(nèi)部沒(méi)有設(shè)置掉電保護(hù)數(shù)據(jù)，這種設(shè)計(jì)方法使其采集到的數(shù)據(jù)容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足所要求的存儲(chǔ)容量[6]。

圖2 ?數(shù)據(jù)采集器

采集器自身對(duì)電源有很高的要求，設(shè)計(jì)原則始終遵循低功耗原則。電源芯片為MAX888控制芯片，能夠?qū)⑤斎腚妷航档?0%功耗，以邏輯控制中心分析系統(tǒng)的耗電量，確保系統(tǒng)供電正常。

1.2 ?數(shù)據(jù)檢測(cè)器設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)檢測(cè)器引用激光掃描技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)ERA954轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分壓、濾波和跟隨。ERA954芯片由美國(guó)彩信公司設(shè)計(jì)，擁有6個(gè)通道，精度高達(dá)12位，檢測(cè)率為856 KS/s，性能極好，能夠自行完成讀、記和擦除工作，且該芯片非常小。檢測(cè)器內(nèi)部和外部同時(shí)設(shè)有檢測(cè)裝置，為微型檢測(cè)提供了便利，智能存儲(chǔ)系統(tǒng)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 ?數(shù)據(jù)檢測(cè)器

圖3的數(shù)據(jù)檢測(cè)器在進(jìn)行每一次讀、寫(xiě)操作時(shí)都會(huì)設(shè)置8位數(shù)據(jù)，檢測(cè)方式為r/b方式，防止外部信號(hào)影響檢測(cè)結(jié)果。被檢測(cè)的每一位數(shù)據(jù)都要進(jìn)行編程，檢測(cè)時(shí)間為300～700 μs，一旦數(shù)據(jù)進(jìn)入r/b狀態(tài)，檢測(cè)器就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入下一次檢測(cè)[7]。信號(hào)在每一次改變之后采集結(jié)果和存儲(chǔ)結(jié)果會(huì)自動(dòng)匹配。數(shù)據(jù)檢測(cè)器擁有雙口RAM，緩存數(shù)據(jù)僅需等待2～3 ms即可完成工作，每進(jìn)行一次檢測(cè)，檢測(cè)臺(tái)就會(huì)將檢測(cè)結(jié)果傳給USB上位機(jī)。數(shù)據(jù)檢測(cè)器電路圖如圖4所示。

1.3 ?數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選用WFS云存儲(chǔ)端記錄，同時(shí)設(shè)有Web服務(wù)配置界面，能夠管理網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)，完成系統(tǒng)的存儲(chǔ)和應(yīng)用。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)、搜索、共享各類文件時(shí)，用戶可以使用虛擬空間作為安全空間，在虛擬空間中設(shè)定各個(gè)參數(shù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部設(shè)有多個(gè)分布式文件，每個(gè)分布式文件都可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，使用者在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)參數(shù)后不需要再花費(fèi)時(shí)間記錄其是如何實(shí)現(xiàn)的[8]。

圖4 ?數(shù)據(jù)檢測(cè)器電路圖

圖5 ?數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的所有資源都是通過(guò)云存儲(chǔ)的方式描述，網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)分離存儲(chǔ)，外界用戶在對(duì)資源進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，必須加入第三方存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。云存儲(chǔ)系統(tǒng)中的文件名要對(duì)網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)類型、大小和存儲(chǔ)日期進(jìn)行詳細(xì)地記錄，通過(guò)D/A算法驗(yàn)證存儲(chǔ)效果，同時(shí)記錄存儲(chǔ)器的Hash值。存儲(chǔ)器需要分次存儲(chǔ)，所有的文件夾都會(huì)備份在URI中，以便隨時(shí)隨地地向外界提供服務(wù)[9]。

本文設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器能夠獨(dú)立完成網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)的復(fù)制、剪切和刪除等工作，操作不需要將所有數(shù)據(jù)提煉出來(lái)，只需要更新數(shù)據(jù)記錄即可，提高了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的運(yùn)行效率。在記錄數(shù)據(jù)Hash值時(shí)，副本和上傳數(shù)據(jù)保持一致，系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擁有多個(gè)云存儲(chǔ)接口，能夠通過(guò)Http和Https兩種形式進(jìn)行訪問(wèn)，同時(shí)還設(shè)有API訪問(wèn)接口，控制外來(lái)數(shù)據(jù)入侵，有效保證數(shù)據(jù)的安全性。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器運(yùn)行電路圖如圖6所示。

觀察圖6可知，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一共擁有12個(gè)電源電阻，有效控制了系統(tǒng)的運(yùn)行。在存儲(chǔ)器啟動(dòng)工作時(shí)，電路的每一部分都會(huì)自動(dòng)進(jìn)行工作，提高存儲(chǔ)效率，確保存儲(chǔ)過(guò)程不會(huì)被外來(lái)信號(hào)入侵。

圖6 ?數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路圖

2 ?網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)智能存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)智能存儲(chǔ)系統(tǒng)硬件部分，設(shè)計(jì)軟件工作流程如圖7所示。

圖7 ?系統(tǒng)軟件流程

由圖7可知，網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)存儲(chǔ)共分為網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)檢測(cè)、網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)分類和網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)存儲(chǔ)三步[10]。在軟件系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，過(guò)載開(kāi)關(guān)啟動(dòng)電源會(huì)控制芯片的存儲(chǔ)狀態(tài)。復(fù)位模塊包括上電自動(dòng)復(fù)位和軟復(fù)位兩部分。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)檢測(cè)計(jì)算公式為：

根據(jù)上述公式完成網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)的提取和分類，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

首先，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化處理，將所有的網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)編寫(xiě)碼初始化為“0”，啟動(dòng)控制單元，使系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)化存儲(chǔ)。

然后，分析存儲(chǔ)的觸發(fā)信號(hào)是否為“1”，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換模塊讀寫(xiě)雙口RAM數(shù)據(jù)。在存儲(chǔ)時(shí)，每個(gè)FLASH存儲(chǔ)器都要對(duì)網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，分析判斷讀取的數(shù)據(jù)是否為“FF”。如果讀取出來(lái)的結(jié)果是“FF”，則代表系統(tǒng)運(yùn)行正常;如果讀取出來(lái)的結(jié)果不是“FF”，則代表系統(tǒng)存在外來(lái)入侵?jǐn)?shù)據(jù)，系統(tǒng)要停止運(yùn)行狀態(tài)。

最后，通過(guò)中心模塊不斷推動(dòng)RAM地址存儲(chǔ)，確保信息存儲(chǔ)的安全性。

3 ?實(shí)驗(yàn)研究

采用Windows作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，選取本文研究的基于激光掃描技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)智能存儲(chǔ)系統(tǒng)和傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證存儲(chǔ)過(guò)程的安全性。

3.1 ?實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置

設(shè)定實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

表1 ?實(shí)驗(yàn)參數(shù)

3.2 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

選取傳統(tǒng)系統(tǒng)與本文研究的存儲(chǔ)系統(tǒng)共同對(duì)網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，記錄外來(lái)入侵?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性。具體對(duì)比情況如下所示。

3.2.1 ?外來(lái)入侵?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)量對(duì)比結(jié)果

存儲(chǔ)方式分為橫向存儲(chǔ)和縱向存儲(chǔ)兩種方式，在相同的存儲(chǔ)時(shí)間下，由圖8和圖9可以清晰地發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)系統(tǒng)在每一段存儲(chǔ)時(shí)間內(nèi)都會(huì)有大量干擾信號(hào)入侵，存儲(chǔ)系統(tǒng)不能找到有效的解決方案阻攔干擾信號(hào)，存儲(chǔ)系統(tǒng)的安全性極低;而本文研究的存儲(chǔ)系統(tǒng)的外來(lái)干擾信號(hào)僅為傳統(tǒng)系統(tǒng)的[110]，系統(tǒng)自身設(shè)有有效的信號(hào)屏蔽機(jī)制，可以快速準(zhǔn)確地剔除掉干擾信號(hào)，提高存儲(chǔ)過(guò)程的安全性。

圖8 ?傳統(tǒng)系統(tǒng)外來(lái)入侵?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)量

圖9 ?本文系統(tǒng)外來(lái)入侵?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)量

3.2.2 ?數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性對(duì)比結(jié)果

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性具體結(jié)果如圖10所示。

圖10 ?數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全性對(duì)比結(jié)果

由圖10可以看出，在相同的存儲(chǔ)時(shí)間下，本文設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)系統(tǒng)安全性能始終高于傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)，傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)的存儲(chǔ)安全性一直維持在50%以下，到了后期，存儲(chǔ)安全性普遍低于10%，而基于激光掃描的存儲(chǔ)系統(tǒng)安全性能很高。隨著時(shí)間的增加，安全性不但沒(méi)有下降，反而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

4 ?結(jié) ?語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)關(guān)系到使用者的隱私，因此必須要設(shè)定安全有效的智能存儲(chǔ)系統(tǒng)，確保用戶在存儲(chǔ)自己的敏感數(shù)據(jù)時(shí)系統(tǒng)不會(huì)被外來(lái)病毒入侵。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)空間過(guò)于開(kāi)放，使用者的隱私很難得到切實(shí)的保障。本文引用激光掃描技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)匹配、分類和存儲(chǔ)進(jìn)行嚴(yán)格的控制和把關(guān)，同時(shí)設(shè)有監(jiān)管系統(tǒng)防止外來(lái)數(shù)據(jù)入侵，泄露用戶個(gè)人信息。該系統(tǒng)安全性高、成本低，但缺少一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在未來(lái)的使用中可能會(huì)出現(xiàn)一些未知性問(wèn)題，有待進(jìn)一步研究和討論。

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