可驗證計算視角下可信云計算的研究

戚利娜

摘 要：云計算能否被廣泛應(yīng)用，最主要的一個決定因素就是其可信度。在實際應(yīng)用過程中，云計算上的所有數(shù)據(jù)都要完整，同時，在程序執(zhí)行過程中，要具有較高的精確性。這樣，就能夠有效拓寬云計算的應(yīng)用范圍。另外，云計算協(xié)議能夠判斷服務(wù)器內(nèi)所有的反饋結(jié)果，遠(yuǎn)程服務(wù)器并不需要重新操作有關(guān)程序。近幾年，可驗證計算受到了研究人員的高度關(guān)注，已經(jīng)成為可信云計算發(fā)展的主要趨勢。

關(guān)鍵詞：云計算；可驗證計算；云安全；論證系統(tǒng)

中圖分類號：TP309 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.034

云計算屬于一種新型網(wǎng)絡(luò)計算模型，在實際操作過程中，用戶能夠完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)儲存。這種計算模式為人們帶來了較大的便利，與此同時，用戶也十分關(guān)心云計算的安全性能，例如錯誤配置。這些問題的存在會嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的完整性，甚至可能會導(dǎo)致程序無法正常運行。

1 問題描述與協(xié)議設(shè)計原則

問題描述：操作者想要將有關(guān)程序和輸入變量全部都傳輸給驗證者，驗證者計算程序與輸入變量之后，將計算結(jié)果重新傳輸給操作者。這時，操作者與驗證者之間就需要進(jìn)行交互，即：①操作者與驗證者之間的數(shù)據(jù)完全相同，則表示操作者傳輸?shù)某绦蚺c輸入變量全部都正確。這樣，操作者就能夠驗證準(zhǔn)確的結(jié)果。在此過程中，回答操作者提出的問題，不僅能完成驗證工作，還能為驗證者提供一定的判斷依據(jù)。②如果操作者與驗證者之間的數(shù)據(jù)不完全相同，存在一定誤差，那么，操作者拒絕驗證者的可能性也就會比較高。

在設(shè)計可驗證計算協(xié)議的過程中，要遵守以下原則：①可驗證計算協(xié)議應(yīng)該保證驗證者所有的操作成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于操作者在本地操作的經(jīng)濟成本，而且驗證者所需要的經(jīng)濟成本要控制在合理范圍內(nèi)。這主要是因為，程序在運行過程總有一定的正確率，用戶就需要為此付出代價。在應(yīng)用云計算的過程中，軟件提供者為了保證程序能夠正常運行，就要向應(yīng)用者收取適當(dāng)?shù)馁M用。②如果驗證者不能完全遵守協(xié)議，在驗證過程中可能存在惡意攻擊的行為，這會與云計算構(gòu)建的不完全實際場景相一致。③一般情況下，應(yīng)用者應(yīng)用到的都是通用型程序。而在設(shè)計協(xié)議的過程中，應(yīng)用者有可能在一定前提條件下設(shè)定程序，通過程序類別的限制保證協(xié)議能夠與實際情況相吻合。但是，在設(shè)計可驗證計算協(xié)議的過程中，還是應(yīng)該最大程度保證程序具有良好的兼容性。

2 協(xié)議流程與關(guān)鍵

2.1 可驗證計算協(xié)議流程

可驗證計算協(xié)議流程內(nèi)主要包含編譯處理和證明系統(tǒng)兩部分內(nèi)容。在編譯處理環(huán)節(jié)，主要是應(yīng)用者和驗證者將程序轉(zhuǎn)變?yōu)殡娐芳?，或者是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌悇e計算模型。正常情況下，應(yīng)用者與驗證者交換協(xié)議不是一般性質(zhì)的。在程序?qū)嶋H運行的過程中，驗證者要想得到正確的軌跡途徑，就需要分析眾多類別軌跡途徑。對于電路計算過程，任何一個數(shù)值都具有一定的特殊意義。這就表明其具有一定的運行軌跡。

在整個驗證過程中，用到的編碼比較長，所以，在識別這些編碼的過程中，花費的時間也就比較長。如果驗證者無法及時了解程序運行軌跡，整個驗證過程就會出現(xiàn)漏洞。從時間的角度分析，應(yīng)用者無法在短時間內(nèi)將全部編碼都寫出來，而驗證者在驗證編碼的過程中，只驗證特色位置上的數(shù)值即可。要是將編碼全部編寫出來，不僅工作量十分大，其中大部分工作都屬于無用功。但是，驗證者在識別特殊位置的編碼時，不應(yīng)該直接包含結(jié)果，因為在協(xié)議內(nèi)，元素的隨機性具有非常重要的作用，能夠有效保證驗證者的精確性。驗證者要是在之前就能夠了解事情，那么，就無法保證他給出結(jié)果的精確性。

2.2 可驗證計算協(xié)議的理論依據(jù)

在分析、研究可驗證計算協(xié)議理論基礎(chǔ)和流程的過程中，最關(guān)鍵的一個問題就是了解理論內(nèi)所包含的等價關(guān)系?？沈炞C計算協(xié)議主要包括編譯處理和證明系統(tǒng)兩部分。在編譯處理環(huán)節(jié)，編譯器能夠?qū)⒄Z言程序轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。在這個階段遵循的理論基礎(chǔ)就是等價關(guān)系。在程序執(zhí)行環(huán)節(jié)，程序執(zhí)行的正確性與電路集的限制條件是等價的。

證明系統(tǒng)在實際運行過程中具有非常重要的作用。編譯器輸出的模型表示為特定的計算模型，應(yīng)用者實際上就是設(shè)計驗證者，驗證者也就是云計算設(shè)計企業(yè)，在完成協(xié)議交換之后，能有效保證用戶在應(yīng)用程序時的正確性。這個階段所有的理論依據(jù)為代數(shù)化方法。

3 計算模型生成原理流程

為了構(gòu)架可驗證計算協(xié)議，要先將C語言轉(zhuǎn)變成為能夠被判斷器識別的計算模型，即電路集和約束集。根據(jù)有關(guān)研究成果，語言程序與電路集和約束集之間的轉(zhuǎn)變具有一定的可行性。這是因為圖靈機能夠仿真性模擬任何程序，同時，它還能夠?qū)⒄Z言程序轉(zhuǎn)變?yōu)辄c路，整個轉(zhuǎn)變過程中并不會超過程序步驟。

現(xiàn)階段，可驗證計算協(xié)議編譯器主要是在2種編譯器的基礎(chǔ)上設(shè)計的，分別是Fairpiay編譯器和Benjamin編譯器，應(yīng)用最廣泛的計算模型也主要有2種，分別是電路集和約束集。不同類別編譯器在硬件設(shè)施上面還是存在一定差異的，例如，部分編譯器就并不具備寄存器，還有的編譯器沒有時序邏輯。因此，需要根據(jù)實際情況選擇編譯器的類別。

4 結(jié)束語

目前，可驗證計算協(xié)議的研發(fā)和設(shè)計基本上還停留在初始性階段。由于可驗證計算協(xié)議在性能上面的經(jīng)濟成本比較高，短時間內(nèi)無法直接應(yīng)用到云計算和應(yīng)用程序上，而筆者在研究過程中所提出的協(xié)議與實際場景十分吻合。因為研究中涉及到的理論能夠產(chǎn)生經(jīng)濟效益，這些協(xié)議對于可驗證計算協(xié)議而言已經(jīng)是一個新的研究階段。從特定結(jié)構(gòu)的角度看，對可驗證計算協(xié)議的分析和研究具有一定的現(xiàn)實意義。

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〔編輯：白潔〕