云計算安全之數(shù)據(jù)加密

姜唐

云計算、大數(shù)據(jù)等信息技術正在深刻改變著人們的思維、生產(chǎn)、生活和學習方式，并延深進入人們的日常生活。伴隨著社交媒體、電商、健康醫(yī)療、智能交通、電信運營、金融和智慧城市等各行業(yè)各領域的大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，大數(shù)據(jù)分析技術和應用研究使大數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出不可限量的經(jīng)濟社會價值和科學研究意義，引起了國內(nèi)外學術界和產(chǎn)業(yè)界的研究熱潮，對此各國政府也高度重視并不斷上升為國家戰(zhàn)略高度。但數(shù)據(jù)信息在很多環(huán)節(jié)暴露出的大數(shù)據(jù)安全問題日益突出，成為了制約大數(shù)據(jù)應用發(fā)展的瓶頸。

畢竟云計算技術的發(fā)展導致大數(shù)據(jù)在收集、存儲、共享和使用等過程面臨的安全威脅愈演愈烈，大數(shù)據(jù)泄露的企業(yè)個人隱私信息給用戶帶來了巨大的損失。

一、加密和密鑰管理

加密不是一項新技術，但在過去，加密的數(shù)據(jù)存儲在服務器上，而服務器擺放在公司內(nèi)部，公司直接控制著它們。由于如今許多流行的業(yè)務應用程序托管在云端，企業(yè)主管們要么需要依賴合同條文來保護資產(chǎn)，選擇一家讓客戶可以先加密數(shù)據(jù)，然后發(fā)送到云端以便存儲或處理的云服務提供商，要么與軟件即服務（SaaS）提供商合作，由對方管理其企業(yè)數(shù)據(jù)的加密和解密工作。

1.客戶端加密方式

其實在客戶端主要做的是數(shù)據(jù)的可見性，主要的安全問題還是放在服務端，畢竟所有的數(shù)據(jù)都是在服務端，服務端收到數(shù)據(jù)還會進行校驗，還要看是否是重放攻擊等；而客戶端要做的無非防止反編譯和傳輸數(shù)據(jù)加密。

一般的都會做傳輸數(shù)據(jù)加密，有的公司App不存在敏感信息，就只用post get方式。之前的加密是用的DES和RSA加密方式，先生成一個DESKey然后用RSA公鑰加密DESKey，然后用DESKey加密數(shù)據(jù)，最后將加密后的數(shù)據(jù)和加密后的DESKey一同傳輸?shù)胶笈_，后臺先用RSA私鑰解密DESKey，然后用解密后的DESKey解密數(shù)據(jù)。

這是整個加解密過程，但是因為后臺解密速度達不到要求（后臺解密壓力太大，因為RSA解密太耗時，客戶端可能沒什么感覺），所以進行了改進：先和服務端交換DESKey（先將加密后的DESKey傳輸?shù)胶笈_），返回交換成功后，再將用DESKey加密的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_。這樣做服務端可以用傳輸間隙進行解密，適當?shù)木徑夥斩藟毫Α?/p>

PS：AES和DES加密都是對稱加密，RSA是非對稱加密，區(qū)別和使用可以查看相關資料。

2.云服務端加密方式

內(nèi)容感知加密和保格式加密是云計算的常用加密方法：

內(nèi)容感知加密：在數(shù)據(jù)防泄露中使用，內(nèi)容感知軟件理解數(shù)據(jù)或格式，并基于策略設置加密，如果在使用E-mail將一個信用卡卡號發(fā)送給執(zhí)法部門時會自動加密，即保持格式加密：加密一個消息后產(chǎn)生的結果仍像一個輸入的消息，如一個16位信用卡卡號加密后仍是一個16位的數(shù)字，一個電話號碼加密后仍像一個電話號碼，一個英文單詞加密后仍像一個英語單詞。

云服務端加密服務是云上的加密解決方案。服務底層使用經(jīng)國家密碼管理局檢測認證的硬件密碼機，通過虛擬化技術，幫助用戶滿足數(shù)據(jù)安全方面的監(jiān)管合規(guī)要求，保護云上業(yè)務數(shù)據(jù)的隱私性要求。借助加密服務，用戶能夠?qū)γ荑€進行安全可靠的管理，也能使用多種加密算法來對數(shù)據(jù)進行可靠的加解密運算。

3.云密碼機服務

云服務器密碼機是硬件密碼機，采用虛擬化技術，在一臺密碼機中按需生成多臺虛擬密碼機（以下簡稱VSM），每臺VSM對外提供與普通服務器密碼機一致的密鑰管理和密碼運算服務（支持SM1/SM2/SM3/SM4算法）。同時，云服務器密碼機采用安全隔離技術，保障各VSM之間密鑰的安全隔離。

4.密鑰管理服務

現(xiàn)有的云服務提供商可以提供基礎加密密鑰方案來保護基于云的應用開發(fā)和服務，或者他們將這些保護措施都交由他們的用戶決定。當云服務提供商向支持健壯密鑰管理的方案發(fā)展時，需要做更多工作來克服采用的障礙。

5.數(shù)據(jù)加密（存儲&傳輸）

加密技術就是用來保護數(shù)據(jù)在存儲和傳輸（鏈路加密技術）過程中的安全性，對做存儲的技術人員來說，平常遇到的加密方案和技術主要是存儲后端支持加密，如加密盤或存儲加密。但加密技術從數(shù)據(jù)加密位置一般分為應用層加密（如備份軟件、數(shù)據(jù)庫）、網(wǎng)關層加密（如加密服務器、加密交換機等）、存儲系統(tǒng)加密和加密硬盤技術。

兼容性最好的當屬應用層加密技術（很多辦公軟件都是這種加密實現(xiàn)方式），因為這種加密方案在存儲、網(wǎng)絡層是無感知的。個人認為應用層加密技術意義和實用價值更大些，可以保證數(shù)據(jù)端到端的安全性，而不是只在存儲側或磁盤上數(shù)據(jù)是安全加密的。

二、數(shù)據(jù)備份和恢復

1.數(shù)據(jù)備份

百度上說：數(shù)據(jù)備份是容災的基礎，是指為防止系統(tǒng)出現(xiàn)操作失誤或系統(tǒng)故障導致數(shù)據(jù)丟失，而將全部或部分數(shù)據(jù)集合從應用主機的硬盤或陣列復制到其它的存儲介質(zhì)的過程。

隨著技術的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)的海量增加，不少的企業(yè)開始采用網(wǎng)絡備份。網(wǎng)絡備份一般通過專業(yè)的數(shù)據(jù)存儲管理軟件結合相應的硬件和存儲設備來實現(xiàn)。企業(yè)還可以通過高速光纖通道線路和磁盤控制技術將鏡像磁盤延伸到遠離生產(chǎn)機的地方，鏡像磁盤數(shù)據(jù)與主磁盤數(shù)據(jù)完全一致，更新方式為同步或異步。

2.數(shù)據(jù)恢復演練

當存儲介質(zhì)出現(xiàn)損傷或由于人員誤操作、操作系統(tǒng)本身故障所造成的數(shù)據(jù)看不見、無法讀取、丟失。工程師通過特殊的手段讀取卻在正常狀態(tài)下不可見、不可讀或無法讀的數(shù)據(jù)。

硬件故障占所有數(shù)據(jù)意外故障一半以上，常有雷擊、高壓和高溫等造成的電路故障；高溫、振動碰撞等造成的機械故障，高溫、振動碰撞、存儲介質(zhì)老化造成的物理壞磁道扇區(qū)故障，當然還有意外丟失損壞的固件BIOS信息等。硬件故障的數(shù)據(jù)恢復當然是先診斷，對癥下藥，先修復相應的硬件故障，然后修復其他軟故障，最終將數(shù)據(jù)成功恢復。

數(shù)據(jù)恢復是一個技術含量比較高的行業(yè)，數(shù)據(jù)恢復技術人員需要具備匯編語言和軟件應用的技能，還需要電子維修和機械維修以及硬盤技術。

3.備份加密

（1）數(shù)據(jù)容災

數(shù)據(jù)容災是指建立一個異地的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為了保護數(shù)據(jù)安全和提高數(shù)據(jù)的持續(xù)可用性，企業(yè)要從RAID保護、冗余結構、數(shù)據(jù)備份和故障預警等多方面考慮，將數(shù)據(jù)庫的必要文件復制到存儲設備的過程，備份是系統(tǒng)中需要考慮的最重要的事項，他們在系統(tǒng)的整個規(guī)劃。

（2）數(shù)據(jù)脫敏

數(shù)據(jù)脫敏是指對某些敏感信息通過脫敏規(guī)則進行數(shù)據(jù)的變形，實現(xiàn)敏感隱私數(shù)據(jù)的可靠保護。在涉及客戶安全數(shù)據(jù)或者一些商業(yè)性敏感數(shù)據(jù)的情況下，在不違反系統(tǒng)規(guī)則條件下，對真實數(shù)據(jù)進行改造并提供測試使用，如身份證號、手機號、卡號和客戶號等個人信息都需要進行數(shù)據(jù)脫敏。

（3）數(shù)據(jù)刪除

百度說，如果表格中存在錯誤或重復的數(shù)據(jù)，比較簡單、快捷的方法就是選定該數(shù)據(jù)，然后將其刪除。進行數(shù)據(jù)刪除時分為兩種：常用數(shù)據(jù)刪除的方法和偽列數(shù)據(jù)刪除的方法。

加密以確保數(shù)據(jù)隱私，使用認可的算法和較長的隨機密鑰，先進行加密，然后從企業(yè)傳輸?shù)皆铺峁┥蹋粺o論在傳輸中、靜態(tài)還是使用中，都應該保持加密，云提供商及其工作人員根本無法獲得解密密鑰。

雖然加密被隱私專家們一致認為是安全的基本技術，但云端加密困難重重。如何構建圍繞云端大數(shù)據(jù)全生命周期的可管、可控和可信的數(shù)據(jù)安全體系，將大數(shù)據(jù)安全和云數(shù)據(jù)應用深度融合，制定頂層規(guī)劃，保障云安全產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，成為了大數(shù)據(jù)應用和安全研究領域中的主要科學問題。