航天電子文件長久存儲(chǔ)方式初探

文/北京宇航系統(tǒng)工程研究所 包曉琳

航天電子文件相比普通的電子文件存儲(chǔ)，存在以下特點(diǎn)：數(shù)量多、容量大、保密性高、使用年限長。因此航天電子文件所選擇的存儲(chǔ)方式必須滿足上述要求方可推行。下面是六種存儲(chǔ)方式的分析與比較：

一、以云存儲(chǔ)（Cloud storage）為代表的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)

云存儲(chǔ)是在云計(jì)算（Cloud computing）的概念上延伸和衍生發(fā)展出來的概念。通過集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，利用網(wǎng)格中不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問功能，存在形式包括公共云和私有云。由于考慮到航天電子文件的保密性，如果采用云存儲(chǔ)必須使用航天私有云。

（一）云存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)。1.節(jié)約成本。云存儲(chǔ)消除了購買硬盤等成本，減少了人工成本。對(duì)于航天這樣的大型企業(yè)而言，可以設(shè)計(jì)開發(fā)私有云。雖然前期投入較大，但從長遠(yuǎn)來看節(jié)約成本。在電力和互聯(lián)網(wǎng)有保證的情況下，通過云存儲(chǔ)航天電子文件，能夠長久保存，其數(shù)據(jù)可靠性可達(dá)到99.99%以上，因此開發(fā)私有云對(duì)于航天企業(yè)而言，是目前較為可行的一種存儲(chǔ)方式。2.能夠提供數(shù)據(jù)冗余和復(fù)制功能。云存儲(chǔ)提供了用于數(shù)據(jù)冗余和復(fù)制的內(nèi)置功能。大多數(shù)云存儲(chǔ)供應(yīng)商有多個(gè)數(shù)據(jù)副本，為用戶提供更可靠的數(shù)據(jù)保障，不必?fù)?dān)心云存儲(chǔ)時(shí)數(shù)據(jù)丟失。最重要的是，用戶還可以充分利用地理復(fù)制選項(xiàng)，這有助于跨區(qū)域制作多個(gè)數(shù)據(jù)副本。復(fù)制服務(wù)也可用于在數(shù)據(jù)中心之間進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移，這些都為跨地域讀取和使用數(shù)據(jù)提供了可能。此優(yōu)點(diǎn)對(duì)于遍布全國各地的航天企業(yè)而言，提供了理論上共享數(shù)據(jù)的可能性。但是由于多復(fù)制一份就增加了一份數(shù)據(jù)丟失和被盜取的風(fēng)險(xiǎn)，因此在開發(fā)私有云的初期，必須考慮到權(quán)限管理和加密保護(hù)問題。3.具有可擴(kuò)展性、可伸縮性。云供應(yīng)商可以輕松地根據(jù)客戶的業(yè)務(wù)增長或減少調(diào)整存儲(chǔ)容量?？蛻糁灰黾踊驕p少云存儲(chǔ)費(fèi)用即可。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于私有云來講更具靈活性，使用者可以根據(jù)自身實(shí)際需要擴(kuò)大或減小云空間。4.存儲(chǔ)速度快。速度也是云存儲(chǔ)的絕對(duì)優(yōu)勢之一。企業(yè)可以使用1Gbit的可用管道，同時(shí)使用15臺(tái)服務(wù)器來備份大約75TB的數(shù)據(jù)。這對(duì)于需要大量數(shù)據(jù)支持的航天電子文件管理領(lǐng)域來說，是很明顯的優(yōu)勢。5.登錄方便。云存儲(chǔ)的最終用戶無論在哪里工作，都能訪問和共享任何設(shè)備上的數(shù)據(jù)。這種連接可以提高協(xié)作程度、工作效率和業(yè)務(wù)敏捷性。對(duì)于航天領(lǐng)域而言，操作者雖然不能在任意可聯(lián)網(wǎng)的地方登錄，但是可以使用內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)登錄，從而滿足異地工作和就地調(diào)取和使用數(shù)據(jù)的需求。

（二）云存儲(chǔ)的缺點(diǎn)。1.遷移困難。選擇特定的云供應(yīng)商進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后，將數(shù)據(jù)遷移到其他供應(yīng)商會(huì)遇到困難。這種情況的術(shù)語是“供應(yīng)商鎖定”，其存在的困難對(duì)于大型企業(yè)尤為明顯。因此，開發(fā)航天私有云初期必須選擇有軍工資質(zhì)的供應(yīng)商，簽訂保密協(xié)議，或是完全自主開發(fā)私有云才能夠保證航天電子文件的絕對(duì)安全。2.安全風(fēng)險(xiǎn)。云上的隱私和安全性沒有保障，有將機(jī)密信息的控制權(quán)轉(zhuǎn)讓給第三方或是黑客入侵的風(fēng)險(xiǎn)。尤其是對(duì)航天這樣密級(jí)較高的單位而言，存在的風(fēng)險(xiǎn)更大。因此，用戶與供應(yīng)商之間必須建立絕對(duì)的信任關(guān)系。3.電力和互聯(lián)網(wǎng)限制。云供應(yīng)商使用數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，而數(shù)據(jù)中心不可避免地需要電力和互聯(lián)網(wǎng)的支持。由于自然災(zāi)害導(dǎo)致的電力故障或斷網(wǎng)會(huì)導(dǎo)致大面積停機(jī)。特別是在網(wǎng)速較慢的情況下，用戶的訪問也會(huì)受到影響，降低研發(fā)效率。對(duì)于電力和互聯(lián)網(wǎng)的依賴限制了云事業(yè)的發(fā)展。

除了云存儲(chǔ)外，應(yīng)用系統(tǒng)也是重要的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)工具。系統(tǒng)保存的優(yōu)點(diǎn)是可以全程監(jiān)控文件，實(shí)現(xiàn)文件的電子流轉(zhuǎn)，節(jié)省時(shí)間，效率高。缺點(diǎn)是由于系統(tǒng)對(duì)于細(xì)節(jié)開發(fā)不到位，會(huì)出現(xiàn)兼容性差、無法打開或打印、鏈接丟失等問題。關(guān)鍵的一點(diǎn)是電子文件管理系統(tǒng)對(duì)于電力和網(wǎng)絡(luò)有很強(qiáng)的依賴性，這兩個(gè)方面出現(xiàn)問題會(huì)導(dǎo)致航天電子文件無法讀取和使用，嚴(yán)重影響科研生產(chǎn)的效率和進(jìn)度。

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)范圍很廣，還可以囊括電子郵件存儲(chǔ)、NAS存儲(chǔ)、SAN架構(gòu)、光纖通道等，但這些方式都會(huì)隨著時(shí)間推移增加成本，缺乏安全性、可靠性，可用于臨時(shí)性存儲(chǔ)，對(duì)于航天企業(yè)不宜采用。

二、紙質(zhì)存儲(chǔ)

紙質(zhì)存儲(chǔ)是航天電子文件管理的常見方式，雖然有價(jià)格低廉的優(yōu)勢，但由于受紙張質(zhì)量和墨跡成分的限制，導(dǎo)致保存的時(shí)限大大降低，影響清晰度和閱讀效果。除了字跡和油墨的因素之外，紙張還會(huì)受到光照、溫度、濕度、有害氣體、灰塵、破損等因素的影響，無法長久保存。即使放在達(dá)標(biāo)的航天檔案庫房內(nèi)，以藍(lán)圖形式保存，其使用壽命也是有限的，隨著時(shí)間的推移，其清晰度和辨識(shí)度都會(huì)大打折扣，最為關(guān)鍵的是紙質(zhì)檔案無法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上借閱，受到時(shí)間和空間雙重限制，這些都在很大程度上限制了紙質(zhì)存儲(chǔ)的實(shí)際應(yīng)用。

三、移動(dòng)介質(zhì)存儲(chǔ)

移動(dòng)介質(zhì)目前常用的包括移動(dòng)硬盤、光盤、U盤，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。

（一）移動(dòng)硬盤。移動(dòng)硬盤中安裝的都是機(jī)械硬盤，機(jī)械硬盤容量大，速度快，但是其自身結(jié)構(gòu)的限制導(dǎo)致其不耐碰撞和沖擊，很容易因此而發(fā)生損壞。移動(dòng)硬盤的使用壽命是5～ 10年，價(jià)格較高。一個(gè)5TB的移動(dòng)硬盤的價(jià)格大概在800元左右。如果大量使用，成本是非常高的。

（二）光盤。光盤比較輕薄，攜帶方便，價(jià)格低廉，但是數(shù)據(jù)只能讀取，不可改寫，損壞后無法修復(fù)或標(biāo)識(shí)，只能廢棄，且存儲(chǔ)容量較小。普通光盤的理論壽命是15年左右，這主要是因?yàn)楣獗P的使用壽命取決于自身的物理化學(xué)特性、日常保養(yǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的更新。如果這三個(gè)方面不到位，就會(huì)減少光盤的使用壽命。因其具有的只讀性特點(diǎn)，目前航天電子文件很少使用光盤。

（三）U盤。U盤體積小，方便攜帶，價(jià)格低廉，是最為常用的存儲(chǔ)工具。U盤的使用壽命取決于里面的存儲(chǔ)單元擦寫次數(shù)，U盤至少可擦除1,000,000次，其數(shù)據(jù)可保存10年。U盤雖然容量小，速度較慢，但是其半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其非常適合移動(dòng)存儲(chǔ)，只要做到安全插拔，其使用上的穩(wěn)定性和安全性遠(yuǎn)高于移動(dòng)硬盤。

通過以上比較不難看出無論是移動(dòng)硬盤、光盤還是U盤，他們雖然方便攜帶和使用，但是使用壽命都不長，不利于大容量航天電子文件的長期存儲(chǔ)。

四、電腦和服務(wù)器存儲(chǔ)

電腦是航天工作者必備的辦公用具，可用于本地保存，其容量受電腦內(nèi)存所限，其壽命受電腦的使用壽命所限，一臺(tái)普通電腦的使用壽命僅為10年。通過電腦可以登錄電子文件管理系統(tǒng)，進(jìn)行文件的傳遞和使用。電子文件管理系統(tǒng)對(duì)于服務(wù)器的要求很高，海量電子文件存儲(chǔ)依賴服務(wù)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。電力保障不到位、服務(wù)器老化、網(wǎng)絡(luò)不暢這些因素都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，影響研發(fā)工作正常開展。無論是電腦還是服務(wù)器，均屬高耗品，且價(jià)格昂貴，成本的劣勢使很多企業(yè)望而卻步。

五、區(qū)塊鏈（Blockchain）存儲(chǔ)

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)信息技術(shù)領(lǐng)域的術(shù)語，是分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、共識(shí)機(jī)制、加密算法等計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用模式。從本質(zhì)上講，是一個(gè)共享數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)于其中的數(shù)據(jù)或信息，具有不可偽造、全程留痕、可以追溯、公開透明、集體維護(hù)等特征?；谶@些特征，區(qū)塊鏈技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的信任基礎(chǔ)，創(chuàng)造了可靠的合作機(jī)制，具有廣闊的運(yùn)用前景。如果未來區(qū)塊鏈的目標(biāo)是作為通用平臺(tái)，用于存儲(chǔ)多種類型的數(shù)據(jù)，則其日志格式與存儲(chǔ)必須回歸數(shù)據(jù)庫的通用性本源。當(dāng)前的賬本模式可以作為該體系中的一個(gè)特別模塊存在，用以進(jìn)行賬戶間結(jié)算，但是無法將其擴(kuò)展為通用業(yè)務(wù)平臺(tái)。基于此，同時(shí)又由于開發(fā)私有區(qū)塊鏈技術(shù)處于初級(jí)階段，因此航天電子文件存儲(chǔ)目前不具備使用區(qū)塊鏈技術(shù)的條件，但是其“信任特征”卻是未來航天企業(yè)電子文件管理所追求的目標(biāo)。

六、高分辨率膠片存儲(chǔ)

挪威有一家Piql科技公司，Piql的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)是高分辨率膠片，他們以電子設(shè)備可讀的開放源碼格式記錄用戶數(shù)據(jù)，用戶的膠片會(huì)被放入保險(xiǎn)庫密存。由于采用的是固定、離線的格式，沒有物理訪問設(shè)備，所以不存在黑客入侵的風(fēng)險(xiǎn)。這種特殊的膠片可在北極地區(qū)持續(xù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)長達(dá)1000年之久。這種方式不僅安全，存儲(chǔ)時(shí)間長，而且還可提供數(shù)據(jù)檢索服務(wù)。這對(duì)于非常寶貴的航天電子文件資料，對(duì)于航天安全存儲(chǔ)需求來說存在巨大的誘惑力。但因該公司隸屬挪威，由于國別和政治原因，把我國的機(jī)密航天電子文件交于他國保存，會(huì)使國家安全和國防、政治處于被動(dòng)。因此，雖然這項(xiàng)技術(shù)在保存年限上存在很大優(yōu)勢，它仍然是不可取的存儲(chǔ)方式。

七、結(jié)語

通過以上的分析與比較，我們不難發(fā)現(xiàn)，在眾多存儲(chǔ)方式中，云存儲(chǔ)有很大優(yōu)勢，是未來的發(fā)展方向，但是基于航天領(lǐng)域的特殊性和保密性，只有開發(fā)和使用私有云，采用以云計(jì)算為基礎(chǔ)的云存儲(chǔ)，才是未來航天電子文件長期存儲(chǔ)最可行和最具發(fā)展?jié)摿Φ拇鎯?chǔ)方式。

私有云不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)安全性和服務(wù)質(zhì)量的有效控制，還可以滿足航天領(lǐng)域?qū)Ω邚?fù)雜計(jì)算的要求，滿足協(xié)同研發(fā)的要求，尤其是三維制圖領(lǐng)域，可以建設(shè)持續(xù)集成、持續(xù)部署的產(chǎn)品發(fā)布流程。同時(shí)私有云可以提高大型企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)營效率，助力航天事業(yè)快速發(fā)展。