專利名稱：一種基于三維空間結構的數據拆分置亂和恢復方法
技術領域：
本發明涉及的是一種安全的用于分布式存儲系統的數據分塊和恢復算法，能夠在分布式存儲系統進行數據切分的過程當中置亂數據，保證用戶數據的機密性。
背景技術：
隨著我國信息化程度越來越高，企事業單位對于信息數據和信息化系統依賴程度的不斷增加，目前很多信息化系統都是分布式系統，結合當前的云計算，這對于分布式系統的安全提出了嚴峻的挑戰，一方面，信息需要進行加密，另一方面，通過對信息的分塊存儲， 能夠加快對于大文件的讀寫速度。在信息化系統中，越來越多的災難和威脅所造成的信息系統破壞和業務中斷都可能產生嚴重后果。分布式存儲系統是對抗數據災難的一種方式，大文件在存儲的時候為了安全，以及存儲簡便的考慮，往往都需要進過分塊，并對分塊數據進行加密，然后將數據分發到不同的存儲節點當中。而傳統的分塊方法只是單純的將文件安裝比特流進行分塊，然后存儲于信息系統中。對每一個分塊再進行逐個加密，需要一定的時間才能完成加密(解密)的計算，因此，在分布式存儲系統切塊存儲數據的同時，將數據分塊與數據置亂加密兩種方法有效的結合是一種新的方法。本方法將分塊和置亂有效的結合起來，采用獨立的一套安全機制，就能夠達到預想的目標。

發明內容
一種基于三維空間結構的數據拆分置亂方法，其特征在于將L字節大小的文件按照η個字節進行切塊，形成行數據，并按照切塊依次取m個行數據構造拆分面mXn，形成
了
權利要求
1.一種基于三維空間結構的數據拆分置亂方法，其特征在于將L字節大小的文件按照η個字節進行切塊，形成行數據，并按照切塊依次取m個行數據構造拆分面mXn，形成了個拆分面；使用給定的騎士巡游遍歷路徑的順序對每個拆分面中字節數據的順序mxn進行置亂；使用置亂后的k個拆分面構造三維立方體mXnXk;在三維立方體mXnXk中進行分塊數據提取，將k個拆分面上屬于(i，j)坐標的字節進行提取，構成mXn個分塊數據； 將分塊數據存儲到分布式系統的不同存儲節點。通過這種方法，將數據置亂和拆分統一在數據分塊的過程中，所有的分塊數據存儲在分布式環境中的不同存儲節點，能夠保證存儲系統中數據的機密性，并且在mXn的矩陣中有多條騎士巡游路徑，任何攻擊者即使獲取到全部的數據塊也無法破解數據信息，只有授權用戶使用拆分參數(拆分面大小，騎士巡游路徑)才能夠正常恢復原始數據。設算法需要處理的文件大小為L字節，用戶選取的拆分面為mXn(m和η都不能小于 5)，拆分面中的每個坐標點(i，j)對應一個字節數據，記為彡i彡m，l彡j彡n)，拆分使用的騎士巡游路徑為P= ((X1^y1), (x2，y2)，…，Umxn，ymXn)}，則所有數據置亂分布在mXnXk的三維立方體中，其中Λ = ，對三維立方體中每個坐標點存放的數據用三維mxn坐標(X，y，ζ)進行表示，其中1彡X彡m，1彡y彡η，1彡Z彡k，從三維立方體中提取的 mXn個分塊數據可以表示為Bij = [(i，j，l)，(i，j，2)，…，(i，j，k)]，其中1彡i彡m， j < η。拆分面構造方法為將初始數據按照η個字節進行切塊，形成行數據，并按照切塊依次取m個行數據構造拆分面mX n，這樣整個初始數據就構成了A個拆分面(若L不能mxn整除mXn，則最后一個拆分面使用“\0”字節補齊)。拆分面中數據置亂方法為將拆分面中的數據照行列順序ail，a12，…，An^21A22,…， 依次放入騎士巡游路徑遍歷的坐標位置(例如使用8X8拆分面進行數據拆分，

圖1 (a) 中的騎士巡游路徑為(1,1), (2,3), (1,6),…，(5,1), (3，2)，an置亂到(l，l)，a12置亂到(2,3),......,a88置亂到(3,2)),使得所有拆分面上的數據位置發生了改變。三維立方體構造方法為將所有的拆分面按照k的順序，在三維空間中進行合并，形成三維立方體mXnXk。分塊數據提取規則在三維立方體mXnXk中，對應每個拆分面上的坐標點信息(i，j) 進行分塊數據提取，最終生成mXn個分塊數據，記為Bij= {(i，j，l)，(i，j，2)，…，(i，j， k)}，其中1 < i <m，l < j Sn，每個分塊數據包含所有拆分面中坐標(i，j)對應的字節數據。
2.根據權力要求1所述的基于信息加密和信息隱藏的方法，其具體方法步驟為(1)初始化算法，輸入拆分面大小mXn，選擇置亂使用的騎士巡游路徑P={(Xl，Yl), (X2，Y2)，…，Umxn，Yfflxn)}，需要分塊的文件的路徑F，按照字節順序讀取需要拆分的文件F， 文件大小為L個字節；(2)如果m或η小于5，則提示用戶重新輸入拆分面大小，若重新輸入的拆分面m或η 大于等于5，則執行步驟(3)，否則，執行步驟O)；(3)將初始數據分割為
3.這種文件拆分置亂方法的數據恢復方法的特征在于假設文件已經通過上述的拆分置亂方法進行了分塊處理，用戶已知拆分面的大小mXn以及騎士巡游路徑，并獲取所有拆分塊，則可以進行數據恢復，恢復后的數據存放在文件F中。恢復規則為通過讀取系統中存儲的分塊數據Bij= {(i，j，l)，(i，j，2)，…，(土，九！^，其中^士彡!!!，^」^!!， 將所有分塊數據中的字節數據按照對應的坐標信息U，1，ζ)重構三維立方體mXnXk，并從其中恢復原始的k個拆分面，通過得到的騎士巡游路徑遍歷一遍拆分面上的數據，即為正確的字節數據序列，最后按照拆分面的順序由j = 0到j = k依次輸出正確字節數據序列，恢復原始文件。根據權力3要求的恢復方法，其具體方法步驟為(1)初始化恢復程序，設置恢復文件存放目錄13 ,設置拆分置亂文件使用的拆分面大小mXn，拆分時使用的騎士巡游路徑P= {(xi; Y1), (x2, y2),…，(xfflXn, yfflXn)}；(2)在輸出路徑中生成空白的文件F;(3)從存儲系統中讀取該文件的分塊數據塊Bij={(i，j，l)，(i，j，2)，…，(i，j，k)}， 其中 i <m，l< j Sn ；(4)依次讀取拆分塊中的字節數據，并根據相應的坐標信息填充至三維立方體 mXnXk中，形成k個拆分面；(5)初始化計算的拆分面個數i= 1 ；(6)從三維立方體中讀取第i個拆分面；(7)按照騎士巡游路徑P={(xi; Y1), (x2，y2)，…，Umxn，ymXn)}的順序依次讀取拆分面mXn上的數據，形成正確的字節序列；(8)將字節序列添加至文件F的末尾；(9)i增加1，若i< k，則執行步驟(6)，否則執行步驟(10)；(10)終止恢復程序，成功恢復原始文件至目錄Ρ 中。
全文摘要
本發明提供一種基于三維空間結構的數據拆分置亂和恢復方法。這種方法的關鍵在于將數據信息拆分成數據塊，隱藏在三維空間結構中，從而提高了存儲數據的機密性。該方法根據數據拆分塊大小和拆分塊數目將數據分布到三維空間中，同時使用騎士巡游路徑在三維空間的每個面上對字節數據置亂，使得數據置亂和拆分過程統一在數據分塊過程中，提高了存儲系統抵抗信息竊取者攻擊的能力，有效地阻止非法用戶訪問或竊取存儲數據信息，提高了分布式存儲系統中數據的機密性。
文檔編號G06F12/06GK102193877SQ20111009441
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者姚文斌, 盛宇偉, 陳釗 申請人:北京郵電大學