一种磁盘全局数据加密系统及方法

一种磁盘全局数据加密系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及针对磁盘上全部数据的统一加解密实现方案，具体涉及一种磁盘全局数据加密方法及系统。
【背景技术】
[0002]随着互联网技术的快速发展、网络应用的不断丰富，网络中产生的数据呈爆炸式增长，并且数据的种类多种多样，给数据的管理、分析带来了巨大的挑战。因此针对海量数据的研究逐渐成熟，并提出了大数据的概念。大数据具有4个显著特征，即数据量巨大、数据结构丰富、增长速度快和价值密度低，因此需要使用具有针对性的解决方案来处理大数据。目前较为成熟并且广为应用的方案为Hadoop分布式系统框架，该架构包含三个主要的部分:HDFS (Hadoop分布式文件系统)、MapReduce和HBase (面向列的实时分布式数据库)，其中HDFS负责完成大数据的高速存储和访问，MapReduce负责对大数据进行并行化处理，HBase基于HDFS管理非结构化的大数据。由此可见,在基于Hadoop的大数据解决方案中，海量数据的高速存储和访问是解决大数据问题的前提和关键。
[0003]但是，海量数据存储中数据安全问题性一直有待提高。Hadoop增加了节点访问权限的控制机制来提高安全性；商用Hadoop系统针对安全问题引入SSL等机制提供安全交互信道；Hadoop领域的先驱公司Cloudera发布了企业级Hadoop系统,面向政府部门的网络安全和欺诈检测应用提供安全保证；OpenStack Swift体系框架提供数据安全存储加密插件以提高系统的安全性。并且工信部也针对网络用户的信息安全提出明确的保护标准，未来的互联网及其数据分析应用都将围绕数据安全开展，因此安全机制将成为大数据处理中亟待解决的问题，也将是未来网络健康发展的必要条件。
[0004]由此可见，安全机制是海量数据存储的基础问题，是影响Hadoop等海量数据处理应用的关键因素，已经逐渐成为大数据解决方案中首要考虑的重点和难点。

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于，为了克服上述问题，本发明提出了一种磁盘全局数据加密方法及系统，实现对磁盘上所有数据的加解密处理。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供一种磁盘全局数据加密系统，所述系统包含:加密算法配置模块、初始化模块和数据加密和解密模块；
[0007]所述加密算法配置模块，用于为磁盘设定全局数据加密算法；
[0008]所述初始化模块，用于依据设定的全局加密算法对磁盘启动信息进行加密；
[0009]所述数据加密和解密模块，用于依据设定的全局加密算法对磁盘的扇区数据进行加密和解密。
[0010]可选的，上述加密算法配置模块进一步包含:全局加密配置文件、加密函数库和用户配置接口；
[0011]所述加密函数库，用于存放若干加密算法；
[0012]所述用户配置接口，用于选择加密函数库中的加密算法；
[0013]所述加密配置模块，用于将选择的加密算法记录至全局加密配置文件中。
[0014]可选的，上述初始化模块进一步包含:
[0015]读取子模块，用于以明文读取磁盘的启动信息；
[0016]查找子模块，用于从加密配置模块中的全局加密配置文件，依据查找的全局配置文件得到指定的加密算法；
[0017]加密处理子模块，用于依据加密算法对启动信息进行加密，并将加密后的密文写入到磁盘，替换磁盘上的启动信息。
[0018]可选的，上述数据加密和解密模块进一步包含:
[0019]截获解析子模块,用于截获对磁盘的读写请求,解析出读写请求中指定的磁盘扇区和数据；
[0020]写请求加密处理子模块，用于针对写请求，按照全局加密配置文件指定的加密算法对写入磁盘的明文数据进行加密，并将密文写入指定的磁盘扇区；
[0021]读请求加密处理子模块，用于针对读请求，由指定的磁盘扇区读取密文数据，按照全局加密算法指定的加密算法对密文数据进行解密。
[0022]此外，本发明还提供了一种磁盘全局数据加密方法，所述方法包含:
[0023]步骤101)选择加密算法，将选择结果写入全局加密配置文件中；
[0024]步骤102)以明文读取磁盘的启动信息，查找全局加密配置文件指定的加密算法，依据加密算法对启动信息进行加密，并将加密后的密文写入到磁盘，替换磁盘上的启动信息；
[0025]步骤103)截获对磁盘的读写请求，解析出读写请求中指定的磁盘扇区和数据；
[0026]针对写请求，按照全局加密配置文件指定的加密算法对写入磁盘的明文数据进行加密，并将密文写入指定的磁盘扇区；
[0027]针对读请求，由指定的磁盘扇区读取密文数据，按照全局加密算法指定的加密算法对密文数据进行解密。
[0028]可选的，上述加密算法包含:三重数据加密算法3DES、高级加密标准算法AES或密钥长度可变的流加密算法簇RC4。
[0029]与现有技术相比，本发明的技术优势在于:
[0030]本发明将磁盘实现细节封装隐藏为统一的数据对象，通过对该数据对象的加密、解密，实现了高效的磁盘加密和解密操作，进而提高海量数据存储的安全性。
【附图说明】
[0031]图1是本发明提供的针对磁盘的全局数据加密系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0033]本发明包括加密算法配置模块、初始化模块和数据加密和解密模块。首先，使用加密算法配置模块设置所述系统使用的加密算法；然后，初始化模块根据加密算法对磁盘的启动信息进行加密；最后，数据加解密模块根据加密算法对写入磁盘的所有数据进行加密，对由磁盘读取的所有数据进行解密。
[0034]加密算法配置模块包括全局加密配置文件、加密函数库和用户配置接口，用户通过用户配置接口选择加密函数库中的加密算法，加密配置模块将用户选择的加密算法记录到全局加密配置文件中。
[0035]加密算法配置模调用初始化模块，初始化模块将磁盘的启动信息以明文读取出来，按照加密算法配置模块中全局加密配置文件指定的加密算法对启动信息进行加密，并将加密后的密文写入到磁盘，替换磁盘上的启动信息。
[0036]数据加密和解密模块截获用户对磁盘的读写请求，解析出读写请求中指定的磁盘扇区和数据。按照磁盘扇区寻找待读写的数据，按照加密算法配置模块中全局加密配置文件指定的加密算法对读取的数据进行解密，对写入的数据加密。
[0037]全局数据加密方法及系统的工作流程是:
[0038]步骤1:用户调用加密算法配置模块，在加密函数库中选择加密算法，加密算法配置模块将选择结果写入全局加密配置文件中。
[0039]步骤2:初始化模块以明文读取磁盘的启动信息，查找加密算法配置模块中全局加密配置文件指定的加密算法，对启动信息进行加密，并将加密后的密文写入到磁盘，替换磁盘上的启动信息。
[0040]步骤3:数据加解密模块截获用户对磁盘的读写请求，解析出读写请求中指定的磁盘扇区和数据。
[0041]步骤3-1:对于写请求，按照加密算法配置模块中全局加密配置文件指定的加密算法对写入磁盘的 明文数据进行加密，并将密文写入指定的磁盘扇区。
[0042]步骤3-2:对于读请求，由指定的磁盘扇区读取密文数据，按照加密算法配置模块中全局加密算法指定的加密算法对密文数据进行解密，并返回明文给用户。
[0043]每次磁盘初始化和更新对磁盘的加密算法时需要首先执行一次步骤I和步骤2，然后循环执行步骤3。
[0044]实施例
[0045]实施例的系统结构如图1所示，该系统接口包括磁盘126、全局数据加密系统109等。其中磁盘126包括启动信息128和多个存储数据的扇区127。全局数据加密方法及系统109包括加密算法配置模块118、初始化模块112和数据加解密模块119。
[0046]全局数据加密方法及系统109完成对磁盘126的初始化后，将截获用户101向磁盘126发起的读写请求105，并解析出读写请求105中的磁盘扇区107和数据106。然后通过全局数据加密方法及系统124对磁盘126上的数据进行加解密操作。
[0047]用户101调用加密算法配置模块118对磁盘进行初始化的工作流程是:
[0048]用户101向加密算法配置模块118中的用户配置接口 113发出调用请求102，在加密函数库115中选择加密算法，并将选择结果写入全局加密配置文件117中。
[0049]加密算法配置模块118向初始化模块112发送初始化通知129，初始化模块112以明文方式121读取磁盘126上的启动信息128，根据全局加密配置文件117中指定的加密算法，选取加密函数库115中对应的加密算法，对启动信息128进行加密，并以密文方式120向磁盘126写回启动信息128。
[0050]全局数据加密方法及系统124截获用户101的读写请求105，对写入磁盘126的数据进行加密的工作步骤是:
[0051]用户101向磁盘126发起调用104，产生读写请求105。
[0052]全局数据加密方法及系统124截获读写请求105，解析出读写请求105中的磁盘扇区107和数据106。
[0053]数据加解密模块119根据全局加密配置文件117中指定的加密算法，选取加密函数库115中对应的加密算法，将读写请求105中的数据106加密，并根据读写请求105中的磁盘扇区107寻找磁盘126上对应的扇区127，将加密后的数据106通过写入请求122发送给磁盘126。
[0054]磁盘126返回写入结果123给数据加解密模块119，数据加解密模块119返回数据读写结果103给用户101。
[0055]全局数据加密方法及系统124截获用户101的读写请求105，对由磁盘126读取数据进行解密的工作步骤是:
[0056]用户101向磁盘126发起调用104，产生读写请求105。
[0057]全局数据加密方法及系统124截获读写请求105，解析出读写请求105中的磁盘扇区107和数据106。
[0058]数据加解密模块119根据读写请求105中的磁盘扇区107寻找磁盘126上对应的扇区127，发起读取请求124，磁盘126将读取请求结果125返回给数据加解密模块119。
[0059]数据加解密模块119根据全局加密配置文件117中指定的加密算法，选取加密函数库115中对应的加密算法，磁盘126返回的数据解密，并将数据读写结果103给用户101。
[0060]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种磁盘全局数据加密系统，其特征在于，所述系统包含:加密算法配置模块、初始化模块和数据加密和解密模块； 所述加密算法配置模块，用于为磁盘设定全局数据加密算法； 所述初始化模块，用于依据设定的全局加密算法对磁盘启动信息进行加密； 所述数据加密和解密模块，用于依据设定的全局加密算法对磁盘的扇区数据进行加密和解密。2.根据权利要求1所述的磁盘全局数据加密系统，其特征在于，所述加密算法配置模块进一步包含:全局加密配置文件、加密函数库和用户配置接口 ； 所述加密函数库，用于存放若干加密算法； 所述用户配置接口，用于选择加密函数库中的加密算法； 所述加密配置模块，用于将选择的加密算法记录至全局加密配置文件中。3.根据权利要求1所述的磁盘全局数据加密系统，其特征在于，所述初始化模块进一步包含: 读取子模块，用于以明文读取磁盘的启动信息； 查找子模块，用于从加密配置模块中的全局加密配置文件，依据查找的全局配置文件得到指定的加密算法； 加密处理子模块，用于依据加密算法对启动信息进行加密，并将加密后的密文写入到磁盘，替换磁盘上的启动信息。4.根据权利要求1所述的磁盘全局数据加密系统，其特征在于，所述数据加密和解密模块进一步包含: 截获解析子模块，用于截获对磁盘的读写请求，解析出读写请求中指定的磁盘扇区和数据； 写请求加密处理子模块，用于针对写请求，按照全局加密配置文件指定的加密算法对写入磁盘的明文数据进行加密，并将密文写入指定的磁盘扇区； 读请求加密处理子模块，用于针对读请求，由指定的磁盘扇区读取密文数据，按照全局加密算法指定的加密算法对密文数据进行解密。5.—种磁盘全局数据加密方法，所述方法包含: 步骤101)选择加密算法，将选择结果写入全局加密配置文件中； 步骤102)以明文读取磁盘的启动信息，查找全局加密配置文件指定的加密算法，依据加密算法对启动信息进行加密，并将加密后的密文写入到磁盘，替换磁盘上的启动信息；步骤103)截获对磁盘的读写请求,解析出读写请求中指定的磁盘扇区和数据； 针对写请求，按照全局加密配置文件指定的加密算法对写入磁盘的明文数据进行加密，并将密文写入指定的磁盘扇区； 针对读请求，由指定的磁盘扇区读取密文数据，按照全局加密算法指定的加密算法对密文数据进行解密。6.根据权利要求5所述的磁盘全局数据加密方法，其特征在于，所述加密算法包含:三重数据加密算法3DES、高级加密标准算法AES或密钥长度可变的流加密算法簇RC4。
【专利摘要】本发明提供一种针对磁盘的全局数据加密系统，所述系统包含：加密算法配置模块，用于为磁盘设定全局数据加密算法；初始化模块，用于依据设定的全局加密算法对磁盘启动信息进行加密；数据加密和解密模块，用于依据设定的全局加密算法对磁盘的扇区数据进行加密和解密。上述加密算法配置模块进一步包含：全局加密配置文件、加密函数库和用户配置接口；所述加密函数库，用于存放若干加密算法；所述用户配置接口，用于选择加密函数库中的加密算法；所述加密配置模块，用于将选择的加密算法记录至全局加密配置文件中。本发明将磁盘实现细节封装隐藏为统一的数据对象，通过对该数据对象的加密、解密，实现了高效的磁盘加密和解密操作。
【IPC分类】G06F21/62, G06F21/80
【公开号】CN104881613
【申请号】CN201410069691
【发明人】张武, 郭秀岩, 王劲林
【申请人】中国科学院声学研究所, 北京中科智网科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年2月27日