[发明专利]一种基于三维空间结构的数据拆分置乱和恢复方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种安全的用于分布式存储系统的数据分块和恢复算法，能够在分布式存储系统进行数据切分的过程当中置乱数据，保证用户数据的机密性。

背景技术

随着我国信息化程度越来越高，企事业单位对于信息数据和信息化系统依赖程度的不断增加，目前很多信息化系统都是分布式系统，结合当前的云计算，这对于分布式系统的安全提出了严峻的挑战，一方面，信息需要进行加密，另一方面，通过对信息的分块存储，能够加快对于大文件的读写速度。在信息化系统中，越来越多的灾难和威胁所造成的信息系统破坏和业务中断都可能产生严重后果。

分布式存储系统是对抗数据灾难的一种方式，大文件在存储的时候为了安全，以及存储简便的考虑，往往都需要进过分块，并对分块数据进行加密，然后将数据分发到不同的存储节点当中。而传统的分块方法只是单纯的将文件安装比特流进行分块，然后存储于信息系统中。对每一个分块再进行逐个加密，需要一定的时间才能完成加密(解密)的计算，因此，在分布式存储系统切块存储数据的同时，将数据分块与数据置乱加密两种方法有效的结合是一种新的方法。

本方法将分块和置乱有效的结合起来，采用独立的一套安全机制，就能够达到预想的目标。

发明内容

一种基于三维空间结构的数据拆分置乱方法，其特征在于：将L字节大小的文件按照n个字节进行切块，形成行数据，并按照切块依次取m个行数据构造拆分面m×n，形成了 个拆分面；使用给定的骑士巡游遍历路径的顺序对每个拆分面中字节数据的顺序进行置乱；使用置乱后的k个拆分面构造三维立方体m×n×k；在三维立方体m×n×k中进行分块数据提取，将k个拆分面上属于(i，j)坐标的字节进行提取，构成m×n个分块数据；将分块数据存储到分布式系统的不同存储节点。通过这种方法，将数据置乱和拆分统一在数据分块的过程中，所有的分块数据存储在分布式环境中的不同存储节点，能够保证存储系统中数据的机密性，并且在m×n的矩阵中有多条骑士巡游路径，任何攻击者即使获取到全部的数据块也无法破解数据信息，只有授权用户使用拆分参数(拆分面大小，骑士巡游路径)才能够正常恢复原始数据。

设算法需要处理的文件大小为L字节，用户选取的拆分面为m×n(m和n都不能小于5)，拆分面中的每个坐标点(i，j)对应一个字节数据，记为a_ij(1≤i≤m，1≤j≤n)，拆分使用的骑士巡游路径为P＝{(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，…，(x_m×n，y_m×n)}，则所有数据置乱分布在m×n×k的三维立方体中，其中 对三维立方体中每个坐标点存放的数据用三维坐标(x，y，z)进行表示，其中1≤x≤m，1≤y≤n，1≤z≤k，从三维立方体中提取的m×n个分块数据可以表示为B_ij＝[(i，j，1)，(i，j，2)，…，(i，j，k)]，其中1≤i≤m，1≤j≤n。

拆分面构造方法为：将初始数据按照n个字节进行切块，形成行数据，并按照切块依次取m个行数据构造拆分面m×n，这样整个初始数据就构成了 个拆分面(若L不能整除m×n，则最后一个拆分 面使用“/0”字节补齐)。

拆分面中数据置乱方法为：将拆分面中的数据照行列顺序a₁₁，a₁₂，…，a_1n，a₂₁，a₂₂，…，a_mn依次放入骑士巡游路径遍历的坐标位置(例如：使用8×8拆分面进行数据拆分，图1(a)中的骑士巡游路径为(1，1)，(2，3)，(1，6)，…，(5，1)，(3，2)，a₁₁置乱到(1，1)，a₁₂置乱到(2，3)，......，a₈₈置乱到(3，2))，使得所有拆分面上的数据位置发生了改变。

三维立方体构造方法为：将所有的拆分面按照k的顺序，在三维空间中进行合并，形成三维立方体m×n×k。

分块数据提取规则：在三维立方体m×n×k中，对应每个拆分面上的坐标点信息(i，j)进行分块数据提取，最终生成m×n个分块数据，记为B_ij＝{(i，j，1)，(i，j，2)，…，(i，j，k)}，其中1≤i≤m，1≤j≤n，每个分块数据包含所有拆分面中坐标(i，j)对应的字节数据。

其具体步骤为：