一种拟态存储元数据随机性问题解决方法

doi:10.19678/j.issn.1000-3428.0061151

计算机工程 ›› 2022, Vol. 48 ›› Issue (2): 140-146,155. doi: 10.19678/j.issn.1000-3428.0061151

一种拟态存储元数据随机性问题解决方法

杨珂¹, 张帆¹, 郭威¹, 赵博¹, 穆清²

1. 战略支援部队信息工程大学, 郑州 450001;
2. 数学工程与先进计算国家重点实验室, 郑州 450001

收稿日期:2021-03-16 修回日期:2021-04-28 发布日期:2021-04-02
作者简介:杨珂(1992-),男,硕士研究生,主研方向为拟态防御技术、分布式存储;张帆(通信作者),副研究员、博士;郭威,助理研究员、博士;赵博,副研究员、博士;穆清,讲师、博士。
基金资助:
国家自然科学基金创新研究群体项目“网络空间拟态防御基础理论研究”（61521003）；之江实验室重点项目“面向工业互联网的拟态分布式大数据存储”（2018FD0ZX01-5-4）。

A Method for Solving the Metadata Randomness Problem of Mimic Storage

YANG Ke¹, ZHANG Fan¹, GUO Wei¹, ZHAO Bo¹, MU Qing²

1. PLA Strategic Support Force Information Engineering University, Zhengzhou 450001, China;
2. State Key Laboratory of Mathematical Engineering and Advanced Computing, Zhengzhou 450001, China

Received:2021-03-16 Revised:2021-04-28 Published:2021-04-02

摘要/Abstract

摘要： 拟态存储作为网络空间拟态防御技术在分布式存储领域的工程实现，能够有效提高存储系统的安全性。由于元数据节点中存在随机性的算法和逻辑，使得执行体状态可能不一致，从而导致整个拟态存储系统无法正常运转。为解决该问题，提出一种元数据再同步方法。在系统中引入状态监视模块和映射同步机制，状态监视模块及时检测执行体状态不一致的情况并进行反馈，映射同步机制建立客户端指令和裁决器输出结果之间的映射关系，使得同步过程在不影响拟态存储系统正常工作的同时符合分布式存储系统最终的一致性要求。在拟态存储工程样机上进行功能和性能测试，结果表明，该方法能够以较小的性能开销来有效解决元数据执行体状态不一致的问题，提升拟态存储系统的稳定性，重复执行再同步机制可使同步成功率达到100%。

关键词: 网络空间拟态防御, 分布式存储, 异构冗余, 元数据节点, 状态同步

Abstract: Mimic storage is an engineering implementation of cyberspace mimic defense technology in the field of distributed storage, and can effectively improve the security of the storage system.Due to the random algorithm and logic in the metadata node, there is a probability that states of the executor are inconsistent, affecting the operation of the whole mimic storage system.To address the problem, a metadata resynchronization method is proposed.We introduce a state monitoring module and a mapping synchronization mechanism into the system.The sate monitoring module detects and reports the inconsistency of executor states.The mapping synchronization mechanism builds the mapping relationship between the client instructions and the arbitrator output, which allows the synchronization process meet the eventual consistency requirement of distributed storage system without interfering with the operation of mimic storage system.Functional tests and performance tests are carried out on a mimic storage engineering prototype.Results show that this method can effectively solve the inconsistency of metadata executors at a small performance loss.It improves the stability of mimic storage system, and increases the synchronization success rate to100% by repeating the resynchronization mechanism.

Key words: Cyberspace Mimic Defense(CMD), distributed storage, heterogeneous redundancy, metadata node, state synchronization

中图分类号:

TP391

杨珂, 张帆, 郭威, 赵博, 穆清. 一种拟态存储元数据随机性问题解决方法[J]. 计算机工程, 2022, 48(2): 140-146,155.

YANG Ke, ZHANG Fan, GUO Wei, ZHAO Bo, MU Qing. A Method for Solving the Metadata Randomness Problem of Mimic Storage[J]. Computer Engineering, 2022, 48(2): 140-146,155.

https://www.ecice06.com/CN/Y2022/V48/I2/140

图/表 13

20220301123309

20220301123316

20220301123320

20220301123324

20220301123328

20220301123332

20220301123336

20220301123340

20220301123344

20220301123348

20220301123353

20220301123358

20220301123403

参考文献

[1] 龙子夜, 李军, 张杰."棱镜门"事件回顾与思考[J].计算机工程与应用, 2015, 51(S1):392-444. LONG Z Y, LI J, ZHANG J.Review and reflection on the "Prism Gate" incident[J].Computer Engineering and Applications, 2015, 51(S1):392-444.(in Chinese)
[2] OPPLIGER R.Internet security:firewalls and beyond[J].Communications of the ACM, 1997, 40(5):92-102.
[3] MANCINI L V, PIETRO R.Intrusion detection systems[M].Berlin, Germany:Springer, 2008.
[4] PANDA B K, PRADHAN M, PRADHAN S K.Intrusion prevention system[EB/OL].[2021-01-05].https://www.geeksforgeeks.org/intrusion-prevention-system-ips/.
[5] 斯雪明, 王伟, 曾俊杰, 等.拟态防御基础理论研究综述[J].中国工程科学, 2016, 18(6):62-68. SI X M, WANG W, ZENG J J, et al.A review of the basic theories of mimic defense[J].Strategic Study of CAE, 2016, 18(6):62-68.(in Chinese)
[6] 邬江兴.网络空间拟态防御研究[J].信息安全学报, 2016, 1(4):1-10. WU J X.Research on cyber mimic defense[J].Journal of Cyber Security, 2016, 1(4):1-10.(in Chinese)
[7] 邬江兴.内生安全:重新定义新基建的安全属性[J].中国科技产业, 2020(5):7-9. WU J X.Endogenous security:redefining the security attributes of new infrastructure[J].Science & Technology Industry of China, 2020(5):7-9.(in Chinese)
[8] 郭威, 谢光伟, 张帆, 等.一种分布式存储系统拟态化架构设计与实现[J].计算机工程, 2020, 46(6):12-19. GUO W, XIE G W, ZHANG F, et al.Design and implementation of a mimic architecture for distributed storage system[J].Computer Engineering, 2020, 46(6):12-19.(in Chinese)
[9] 郭威.分布式存储系统拟态化架构与关键技术研究[D].郑州:战略支援部队信息工程大学, 2019. GUO W.Research on the mimicking architecture and key technologies of distributed storage system[D].Zhengzhou:PLA Strategic Support Force Information Engineering University, 2019.(in Chinese)
[10] 魏帅, 于洪, 顾泽宇, 等.面向工控领域的拟态安全处理机架构[J].信息安全学报, 2017, 2(1):54-73. WEI S, YU H, GU Z Y, et al.Architecture of mimic security processor for industry control system[J].Journal of Cyber Security, 2017, 2(1):54-73.(in Chinese)
[11] 马海龙, 伊鹏, 江逸茗, 等.基于动态异构冗余机制的路由器拟态防御体系结构[J].信息安全学报, 2017, 2(1):29-42. MA H L, YI P, JIANG Y M, et al.Dynamic heterogeneous redundancy based router architecture with mimic defenses[J].Journal of Cyber Security, 2017, 2(1):29-42.(in Chinese)
[12] 王禛鹏, 扈红超, 程国振.一种基于拟态安全防御的DNS框架设计[J].电子学报, 2017, 45(11):2705-2714. WANG Z P, HU H C, CHENG G Z.A DNS architecture based on mimic security defense[J].Acta Electronica Sinica, 2017, 45(11):2705-2714.(in Chinese)
[13] QI C, WU J, CHENG G, et al.An aware-scheduling security architecture with priority-equal multi-controller for SDN[J].China Communications, 2017, 14(9):144-154.
[14] LI J, WU J, HU Y, et al.DSL:dynamic and self-learning schedule method of multiple controllers in SDN[J].ETRI Journal, 2017, 39(3):364-372.
[15] PU L M, WU J X, MA H L, et al.MimicCloudSim:an environment for modeling and simulation of mimic cloud service[J].China Communications, 2021, 18(1):212-221.
[16] 邬江兴.网络空间拟态安全防御[J].保密科学技术, 2014(10):4-9. WU J X.Mimetic security defense in cyberspace[J].Security Science and Technology, 2014(10):4-9.(in Chinese)
[17] 李丹, 叶廷东."异地多活"分布式存储系统设计和实现[J].计算机测量与控制, 2020, 28(4):211-216. LI D, YE T D.Design and implementation of a "multi-active across data centers" distributed storage system[J].Computer Measurement & Control, 2020, 28(4):211-216.(in Chinese)
[18] 何俊杰.基于最终一致性的HDFS读写技术的研究与优化[D].上海:上海交通大学, 2016. HE J J.Research and optimization of HDFS read-write technology based on eventual consistency[D].Shanghai:Shanghai Jiaotong University, 2016.(in Chinese)
[19] 杨成荣, 刘峻松, 孙新杰, 等.基于微服务架构的数据一致性方法研究[J].电脑知识与技术, 2020, 16(8):266-268. YANG C R, LIU J S, SUN X J, et al.Research on data consistency method based on microservice architecture[J].Computer Knowledge and Technology, 2020, 16(8):266-268.(in Chinese)
[20] 李岩, 唐真.一种高并发下最终一致性算法及实现[J].网络安全技术与应用, 2020(7):47-49. LI Y, TANG Z.A final consensus algorithm and its implementation under high concurrency[J].Network Security Technology and Application, 2020(7):47-49.(in Chinese)
[21] 钟将, 杨雷.面向海量新闻数据的HDFS节能存储策略[J].计算机工程, 2015, 41(12):48-53. ZHONG J, YANG L.HDFS energy-saving storage strategy for massive news data[J].Computer Engineering, 2015, 41(12):48-53.(in Chinese)
[22] SHVACHKO K, KUANG H, RADIA S, et al.The hadoop distributed file system[EB/OL].[2021-01-05].https://storageconference.us/2010/Papers/MSST/Shvachko.pdf.

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

一种拟态存储元数据随机性问题解决方法

A Method for Solving the Metadata Randomness Problem of Mimic Storage

RichHTML

PDF

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 13

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	杨思捷, 陈俊奇, 王勇, 李树林. 基于FPGA的软硬件协同纠删码编码加速方案[J]. 计算机工程, 2024, 50(2): 224-231.
[2]	李凌书, 邬江兴. 面向云网融合SaaS安全的虚拟网络功能映射方法[J]. 计算机工程, 2021, 47(12): 30-39.
[3]	王浩亮, 廉玉忠, 王丽莉. 面向电子证照共享的区块链技术方案研究与实现[J]. 计算机工程, 2020, 46(8): 277-283.
[4]	郭威, 谢光伟, 张帆, 李敏. 一种分布式存储系统拟态化架构设计与实现[J]. 计算机工程, 2020, 46(6): 12-19.
[5]	武兆琪, 张帆, 郭威, 卫今, 谢光伟. 一种基于执行体异构度的拟态裁决优化方法[J]. 计算机工程, 2020, 46(5): 12-18.
[6]	傅易文晋, 陈华辉, 钱江波, 董一鸿. 面向时空数据的区块链研究综述[J]. 计算机工程, 2020, 46(3): 1-10.
[7]	付琳, 邵培南, 应飞, 解维. 拟态通用运行环境的框架设计[J]. 计算机工程, 2020, 46(3): 24-33.
[8]	孙黎, 苏宇, 张弛, 张涛. 分布式存储系统中的纠删码容错方法研究[J]. 计算机工程, 2019, 45(11): 74-80.
[9]	林森杰,刘勤让,王孝龙. 面向拟态防御系统的竞赛式仲裁模型[J]. 计算机工程, 2018, 44(4): 193-198.
[10]	王伟,曾俊杰,李光松. 动态异构冗余系统的安全性分析[J]. 计算机工程, 2018, 44(10): 42-45,50.
[11]	郑力明,李晓冬. 面向纠删码的低成本多节点失效修复方法[J]. 计算机工程, 2017, 43(7): 110-118,123.
[12]	郭蒙雨,康宏,袁晓洁. 基于流式计算框架的实时数据库分区系统[J]. 计算机工程, 2017, 43(11): 8-15.
[13]	吴国锦,胡程. 一种基于起源信息的元数据预取策略[J]. 计算机工程, 2016, 42(6): 1-6.
[14]	沈良好,吴庆波,杨沙洲. 基于Ceph的分布式存储节能技术研究[J]. 计算机工程, 2015, 41(8): 13-17.
[15]	李晨卉. 应用于分布式存储系统的准循环再生码构造方案[J]. 计算机工程, 2015, 41(3): 81-87.

模态框（Modal）标题

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

一种拟态存储元数据随机性问题解决方法

A Method for Solving the Metadata Randomness Problem of Mimic Storage

RichHTML

PDF

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 13

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价