云计算和大数据时代的信息安全
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作者: 孔凡玉
我今天主要讲的是云计算和大数据时代的信息安全。实际上云计算和大数据方面的信息安全比较广泛，因为信息安全牵扯到很多方面，包括系统漏洞，计算机的安全、以及数据安全等等。在这里我主要讲信息安全当中和密码技术相关的数字安全问题。
我主要讲的是以下几个方面：第一，云计算和大数据的安全需求。第二，高性能、高可靠性的密码解决方案。第三，关于非结构化的搜索加密的问题。第四，云计算当中虚拟化环境受到的攻击。
大数据信息安全需求
首先，看一下云计算和大数据在信息安全方面的需求。现在，云计算和大数据主要特点，一方面是，超大规模。包括计算能力、存储、用户等等。另一方面是，资源共享。包括计算资源，存储资源，网络资源。
在资源共享的同时，用户之间的隐私如何保护、多个虚拟机之间如何兼容，以及它们彼此之间数据的隔离性和安全性等问题，都是我们要思考的。云计算和大数据带来了一种海量数据的处理，特别是半结构化或者非结构化数据的处理。这是云计算和大数据带来的信息安全的需求。
密码解决方案
在信息安全领域密码技术是解决信息安全的技术之一，而且应该说是作为数据保密的一个最核心的技术。密码技术可以实现一个数据的保密加密，也可以实现身份的辨别。密码技术在信息领域提供了一些安全服务。现在，在云计算和大数据方面，包括安全多方计算，不经意传输，全同态紧密，代理重加密等，都成了密码专家研究的方向。数据库加密的问题，真正在实际当中使用，还是一些密码的使用技术，包括如何高性能实现密码运算。原来大家以为密码是数学家的问题，密码算法的安全性是一个数学证明，但最近十几年以来，工具越来越多，实际上我们为了攻破一个密码算法，或者把数据解密，不一定要攻击密码算法，也可采用一些旁敲侧击的算法来进行。
在密码算法的基础上，我们要知道云计算和大数据与以前的信息系统相比，就是计算能力的提升，在这种情况下，在云计算的平台上部署一个密码算法或密码系统，就需要非常高的处理能力。比如说，关于大数据的加密，我们可以实现10Gbps的数据加减速度。SM2可以达到几万次每秒，这种高性能的运算能力，可以实现云计算和大数据后端的海量数据的加密，以及多用户的并行密码运算处理能力。
我们认为数据的安全，首先是存储的安全，另外还有一个数据安全传输的概念。我们可以实现大数据，海量数据TB级的大数据文件的传输。
从2004年开始，我们在开发云安全密码平台，我们开发这个平台实际的需求，是来自于金融、银行领域后端的一个密码算法的梳理能力的需求。现在这样一个平台，我们已经在中国建设银行、中国邮政储蓄银行，进行了全面的推广。大家现在有建设银行的卡和账户，实际上后端的处理、后端对银行卡身份信息的验证、以及后端取款、交易，都是调用我们的密码设定来实现数据安全的。我们这个平台主要就是把大数据量的密码设备融合在一个平台当中，实现一个高速的密码识别能力，以及密钥的统一管理。在这里它可以有密码卡、密码机，还可以部署一个CBN的系统，单点登录等等。它的客户端可以实现桌面的安全、桌面的加密、文件的安全传输，包括智能钥匙等等，这个平台上不但在银行里可以使用，它还可以在保险、大型企业、医疗等行业和领域中使用，这个是我们比较成熟，也是推广度较大的云安全密码服务。
非结构化的搜索加密
我们公司在比较前沿的云计算和大数据方面做了一些研究工作。这些技术和工作，有的我们已经形成了产品，有的还是作为一个技术来引领。
第一部分，关于在云存储中的非结构化数据的加密。这些年以来，随着社交网络，各个行业信息化的发展，很多数据由原来单纯的数据表格的形式，变成了非结构化的数据和非结构化大文件的数据，这个时候，加密就成了一个问题。
另外，随着云计算的发展，我们现在很多用户，不管是个人用户还是企业用户，都在建立云的存储平台，包括各种网盘，如360网盘或者百度网盘，大家都把自己的照片，把自己的文件存在网盘当中。在这种情况下，怎么保证远端云存储的安全，这是我们公司一直研究的问题。一种情况是，你放上去以后安全性是不可控的，完全是云服务厂商给你提供。他可以加密，也可以不加密，这个你是控制不了的。
你把一个加密文件存在远端之后，你怎么获取？你在云端存储数据的时候，你可能存储了海量的数据，有一天我想获得其中一部分数据，这是一个解锁的问题。一个办法是，从云端把所有的数据全部下载下来，然后把数据全部解密，解密之后我得到想要的那部分，但是这种效率非常低。另一个办法是，需要把所有的文件都要下载下来，还要完成一个加密，这个对存储，对计算能力都具有非常大的挑战，效率非常低。
现在，云存储方面可搜索的加密，是我们在做的一些密码的体制。我把很多的文件存在远端的云端，当我想得到某一个文件的时候，我可以进行搜索。
自主研发的重要性
现在，云计算非常大的一个特点就是虚拟化。一台服务器上可以有多个虚拟机，多个用户共享一台服务器中相同的CPU资源，相同的硬件设备。在这种情况下，虽然是云的操作系统，也给每个用户界定了不同的时间，或者一个氛围，但实际上它仍然存在一些攻击的问题。
从1949年密码学成为一个学科以来，对密码算法的攻击始终有一批数学家在做相关研究。不过，从1997年以后，有一些密码学家开始提出一些涉及到攻击的问题，密码算法不再是单纯的数学问题，而是一个信息系统的问题。信息系统比如说要想攻击一个密码算法，要想获取用户密钥，我不需要从数学方法分析，可以通过信息系统进行分析。在运算的过程中，可以通过电磁辐射，通过用户CPU消耗的电量，通过声音，甚至通过加密的解密时间，包括一些热量等等，都可以获取。
比如说，有个用户建立一个虚拟机，攻击者也是一个虚拟机，攻击者和虚拟机通过编写一些程序，可以获取在相同的服务器上运行的其他虚拟机的密钥。所以现在云计算环境当中，受攻击的可能性是非常大的。现在，国内的云计算产品，大部分还是采用了国际上的开源代码。在这种情况下，它受攻击的可能性非常大。只有能够自主开发云计算虚拟化的产品，才能保证能够抵抗攻击。
国内也好，国际也好，采用了很多SL协议的代码，这是开源代码，一旦暴露出问题，大家谁都不能幸免。所以只有具备自主开发能力，才能保证信息安全。
（根据孔凡玉在第七届中国信息主管年会上的演讲内容整理而成）
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