云計算關鍵技術的探討

摘要：云計算(cloud computing)中涉及了分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算、網(wǎng)絡存儲、虛擬化、負載均衡等傳統(tǒng)計算機技術和網(wǎng)絡技術。本文從云計算的體系架構和服務角度出發(fā)，對云計算中實現(xiàn)的訪問控制管理、數(shù)據(jù)管理和虛擬化功能所使用加密算法和虛擬化等關鍵技術，用計算機和網(wǎng)絡知識分析了這些技術存在的問題，提出了需要改進的方向。
關鍵詞：云計算；云計算系統(tǒng)架構；云計算服務模式；數(shù)據(jù)技術；虛擬化技術

隨著數(shù)據(jù)技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的急速發(fā)展，特別是Web2．0的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)量高速增長，導致了互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理能力的相對不足，同時用戶對數(shù)據(jù)安全技術和互聯(lián)網(wǎng)技術也有了更高層次的需求。但是互聯(lián)網(wǎng)上同樣存在著大量處于閑置狀態(tài)的計算設備和存儲資源，以及擁有強大技術力量的團隊，如果將這些閑置的資源和技術團隊聚合起來統(tǒng)一調(diào)度，提供所需的服務，則可以大大提高設備和技術的利用率，讓更多的用戶從中受益，由此云計算因運而生了。

1 云計算
云計算(cloud computing)是一種基于Internet的計算模式，是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算、網(wǎng)絡存儲、虛擬化、負載均衡等傳統(tǒng)計算機技術和網(wǎng)絡技術發(fā)展的融合產(chǎn)物。在云計算中，存儲和運算將不再運行在本地計算機或服務器中，而是運行在分布于Internet上的大量計算機上。云計算把原來由個人計算機和私有數(shù)據(jù)中心執(zhí)行的任務，轉(zhuǎn)移給分布在Internet上由全體用戶共享的大型計算中心來完成。云計算提供商提供計算機硬件、軟件等計算資源的共享以及這些資源的安裝、配置與維護等服務，用戶使用終端與“云”連接，按自己的需求進行運算。
所謂的“云”是指分布在Intemet中的形形色色的計算中心，“云”包含了成千上萬甚至幾十萬臺計算機或服務器。用戶不需要具有一定的計算機技術和購買高性能的硬件，以及購買或開發(fā)各種功能的軟件，只是使用任何可以上網(wǎng)的設備，與“云”連接，利用“云”提供的軟件或服務，直接在“云”上處理并存儲數(shù)據(jù)。云計算的應用模式如圖1所示。

2 云計算體系架構和云計算服務
云計算體系架構可以分為3層，從下到上依次是基礎管理層、應用接口層和訪問層?；A管理層的主要功能是實現(xiàn)了資源的共享，應用接口層的主要功能是對外提供各種服務，訪問層的主要功能是采用云計算方式實現(xiàn)的一些具體化應用。
云計算中有3種服務模式：基礎設施即服務IaaS，平臺即服務PaaS和軟件即服務SaaS。云計算的體系架構與云計算服務的關系如圖2所示。

1)基礎設施即服務IaaS。IaaS為用戶提供的是底層的、接近于直接操作硬件資源的服務接口，通過網(wǎng)絡以標準化服務的形式提供基本存儲和計算能力，使用非常自由靈活，幾乎不受邏輯上的限制。IaaS的商業(yè)示例如Joyent，其主要產(chǎn)品是按需提供高度可用的一系列虛擬化服務器等基礎設施。
2)平臺即服務PaaS。PaaS是為用戶提供API(應用編程接口)的，客戶通過API使用該平臺，將自己所開發(fā)和運營的應用托管到云平臺中，但是，這個應用的開發(fā)和部署必須遵守該平臺特定的規(guī)則和限制，如語言、編程框架、數(shù)據(jù)存儲模型。PaaS的商業(yè)示例如Google的GAE，它在Google的基礎設施上提供應用程序服務。
3)軟件即服務SaaS。SaaS以服務的形式提供一整套應用軟件，該軟件的單個實例運行于云上，通過瀏覽器把程序傳給成千上萬的用戶。 SaaS在人力資源管理程序和ERP中比較常用。

3 云計算關鍵技術問題
3．1 訪問控制管理
在云計算模式下，研究者關心的是如何通過非傳統(tǒng)訪問控制類手段，實施數(shù)據(jù)對象的訪問控制。其中得到關注最多的是基于密碼學方法實現(xiàn)訪問控制，其中包括：基于層次密鑰生成與分配策略實施訪問控制的方法；利用基于屬性的加密算法(如密鑰規(guī)則的基于屬性加密方案(KP—ABE)，密文規(guī)則的基于屬性加密方案(CP-ABE))，基于代理重加密的方法：以及在用戶密鑰或密文中嵌入訪問控制樹的方法等?；诿艽a類方案面臨著權限撤銷問題。這是一個基本方案，是為密鑰設置失效時間，每隔一定時間，用戶從認證中心更新私鑰。上述方法在帶有時間或約束的授權、權限受限委托等方面仍存在有待解決的問題。