基于组密钥服务器的加密文件系统的设计和实现肖达+,舒继武,薛巍，刘志才，郑纬民（清华大学计算机科学与技术系,北京100084）（清华信息科学与技术国家实验室（筹）北京100084）+联系人：电话：+86-10-6279-5215，E-mail:xiaoda99@mails.thu.edu.cnDesignandImplementationofaGroupKeyServer-BasedCryptographicFileSystemXiaoDa+,ShuJi-Wu,XueWei,LiuZhi-Cai,ZhengWei-Min（DepartmentofComputerScienceandTechnology,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China）（TsinghuaNationalLaboratoryforInformationScienceandTechnology（TNList）,Beijing100084)+Correspondingauthor:Phn:+86-10-6279-5215,E-mail:xiaoda99@mails.thu.edu.cn,http://storage.cs.tsinghua.edu.cnAbstract:Networkstoragetechniquesfacilitatedatasharingbutalsointroducenewvulnerabilities.Cryptographicfilesystemsprovidetheconfidentialityandintegrityoffiledatastoredonserversthatarenotunderusers’directcontrolbycryptographicmethods.Thekeymanagementschemesforcurrentsharedcryptographicfilesystemscannotsatisfythesecurity,flexibilityandefficiencyrequirementssimultaneously.ThispaperproposesacryptographicfilesystemcalledCKS-CFS.AtrustedGroupKeyServer(GKS)isintroducedtomanagefileencryptionkeysinacentralizedmannerandtoenabletheemploymentofflexibleaccesscontrolpolicies.ThecomputationandstoragerequirementforGKSisreducedthroughtheuseofaccesscontrolblocksandlockboxessothatthefunctionofGKScanbeimplementedbyhardwaretoprovidestrongsecurity.Theoverheadofrevocationisreducedbyblockgranularityencryptionandkeyversioningtechnique.WehaveimplementedaprototypeofGKS-CFSbasedonLustreandevaluateditsperformance.Comparedwithothersystems,thecryptographiccostincommonfileoperationsinGKS-CFSisreducedbyanorderofmagnitudebyavoidingtheusageofpublic-keycryptography;Bonnie++benchmarktestshowsthattheperformanceofsequentialread/writeandrandomfileoperationsarereducedonaverageby42.0%and8.4%respectively.Keywords:cryptographicfilesystem,confidentiality,integrity,keymanagement,tamper-resistanthardware摘要:网络存储技术在方便数据共享的同时带来了新的安全隐患，加密文件系统通过密码学方法保证存储在不受用户直接控制的服务器上的文件数据的机密性和完整性。现有的针对共享加密文件系统的密钥管理方法不能同时满足安全性、灵活性和高效性的需求。本文提出了加密文件系统GKS-CFS。引入可信的组密钥服务器（GKS）集中管理文件加密密钥，GKS上可以实施灵活的访问控制策略。通过使用访问控制块和锁盒子，降低了对GKS的计算和存储需求，使之可以用硬件实现来增强安全性；通过文件数据的分块加密和密钥版本技术，SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChinaunderGrantNo.60473101(国家自然科学基金项目);theNationalGrandFundamentalResearch973ProgramofChinaunderGrantNo.2004CB318205(国家“九七三”重点基础研究发展规划基金项目)；theProgramforNewCenturyExcellentTalentsinUniversityunderGrantNo.NCET-05-0067（新世纪优秀人才支持计划）降低了权限撤销的开销。我们在Lustre上实现了GKS-CFS的原型系统并进行了测试。测试结果表明由于避免使用了公钥密码算法，和其他系统相比，GKS-CFS的普通文件操作中的密码学操作开销减少了一个数量级，顺序读写和随机文件操作的性能分别平均降低了42.0%和8.4%。关键词:加密文件系统；机密性；完整性；密钥管理；防损硬件1引言网络存储技术在方便数据共享和降低管理成本的同时带来了新的安全隐患。在网络存储环境中，数据可能存储在不受用户直接控制的服务器上，传统的访问控制方法已不足以保证用户数据的安全性。加密文件系统（CryptographicFileSystem）[1,2,3,4,5,6,7]通过客户端的密码学方法保证文件在网络中传输和在服务器上存储过程中的机密性和完整性，提供端到端的安全...
