数据安全防护教学资料(ppt 95页)
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第16讲 信息安全
第4章 数据安全防护
1
教学要求：
第16讲 信息安全
• 网络中数据的安全是网络安全的重要部分。 本章我们从几个不同的角度讲解网络数据 的安全防护。
• 主要内容：
– 数据存储安全 – 数据加密与鉴别 – 数据通信安全
• 教学重点：
– 数据加密的基本概念与方式
2
4.1数据存储安全
• 4.1.1 磁盘阵列备份 • 4.1.2 对现有数据的保护
12
第16讲 信息安全
RAID 3优点 可以象RAID1那样提供容错功能； 成本低。而且容量的额外开销从RAID1 的1/2下降为1/N（N为磁盘的数量）。随 着所使用磁盘数量的增多，成本开销会 越来越小。 对于大量的连续数据可提供很好的传输率。
13
第16讲 信息安全
缺点 造成写瓶颈
适用范围 RAID3适合于那些写入操作较少，读取操作
• 使用RAID技术（特点）
可以提高数据的安全性外；
可以加快系统运行的速度；
提高系统的数据容量。
4
第16讲 信息安全
原理：其实现的基本方法是使用一定的策略 将多个磁盘连接在一起协同工作。RAID是通 过磁盘阵列与数据条块化方法相结合，以提 高数据可用率的一种结构。
5
1 RAID0
第16讲 信息安全
17
第16讲 信息安全
⑤当我们更换了损坏的磁盘之后，系统必须一 个数据块一个数据块的重建坏盘中的数据。虽 然整个过程都是在后台自动进行，但在重建新 盘数据的时候整个系统的性能会受到严重的影 响。
18
6 RAID4
第16讲 信息安全
• 同RAID2， RAID3一样，RAID4，RAID5 也同样将数据条块化并分布于不同的磁盘 上，但条块单位为块或记录。RAID4使用 一块磁盘作为奇偶校验盘，每次写操作都 需要访问奇偶盘， 成为写操作的瓶颈。在 商业应用中很少使用。
• RAID0（Striping阵列——没有数据冗余， 没有校验信息）又称直接硬盘分段
原理：RAID0将多个磁盘构建成1个逻辑盘， 然后将连续的数据分割成多块，并且分别写在 多个磁盘上。因为多个磁盘有多个通道，所以 对多块数据进行写的时候可以同时进行，所以 从理论上讲，有几块磁盘构成RAID0，其写盘 的速度就可提高几倍。
优点：很高的数据传输率（读写速度快）；
缺点：降低了数据的安全性。
6
第16讲 信息安全
应用范围：对数据传输的速度要求很高，但对安 全性的要求相对较宽松，这种情况可以考虑将磁盘 阵列配置为RAID0。 应用：在图像工作站中进行图像编辑或图像生成 对数据传输的速度要求很高，但对安全性的要求较 宽松。
7
2 RAID1
10
4 RAID2
第16讲 信息安全
从概念上讲， RAID2同RAID3类似， 两 者都是将数据条块化分布于不同的硬盘上 ，条块单位为位或字节。然而RAID2 使用 称为"加重平均纠错码"的编码技术来提供错 误检查及恢复。这种编码技术需要多个磁 盘存放检查及恢复信息，使得RAID2技术实 施更复杂，因此在商业环境中很少使用。
8
第16讲 信息安全
优点： 提高了数据安全性： 平衡了度请求负荷，提高度速率；
缺点： 未改善写数据的性能； 费用高
适用范围：RADI1适用于对安全性要求高， 且不能降低运行速度，资金又有一定保证的场 合。 适用：如证券公司的系统等。
9
3 异或（XOR）操作产生奇偶校信第验息16安讲全
• 从RAID2到RAID5都是用异或（XOR）操作产生 奇偶效验数据，当系统中有一个硬盘发生故障时 ，也是用异或操作重建数据。
11
5 RAID3
第Βιβλιοθήκη Baidu6讲 信息安全
• RAID3原理：使用单块磁盘存放奇偶校验 信息。如果一块磁盘失效，奇偶盘及其他 数据盘可以重新产生数据。如果奇偶盘失 效，则不影响数据使用。RAID 3采用的是 一种较为简单的校验实现方式，使用一个 专门的磁盘存放所有的校验数据，而在剩 余的磁盘(逻辑盘)中创建带区集分散数据的 读写操作。
较多 的应用环境 适用
如数据库和WEB服务等。
14
RAID3对系统的性能造成的影信响第息16安讲全
• ①数据盘和校验盘完好时的读操作：
– 只需要在数据存储盘中找到相应的数据块进行 读取操作即可，不会增加任何额外的系统开销。
• ②数据盘和校验盘完好时的写操作：
15
第16讲 信息安全
对任何一个数据盘写数据时，都要重写校 验盘。因此，必须在写入新数据后，读出所 有数据盘的数据，然后做异或操作，最后写 校验盘。 因此，一次写的操作至少包含：两次写盘， N-1（N为RAID3所包含的总磁盘数）次读盘， 系统的性能会降低很多，称这种写盘时的性 能降低为“写损失”。当然在RAID3的操作 过程中也可做一些优化，如写数据时以条块 为单位，则可减少一次读操作（不需要读刚 写入数据的条块）。
16
RAID3对系统的性能造成的影信响第息16安讲全
• ③校验盘损坏时的读操作：
– 只需要在数据存储盘中找到相应的数据块进行 读取操作即可，不会增加任何额外的系统开销。
• ④数据盘损坏时的读操作：
– 如果要读已损坏的数据盘，则必须同时读出其 他未损坏盘的数据和校验盘的数据，然后做异 或运算，获得数据。可见这种情况下一次读操 作变为N-1次读操作加相应的异或运算，效率 会下降很多。
第16讲 信息安全
3
4.1数据存储安全
第16讲 信息安全
• 数据存储安全实际上有两个部分：
对于运行中的数据常常使用磁盘阵列技术保证其安全 。
对于静态数据常常使用数据备份等技术保证其安全。
• 服务器市场上常用的磁盘阵列技术是廉价冗余磁 盘阵列（RAID，Redundant Array of Inexpensive Disk）技术。
第16讲 信息安全
• RAID1（镜像（Mirror）阵列——有数据冗
余，无校验信息）称为镜像技术
• 原理：硬盘镜像最简单的形式，通过把两 个硬盘连结在一个控制器上来实现的。数 据写在某一硬盘上时，它同时被写在相应 的镜像盘上。当一个盘驱动器发生故障， 计算器系统仍能正常工作，因为它可以在 剩下的那块好盘上操作数据。
• 异或运算有个特性，就是异或运算中的任何一个 数，都可由其它所有数（包括结果）经异或运算 得到。
• RAID2-RAID5的基本工作原理 如果有N块磁盘，将N-1块磁盘的数据做异或运算 放到第N块磁盘上，那么这N块磁盘中任何一个盘 中相同位置的数据丢失都可由其他所有盘上的同 样位置的数据重建得到。
第4章 数据安全防护
1
教学要求：
第16讲 信息安全
• 网络中数据的安全是网络安全的重要部分。 本章我们从几个不同的角度讲解网络数据 的安全防护。
• 主要内容：
– 数据存储安全 – 数据加密与鉴别 – 数据通信安全
• 教学重点：
– 数据加密的基本概念与方式
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4.1数据存储安全
• 4.1.1 磁盘阵列备份 • 4.1.2 对现有数据的保护
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第16讲 信息安全
RAID 3优点 可以象RAID1那样提供容错功能； 成本低。而且容量的额外开销从RAID1 的1/2下降为1/N（N为磁盘的数量）。随 着所使用磁盘数量的增多，成本开销会 越来越小。 对于大量的连续数据可提供很好的传输率。
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第16讲 信息安全
缺点 造成写瓶颈
适用范围 RAID3适合于那些写入操作较少，读取操作
• 使用RAID技术（特点）
可以提高数据的安全性外；
可以加快系统运行的速度；
提高系统的数据容量。
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第16讲 信息安全
原理：其实现的基本方法是使用一定的策略 将多个磁盘连接在一起协同工作。RAID是通 过磁盘阵列与数据条块化方法相结合，以提 高数据可用率的一种结构。
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1 RAID0
第16讲 信息安全
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第16讲 信息安全
⑤当我们更换了损坏的磁盘之后，系统必须一 个数据块一个数据块的重建坏盘中的数据。虽 然整个过程都是在后台自动进行，但在重建新 盘数据的时候整个系统的性能会受到严重的影 响。
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6 RAID4
第16讲 信息安全
• 同RAID2， RAID3一样，RAID4，RAID5 也同样将数据条块化并分布于不同的磁盘 上，但条块单位为块或记录。RAID4使用 一块磁盘作为奇偶校验盘，每次写操作都 需要访问奇偶盘， 成为写操作的瓶颈。在 商业应用中很少使用。
• RAID0（Striping阵列——没有数据冗余， 没有校验信息）又称直接硬盘分段
原理：RAID0将多个磁盘构建成1个逻辑盘， 然后将连续的数据分割成多块，并且分别写在 多个磁盘上。因为多个磁盘有多个通道，所以 对多块数据进行写的时候可以同时进行，所以 从理论上讲，有几块磁盘构成RAID0，其写盘 的速度就可提高几倍。
优点：很高的数据传输率（读写速度快）；
缺点：降低了数据的安全性。
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第16讲 信息安全
应用范围：对数据传输的速度要求很高，但对安 全性的要求相对较宽松，这种情况可以考虑将磁盘 阵列配置为RAID0。 应用：在图像工作站中进行图像编辑或图像生成 对数据传输的速度要求很高，但对安全性的要求较 宽松。
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2 RAID1
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4 RAID2
第16讲 信息安全
从概念上讲， RAID2同RAID3类似， 两 者都是将数据条块化分布于不同的硬盘上 ，条块单位为位或字节。然而RAID2 使用 称为"加重平均纠错码"的编码技术来提供错 误检查及恢复。这种编码技术需要多个磁 盘存放检查及恢复信息，使得RAID2技术实 施更复杂，因此在商业环境中很少使用。
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第16讲 信息安全
优点： 提高了数据安全性： 平衡了度请求负荷，提高度速率；
缺点： 未改善写数据的性能； 费用高
适用范围：RADI1适用于对安全性要求高， 且不能降低运行速度，资金又有一定保证的场 合。 适用：如证券公司的系统等。
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3 异或（XOR）操作产生奇偶校信第验息16安讲全
• 从RAID2到RAID5都是用异或（XOR）操作产生 奇偶效验数据，当系统中有一个硬盘发生故障时 ，也是用异或操作重建数据。
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5 RAID3
第Βιβλιοθήκη Baidu6讲 信息安全
• RAID3原理：使用单块磁盘存放奇偶校验 信息。如果一块磁盘失效，奇偶盘及其他 数据盘可以重新产生数据。如果奇偶盘失 效，则不影响数据使用。RAID 3采用的是 一种较为简单的校验实现方式，使用一个 专门的磁盘存放所有的校验数据，而在剩 余的磁盘(逻辑盘)中创建带区集分散数据的 读写操作。
较多 的应用环境 适用
如数据库和WEB服务等。
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RAID3对系统的性能造成的影信响第息16安讲全
• ①数据盘和校验盘完好时的读操作：
– 只需要在数据存储盘中找到相应的数据块进行 读取操作即可，不会增加任何额外的系统开销。
• ②数据盘和校验盘完好时的写操作：
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第16讲 信息安全
对任何一个数据盘写数据时，都要重写校 验盘。因此，必须在写入新数据后，读出所 有数据盘的数据，然后做异或操作，最后写 校验盘。 因此，一次写的操作至少包含：两次写盘， N-1（N为RAID3所包含的总磁盘数）次读盘， 系统的性能会降低很多，称这种写盘时的性 能降低为“写损失”。当然在RAID3的操作 过程中也可做一些优化，如写数据时以条块 为单位，则可减少一次读操作（不需要读刚 写入数据的条块）。
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RAID3对系统的性能造成的影信响第息16安讲全
• ③校验盘损坏时的读操作：
– 只需要在数据存储盘中找到相应的数据块进行 读取操作即可，不会增加任何额外的系统开销。
• ④数据盘损坏时的读操作：
– 如果要读已损坏的数据盘，则必须同时读出其 他未损坏盘的数据和校验盘的数据，然后做异 或运算，获得数据。可见这种情况下一次读操 作变为N-1次读操作加相应的异或运算，效率 会下降很多。
第16讲 信息安全
3
4.1数据存储安全
第16讲 信息安全
• 数据存储安全实际上有两个部分：
对于运行中的数据常常使用磁盘阵列技术保证其安全 。
对于静态数据常常使用数据备份等技术保证其安全。
• 服务器市场上常用的磁盘阵列技术是廉价冗余磁 盘阵列（RAID，Redundant Array of Inexpensive Disk）技术。
第16讲 信息安全
• RAID1（镜像（Mirror）阵列——有数据冗
余，无校验信息）称为镜像技术
• 原理：硬盘镜像最简单的形式，通过把两 个硬盘连结在一个控制器上来实现的。数 据写在某一硬盘上时，它同时被写在相应 的镜像盘上。当一个盘驱动器发生故障， 计算器系统仍能正常工作，因为它可以在 剩下的那块好盘上操作数据。
• 异或运算有个特性，就是异或运算中的任何一个 数，都可由其它所有数（包括结果）经异或运算 得到。
• RAID2-RAID5的基本工作原理 如果有N块磁盘，将N-1块磁盘的数据做异或运算 放到第N块磁盘上，那么这N块磁盘中任何一个盘 中相同位置的数据丢失都可由其他所有盘上的同 样位置的数据重建得到。