Luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin tìm hiểu mô hình điện toán đám mây và vấn đề bảo mật dữ liệu trong điện toán đám mây

i Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http //lrc tnu edu vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN&TRUYỀN THÔNG PHẠM THỊ PHƯỢNG TÌM HIỂU MÔ HÌNH ĐIỆN TOÁN ĐÁM M[.]

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN&TRUYỀN THÔNG

PHẠM THỊ PHƯỢNG

TÌM HIỂU MÔ HÌNH ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

VÀ VẤN ĐỀ BẢO MẬT DỮ LIỆU TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM

MÂY

Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60 48 0101

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HỒ VĂN CANH

Thái Nguyên – 2019

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Học viên xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của bản thân, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Hồ Văn Canh

Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công

bố dưới bất cứ hình thức nào Tất cả các nội dung tham khảo, kế thừa của các tác giả khác đều được trích dẫn đầy đủ

Em xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Tác giả

Phạm Thị Phượng

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Học viên trân trọng cảm ơn sự quan tâm, tạo điều kiện và động viên của Lãnh đạo Đại học Thái Nguyên, các thầy cô Khoa Đào tạo sau đại học, các khoa đào tạo và các quý phòng ban Học viện trong suốt thời gian qua

Học viên xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới TS Hồ Văn Canh đã nhiệt tình định hướng, bồi dưỡng, hướng dẫn học viên thực hiện các nội dung khoa học trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn sự động viên, giúp đỡ to lớn từ phía Cơ quan đơn

vị, đồng nghiệp và gia đình đã hỗ trợ học viên trong suốt quá trình triển khai các nội dung nghiên cứu

Mặc dù học viên đã rất cố gắng, tuy nhiên, luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Học viên kính mong nhận được sự đóng góp từ phía Cơ sở đào tạo, quý thầy cô, các nhà khoa học để tiếp tục hoàn thiện và tạo cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo

Xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng năm 2019

Học viên

Phạm Thị Phượng

Trang 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

Trang 5

Trang 6

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Điện toán đám mây_ Cloud Computing được hình thành năm 1969 và có

sự phát triển mạnh mẽ từ khi có internet băng thông rộng, đã làm thay đổi cách thức hoạt động của điện toán truyền thống Hiện nay, điện toán đám mây (ĐTĐM) được các quốc gia trên thế giới ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực hoạt động của đời sống, kinh tế xã hội Bằng việc tối ưu sử dụng các nguồn tài nguyên hệ thống, điện toán đám mây đem lại nhiều lợi ích, cơ hội mới cho các các cơ quan,

tổ chức, doanh nghiệp trong quá trình đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin, truyền thông vào hoạt động chuyên ngành [3, 4]

Các hoạt động liên quan tới điện toán đám mây được chính phủ các quốc gia phát triển mang tính chiến lược trên phạm vi toàn thế giới như đám mây Nebula, google moderator của Mỹ, đám mây G-clould của Anh, kasumigaseki của Nhật Bản…bởi vậy điện toán đám mây luôn thu hút nhiều quốc gia, tổ chức, các tập đoàn, công ty và nhà khoa học, các chuyên gia đầu tư nghiên cứu [10, 11, 13]

Ở nước ta hiện nay, hầu hết các tổ chức, doanh nghiệp đã có hiểu biết cơ bản về điện toán đám mây Nhiều tổ chức, doanh nghiệp đã và đang sử dụng điện toán đám mây theo các mức độ khác nhau Một số công trình nghiên cứu [3, 6] đã chỉ rõ điện toán đám mây là giải pháp tối ưu để các doanh nghiệp nước ta giảm thiểu chi phí cũng như tăng hiệu suất làm việc ở mức tối đa

Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng cho thấy có nhiều vấn

đề về nguy cơ an ninh an toàn thông tin đang đặt ra hiện nay đối với việc lưu trữ

dữ liệu trên đám mây [16, 24] Do vậy, tình hình sử dụng công nghệ đám mây còn gặp phải một số khó khăn nhất định, hiệu quả ứng dụng chưa phát huy tối đa tính

ưu việt của các dịch vụ Trước những yêu cầu cấp bách đó, đòi hỏi cần có những nghiên cứu, giải pháp tăng tính an toàn cho đám mây cũng như việc bảo mật thông tin, dữ liệu lưu trữ

Trang 7

Xuất phát từ thực tiễn đó, luận văn “Tìm hiểu điện toán đám mây và vấn đề

bảo mật dữ liệu trong điện toán đám mây” mang tính cấp thiết, thực sự có ý nghĩa

khoa học và thực tiễn

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tìm hiểu về điện toán đám mây, kiến trúc, mô hình, ưu nhược điểm và giới thiệu một số nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây

- Nghiên cứu một số vấn đề bảo mật dữ liệu trong điện toán đám mây và phương pháp khắc phục Từ đó đi sâu tìm hiểu phương pháp bảo vệ dữ liệu đã lưu trữ bằng các thuật toán mã hóa AES và RSA

- Nghiên cứu và cài đặt, thử nghiệm hệ thống máy chủ lưu trữ ownCloud

3 Hướng nghiên cứu của luận văn

Nghiên cứu tổng quan mô hình điện toán đám mây, một số vấn đề bảo mật

dữ liệu trong điện toán đám mây và phương pháp khắc phục Từ đó đi sâu nghiên cứu phương pháp bảo vệ dữ liệu đã lưu trữ bằng các thuật toán mã hóa trên máy chủ ownCloud Nghiên cứu xây giải pháp mã hóa dữ liệu an toàn từ phía người dùng và ổ chức cài đặt, thực nghiệm, đánh giá các kết quả nghiên cứu đạt được

4 Những nội dung nghiên cứu chính

Chương 1: Tổng quan về điện toán đám mây

Nghiên cứu về tổng quan khái niệm, lịch sử hình thành và phát triển của điện toán đám mây, kiến trúc và một số mô hình của điện toán đám mây Đồng thời phân tích chỉ ra những ưu, nhược điểm, tình hình triển khai nghiên cứu ứng dụng và sử dụng công nghệ điện toán đám mây thế giới và tại Việt Nam

Chương 2: Bảo vệ thông tin trong điện toán đám mây

Nội dung Chương 2 nghiên cứu tìm hiểu vấn đề an ninh thông tin, một số tiêu chuẩn về an ninh thông tin, phân loại an ninh thông tin trong điện tóa đám mây, vấn đề an ninh dữ liệu trong điện toán đám mây và giải pháp Trên cơ sở đó, tập trung phân tích hai thuật toán mã hóa dữ liệu lưu trữ cho điện toán đám mây

là RSA và AES

Chương 3: Ứng dụng bảo vệ thông tin trong điện toán đám mây

Trang 8

Nghiên cứu và xây dựng điện toán đám mây riêng tích hợp công cụ thu thập thông tin tự động dựa trên phần mềm mã nguồn mở ownCloud và Apache Nutch Nghiên cứu phân tích thuật toán mã hóa dữ liệu phía ownCloud và đề xuất xây dựng giải pháp mã hóa dữ liệu an toàn phía client sử dụng RSA kết hợp AES 256 Tiến hành cài đặt, thực nghiệm và rút ra những kết luận, đề xuất

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu các bài báo khoa học trong nước và quốc tế

- Nghiên cứu một số vấn đề bảo mật dữ liệu trong điện toán đám mây và phương pháp khắc phục Từ đó đi sâu tìm hiểu phương pháp bảo vệ dữ liệu đã lưu trữ bằng các thuật toán mã hóa AES và RSA

- Cài đặt ứng dụng thử nghiệm và đánh giá

6 Ý nghĩa khoa học của luận văn

Nghiên cứu vấn đề bảo mật dữ liệu trong điện toán đám mây có ý nghĩa và vai trò to lớn trong việc vệ an ninh thông tin Đây là vấn đề đang được quan tâm, thu hút nhiều quốc gia, tổ chức, cá nhân đầu tư nghiên cứu Luận văn đã kết hợp hai kỹ thuật sử dụng các search engine để xây dựng đám mây thu tin tự động và

kỹ thuật mã hóa để bảo mật dữ liệu Do vậy, luận văn có tính khoa học và ứng dụng thực tiễn

Trang 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 1.1 Điện toán đám mây

Điện toán đám mây - Cloud Computing (sau đây có thể gọi tắt là đám mây)

là mô hình điện toán đang tiến tới hoàn chỉnh, mỗi tổ chức tiêu chuẩn, mỗi hãng công nghệ đang đưa ra những định nghĩa và cách nhìn của riêng mình

Theo Wikipedia: “Điện toán đám mây là một mô hình điện toán có khả

năng co giãn linh động, các tài nguyên thường được ảo hóa và được cung cấp như một dịch vụ trên mạng Internet”

Theo Ian Foster: “Một mô hình điện toán phân tán có tính co giãn lớn mà

hướng theo co giãn về mặt kinh tế, là nơi chứa các sức mạnh tính toán, kho lưu trữ, các nền tảng và các dịch vụ được trực quan, ảo hóa và co giãn linh động, sẽ được phân phối theo nhu cầu cho các khách hàng bên ngoài thông qua Internet”

Một số định nghĩa thì cho rằng điện toán đám mây là điện toán máy chủ ảo, tuy nhiên, định nghĩa này chưa thực sự đầy đủ và chính xác, máy chủ ảo không phải là thành phần thiết yếu của một đám mây Nó chỉ là thành phần chủ chốt để một vài loại đám mây hoạt động

Hiện tại, định nghĩa của Viện tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia Mỹ - NIST (National Institute of Science and Technology) được cho là thể hiện rõ nhất bản

chất của điện toán đám mây [14]: điện toán đám mây là mô hình điện toán cho

phép truy cập qua mạng để lựa chọn và sử dụng tài nguyên tính toán (mạng, máy chủ, lưu trữ, ứng dụng và dịch vụ…) theo nhu cầu một cách thuận tiện và nhanh chóng Đồng thời, điện toán đám mây cũng cho phép kết thúc sử dụng dịch vụ, giải phóng tài nguyên dễ dàng, giảm thiểu các tương tác với nhà cung cấp

Như vậy, điện toán đám mây có thể coi là bước tiếp theo của ảo hóa, bao gồm ảo hóa phần cứng và ứng dụng, là thành phần quản lý, tổ chức, vận hành các

hệ thống ảo hóa trước đó

Điện toán đám mây có năm đặc điểm chính như sau:

Tự phục vụ theo nhu cầu (On-deman self-service): Người sử dụng có thể tự

cung cấp các tài nguyên như máy chủ ảo, tài khoản email… mà không cần có

Trang 10

người tương tác với nhân viên của nhà cung cấp dịch vụ (nhân viên công nghệ thông tin)

Mạng lưới truy cập rộng lớn (Broad Network Access): Khách hàng có thể

truy cập tài nguyên qua mạng máy tính (như mạng Internet) từ nhiều thiết bị khác nhau (điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính xách tay…)

Tài nguyên được chia sẻ (Resource Pooling): Tài nguyên của các nhà cung

cấp dịch vụ được chia sẻ tới nhiều khách hàng Thông thường, các công nghệ ảo hóa được sử dụng để cho nhiều bên cùng thuê và cho phép tài nguyên được cấp phát động dựa theo nhu cầu của khách hàng

Tính linh hoạt nhanh (Rapid elasticity): Tài nguyên có thể được cung cấp

và giải phóng nhanh, tự động dựa trên nhu cầu Khách hàng có thể tăng hoặc giảm việc sử dụng dịch vụ đám mây một cách dễ dàng theo nhu cầu hiện tại của mình

Ước lượng dịch vụ (Measured service): Khách hàng chỉ chi trả cho tài

nguyên thực tế họ đã sử dụng Thông thường, nhà cung cấp dịch vụ sẽ cung cấp cho khách hàng bảng điều khiển (dashboard) để họ có thể theo dõi việc sử dụng dịch vụ của họ

Điện toán đám mây đã khắc phục được yếu điểm quan trọng của điện toán truyền thống về khả năng mở rộng và độ linh hoạt Các công ty, tổ chức có thể triển khai ứng dụng và dịch vụ nhanh chóng, giảm chi phí và ít rủi ro về đầu tư ban đầu

1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của điện toán đám mây

Điện toán đám mây thường được mọi người biết đến như một công nghệ mới được phát triển trong những năm gần đây Tuy nhiên, khái niệm này không mới như ta vẫn nghĩ Điện toán đám mây đã bắt đầu được hình thành vào khoảng giữa thế kỷ 20, khi có sự ra đời của các máy tính mainframe Dưới đây là một số mốc phát triển quan trọng của điện toán đám mây [20]:

Năm 1969, J.C.R Liicklider là người chịu trách nhiệm tạo điều kiện cho sự phát triển của APANET trong cuốn Advanced Research Project Agency Network

đã nêu ý tưởng về mạng máy tính giữa các thiên hà, có vẻ giống với điện toán đám mây

Trang 11

Tuy nhiên, cho đến năm 1999, điện toán đám mây mới cho thấy thành tựu của sự phát triển với cột mốc là điện toán đám mây của Saleforce.com với các ứng dụng doanh nghiệp cung cấp thông qua một trang web đơn giản, mở đường cho việc cung cấp các ứng dụng trên Internet

Năm 2002, Amazon Web Service cung cấp bộ các dịch vụ lưu trữ, tính toán, trí tuệ nhân tạo…

Năm 2004, mạng xã hội Facebook ra đời kết nối và lưu dữ liệu, tạo thành một dịch vụ đám mây cá nhân

Năm 2006, Amazon ra mắt EC2 (Elastic Compute), là một dịch vụ web thương mại cho phép các công ty nhỏ, cá nhân thuê máy tính mà trên đó để chạy các ứng dụng máy tính của mình

Cuối năm 2008 là sự ra đời của điện toán đám mây Azue của Microsoft Năm 2009, Google Apps chính thức được phát hành, sau đó, liên tiếp các hãng công nghệ có tên tuổi tham gia cung cấp dịch vụ liên quan đến điện toán đám mây như Rackspace, IBM…

Cho tới nay, các công ty đã tích cực cải thiện dịch vụ và khả năng đáp ứng của mình để phục vụ nhu cầu cho người sử dụng một cách tốt nhất Đặc biệt, số người dùng điện thoại thông minh và máy tính bảng tăng nhanh trong những năm gần đây đã giúp cho các dịch vụ điện toán đám mây ngày càng phát triển vượt bậc, mang nhiều trải nghiệm mới cho người dùng, kết nối mọi lúc mọi nơi qua môi trường Internet

1.3 Kiến trúc điện toán đám mây

Kiến trúc điện toán đám mây bao gồm nhiều thành phần đám mây liên kết với nhau Ta có thể chia kiến trúc điện toán đám mây thành hai phần quan trọng: nền tảng font-end và nền tảng back-end Hai phần này kết nối với nhau thông qua mạng máy tính, thường là mạng Internet [18]

Front-end là phần thuộc về phía khách hàng dùng máy tính Hạ tầng khách

hàng trong nền tảng font-end (Client Infrastructure) là những yêu cầu phần mềm hoặc phần cứng (hệ thống mạng của khách hàng hoặc máy tính) để sử dụng các

Trang 12

dịch vụ trên điện toán đám mây Thiết bị cung cấp cho khách hàng có thể là trình duyệt, máy tính để bàn, máy xách tay, điện thoại thông minh…

Back-end đề cập đến chính đám mây của hệ thống, bao gồm tất cả các tài

nguyên cần thiết để cung cấp dịch vụ điện toán đám mây Nó gồm các thành phần con chính như: cơ sở hạ tầng, lưu trữ, máy ảo, cơ chế an ninh, dịch vụ, mô hình triển khai, máy chủ…

Hình 1.1: Kiến trúc điện toán đám mây

Cơ sở hạ tầng (Infrastructure) của điện toán đám mây là phần cứng được cung cấp như dịch vụ, nghĩa là được chia sẻ và có thể sử dụng lại dễ dàng Các tài nguyên phần cứng được cung cấp theo thời gian cụ thể theo yêu cầu Dịch vụ kiểu này giúp cho khách hàng giảm chi phí bảo hành, chi phí sử dụng,…

Lưu trữ (Storage): Lưu trữ đám mây là khái niệm tách dữ liệu khỏi quá trình

xử lý và chúng được lưu trữ ở những vị trí từ xa Lưu trữ đám mây thường được triển khai theo các dạng: đám mây công cộng, đám mây riêng, đám mây cộng đồng hoặc đám mây lai Lưu trữ đám mây cũng bao gồm cả các dịch vụ cơ sở dữ liệu, ví dụ như BigTable của Google, SimpleDB của Amazon,…

Cloud Runtime: Là dịch vụ phát triển phần mềm ứng dụng và quản lý các yêu cầu phần cứng, nhu cầu phần mềm Ví dụ nền dịch vụ như khung ứng dụng web, web hosting

Trang 13

Dịch vụ (Service): Dịch vụ đám mây là một phần độc lập có thể kết hợp với các dịch vụ khác để thực hiện tương tác, kết hợp giữa các máy tính với nhau

để thực thi chương trình ứng dụng theo yêu cầu trên mạng Ví dụ các dịch vụ hiện nay như: Simple Queue Service, Google Maps, các dịch vụ thanh toán linh hoạt trên mạng của Amazon

Ứng dụng: Ứng dụng đám mây (Cloud Application) là một đề xuất về kiến trúc phần mềm sẵn sàng phục vụ, nhằm loại bỏ sự cần thiết phải mua phần mềm, cài đặt, vận hành và duy trì ứng dụng tại máy bàn/thiết bị của người sử dụng Ứng dụng đám mây loại bỏ được các chi phí để bảo trì và vận hành các chương trình ứng dụng

Các máy chủ sử dụng các giao thức nhất định được gọi là middleware giúp các thiết bị kết nối để giao tiếp với nhau

1.4 Một số mô hình điện toán đám mây

1.4.1 Các mô hình dịch vụ

Điện toán đám mây có thể được xem như một nhóm các dịch vụ, trong đó

có 3 mô hình dịch vụ chính [9, 14]: phần mềm như một dịch vụ, nền tảng như một dịch vụ, cơ sở hạ tầng như một dịch vụ

Phần mềm như một dịch vụ (SaaS - Software as a Service): Tất cả các

phần mềm (tài chính, nhân sự, bán hàng, tư vấn) được cung cấp như một dịch vụ Nghĩa là người dùng sử dụng các phần mềm của nhà cung cấp dịch vụ chạy trên một nền tảng đám mây và sẽ truy cập các phần mềm này thông qua Web Với SaaS, người dùng lựa chọn ứng dụng phù hợp với nhu cầu và chạy ứng dụng đó trên cơ sở hạ tầng đám mây mà không cần quan tâm đến việc quản lý tài nguyên phần cứng - công việc này đã có nhà cung cấp dịch vụ lo Nhà cung cấp dịch vụ

sẽ quản lý, kiểm soát và đảm bảo ứng dụng luôn sẵn sang và hoạt động ổn định

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	804,85 KB

Tiêu đề	Tìm hiểu mô hình điện toán đám mây và vấn đề bảo mật dữ liệu trong điện toán đám mây
Tác giả	Phạm Thị Phượng
Người hướng dẫn	TS. Hồ Văn Canh
Trường học	Đại học Thái Nguyên
Chuyên ngành	Công nghệ thông tin
Thể loại	Luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Thái Nguyên