2024年基于量子安全的分布式容错云存储应用场景研究报告-量子科技产学研创新联盟.pdf

编制说明

本报告围绕基于量子安全的分布式容错云存储的应用场景展开

研究。本报告首先介绍了存储技术、容错技术及量子安全相关概念，

并列举了分布式容错云存储技术在多个行业领域的应用场景，分析总

结了当前分布式云存储系统主流架构，接着本报告提出了基于量子安

全的分布式容错云存储技术方案，包括需求分析、方案设计、技术路

线实现、技术特点总结等内容。最后本报告对研究内容进行了总结，

并给出发展建议。

编写组成员：马春利、赵勇、黄强、李东东、赵梅生、武宏宇、赵于康、

王子、周晓刚、刘勇、刘绘

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目录

编制说明1

目录2

1前言1

2缩略语1

3相关技术介绍2

3.1存储技术2

3.1.1集中式存储3

3.1.2分布式存储3

3.2容错技术4

3.2.1数据镜像4

3.2.2纠删码4

3.2.3秘密共享5

3.3量子安全5

3.3.1基于数学方法5

3.3.2基于物理方法6

4分布式云存储应用场景6

4.1应用场景介绍7

4.1.1电子政务云7

4.1.2金融科技8

4.1.3电力行业9

4.1.4广电CDN10

4.1.5航空电子系统11

4.1.6铁路综合视频监控13

4.1.7车联网14

4.1.8气象数据15

4.1.9高校数据中心17

4.1.10医疗大数据18

4.2应用场景总结19

4.2.1DHFS架构19

4.2.2Ceph框架20

4.2.3Swift框架21

4.2.4总结及改进思考22

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5基于量子安全的分布式容错云存储23

5.1需求分析23

5.2方案设计24

5.2.1量子安全保证数据的机密性24

5.2.2纠删技术实现数据的完整性与容错性25

5.2.3秘密共享增强用户对密钥的分散存储及数据的管控25

5.3技术路线实现25

5.3.1三种存储方案的比较26

5.3.2基于量子安全的分布式容错云存储架构27

5.3.3应用层密钥秘密共享及数据预处理27

5.3.4系统层的数据存储容错处理31

5.4技术特点总结32

5.4.1存储技术与量子安全相结合32

5.4.2密钥的秘密共享及分散存储32

5.4.3密钥密文同存保护32

5.4.4纠删码与副本拷贝混合存储策略33

5.4.5系统低速处理高速处理分离33

6展望33

7参考文献34

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量子科技产学研创新联盟基于量子安全的分布式容错云存储应用场景研究

1前言

数据存储已成为现代信息技术和数字化社会的基石，深刻影响着各行各业的

发展以及人们日常生活的方方面面，其发展与研究的意义非常重大。

通过存储技术使得数据信息可以得到保存与传承；企业和组织中，数据存储

已经成为业务运营的核心部分；随着大数据时代的到来，数据存储也成为数据分

析与决策的基础；数据存储技术的进步也不断推动着科技创新的发展。比如在人

工智能、机器学习等前沿技术方面需要大量的数据进行训练和验证，而高效的数

据存储解决方案为这些技术发展提供了坚实基础。

随着云计算技术的发展，数据存储也已进入云存储时代，分布式云存储成为

数据云存储的研究热点之一。然而，随着越来越多的个人和企业将敏感信息委托

给云服务，数据安全和隐私变得至关重要。数据泄露或未经授权访问的潜在后果

是严重的，从经济损失到声誉损害。面对众多的网络威胁和复杂的攻击技术，需

要强有力的安全措施来应对防范这些风险。如何更高效更安全地存储数据已经成

为云存储最为关注的问题。

QKD(量子密钥分发，QuantumKeyDistrib