1、 1 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：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 2 目目 录录 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

2、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 CDN.10 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

3、.2 应用场景总结.19 4.2.1 DHFS 架构.19 4.2.2 Ceph 框架.20 4.2.3 Swift 框架.21 4.2.4 总结及改进思考.22 3 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

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 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 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

5、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

6、注的问题。QKD(量子密钥分发，Quantum Key Distribution)是一种利用量子态实现安全密钥分发的方案，常用于保障传输数据的安全性。本研究报告探索 QKD 在传输安全之外更丰富的量子安全服务应用场景，比如数据存储、数据处理等方面，也提供量子安全的能力。本研究报告首先介绍了分布式云存储及量子安全技术相关概念，总结了分布式云存储当前现状及相关背景研究。接着介绍了当前云存储系统在政务、金融、电力、广电、航空、交通、教育、医疗等多方面领域的应用场景，并对主流云存储系统架构进行了分析总结，并提出了改进思考。本研究报告对三种当前主流的容错存储方案的优缺点对比分析、分布式云存储系统如何融入