Nghiên cứu bảo vệ an toàn dữ liệu khi sử dụng dịch vụ lưu trữ điện toán đám mây

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu về bảo vệ an toàn dữ liệu trong dịch vụ lưu trữ điện toán đám mây, đảm bảo an ninh và bảo mật thông tin.

• Tác giả: Nguyễn Minh Tiến
• Người hướng dẫn: TS. Lê Quang Minh
• Trường học: Trường Đại Học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa Học Máy Tính
• Đề tài: Nghiên Cứu Bảo Vệ An Toàn Dữ Liệu Khi Sử Dụng Dịch Vụ Lưu Trữ Điện Toán Đám Mây
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯU TRỮ VÀ BẢO MẬT DỮ LIỆU ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Kết quả đạt được
• 1.5. Cấu trúc luận văn
• 1.6. Khái quát về điện toán đám mây
• 1.7. Đặc điểm của điện toán đám mây
• 1.8. Kiến trúc của điện toán đám mây
• 1.9. Các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây
• 1.10. Phương pháp bảo vệ dữ liệu lưu trữ trên đám mây
• 1.11. Một số vấn đề thực tế về an toàn dữ liệu trong lưu trữ trên đám mây hiện nay
• 1.12. Các biện pháp bảo vệ dữ liệu lưu trữ trên đám mây được sử dụng hiện nay
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG
• 2.1. Tổng quan về phương pháp nâng cao độ tin cậy hệ thống
• 2.2. Một số khái niệm
• 2.3. Phương pháp đánh giá độ tin cậy của hệ thống qua cấu trúc hệ thống
• 2.4. Khái quát về cơ chế RAID và RAID đối với bài toán an toàn dữ liệu cho hệ thống máy
• 2.5. Đánh giá độ tin cậy của các hệ thống RAID
• 2.6. Triển khai RAID
• 2.7. Giải pháp RBCS
• 2.8. Xây dựng quy trình bài toán thực tế doanh nghiệp
• 2.8.1. Cơ chế lưu trữ dữ liệu của RBCS
• 2.8.2. Mô hình bài toán dựa trên lý thuyết xác suất và độ tin cậy của hệ thống
• 2.9. Ứng dụng bài toán thực tế tại Phòng Giáo dục và Đào tạo thị xã Đông Triều
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về bảo vệ an toàn dữ liệu trong lưu trữ đám mây

Bảo vệ an toàn dữ liệu trong dịch vụ lưu trữ điện toán đám mây là một vấn đề ngày càng quan trọng trong thời đại số. Với sự gia tăng sử dụng các dịch vụ như Google Drive, Dropbox, và Amazon Cloud Drive, việc đảm bảo an toàn cho dữ liệu trở thành một thách thức lớn. Các nhà cung cấp dịch vụ cần phải xây dựng các chính sách bảo mật chặt chẽ để bảo vệ thông tin của người dùng khỏi các mối đe dọa tiềm ẩn.

1.1. Khái niệm về bảo mật dữ liệu trong điện toán đám mây

Bảo mật dữ liệu trong điện toán đám mây bao gồm các biện pháp và chính sách nhằm bảo vệ thông tin khỏi các mối đe dọa như tấn công mạng, mất mát dữ liệu và truy cập trái phép. Điều này bao gồm việc mã hóa dữ liệu, kiểm soát truy cập và sao lưu dữ liệu định kỳ.

1.2. Tầm quan trọng của bảo vệ dữ liệu trong dịch vụ đám mây

Bảo vệ dữ liệu không chỉ giúp ngăn chặn mất mát thông tin mà còn xây dựng lòng tin từ phía người dùng. Một dịch vụ lưu trữ đám mây an toàn sẽ thu hút nhiều khách hàng hơn, từ đó gia tăng doanh thu cho nhà cung cấp.

II. Các thách thức trong bảo vệ an toàn dữ liệu lưu trữ đám mây

Mặc dù có nhiều lợi ích, nhưng việc bảo vệ an toàn dữ liệu trong dịch vụ lưu trữ đám mây cũng đối mặt với nhiều thách thức. Các mối đe dọa từ bên ngoài và bên trong có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho người dùng và nhà cung cấp dịch vụ.

2.1. Các mối đe dọa từ tấn công mạng

Tấn công mạng như ransomware, phishing và DDoS là những mối đe dọa lớn nhất đối với dữ liệu lưu trữ trên đám mây. Các cuộc tấn công này có thể dẫn đến mất mát dữ liệu và thiệt hại tài chính cho cả người dùng và nhà cung cấp.

2.2. Rủi ro từ việc quản lý dữ liệu không hiệu quả

Quản lý dữ liệu không hiệu quả có thể dẫn đến việc mất mát thông tin quan trọng. Việc không sao lưu dữ liệu định kỳ hoặc không thực hiện các biện pháp bảo mật cần thiết có thể khiến dữ liệu dễ bị tổn thương.

III. Phương pháp bảo vệ an toàn dữ liệu trong dịch vụ đám mây

Để bảo vệ an toàn dữ liệu trong dịch vụ lưu trữ đám mây, các nhà cung cấp cần áp dụng nhiều phương pháp khác nhau. Những phương pháp này không chỉ giúp bảo vệ dữ liệu mà còn nâng cao độ tin cậy của hệ thống.

3.1. Mã hóa dữ liệu để bảo vệ thông tin

Mã hóa dữ liệu là một trong những biện pháp hiệu quả nhất để bảo vệ thông tin. Bằng cách mã hóa dữ liệu trước khi lưu trữ, ngay cả khi dữ liệu bị đánh cắp, kẻ tấn công cũng không thể truy cập vào nội dung của nó.

3.2. Chính sách kiểm soát truy cập nghiêm ngặt

Việc thiết lập các chính sách kiểm soát truy cập nghiêm ngặt giúp đảm bảo rằng chỉ những người có quyền mới có thể truy cập vào dữ liệu nhạy cảm. Điều này bao gồm việc sử dụng xác thực đa yếu tố và phân quyền người dùng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của các biện pháp bảo vệ dữ liệu

Nhiều tổ chức đã áp dụng các biện pháp bảo vệ dữ liệu trong dịch vụ lưu trữ đám mây và đạt được những kết quả tích cực. Việc áp dụng các công nghệ mới và quy trình bảo mật đã giúp giảm thiểu rủi ro và tăng cường an toàn cho dữ liệu.

4.1. Các trường hợp thành công trong bảo vệ dữ liệu

Nhiều công ty lớn đã áp dụng thành công các biện pháp bảo vệ dữ liệu, như mã hóa và kiểm soát truy cập, giúp họ bảo vệ thông tin khách hàng và duy trì uy tín trên thị trường.

4.2. Kết quả nghiên cứu về an toàn dữ liệu

Nghiên cứu cho thấy rằng các tổ chức áp dụng các biện pháp bảo vệ dữ liệu hiệu quả có tỷ lệ mất mát dữ liệu thấp hơn đáng kể so với những tổ chức không thực hiện các biện pháp này.

V. Kết luận và tương lai của bảo vệ dữ liệu trong đám mây

Bảo vệ an toàn dữ liệu trong dịch vụ lưu trữ đám mây là một lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng. Với sự gia tăng của các mối đe dọa, các nhà cung cấp dịch vụ cần liên tục cải tiến các biện pháp bảo mật để bảo vệ thông tin của người dùng.

5.1. Xu hướng tương lai trong bảo mật dữ liệu

Trong tương lai, các công nghệ như trí tuệ nhân tạo và học máy sẽ được áp dụng nhiều hơn trong việc phát hiện và ngăn chặn các mối đe dọa an ninh mạng, giúp bảo vệ dữ liệu hiệu quả hơn.

5.2. Tầm quan trọng của việc nâng cao nhận thức về bảo mật

Nâng cao nhận thức về bảo mật dữ liệu trong cộng đồng người dùng là rất quan trọng. Người dùng cần hiểu rõ về các rủi ro và cách bảo vệ thông tin của mình khi sử dụng dịch vụ lưu trữ đám mây.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của Internet và công nghệ điện toán đám mây, các dịch vụ lưu trữ đám mây như Google Drive, Dropbox, Box, OneDrive ngày càng được sử dụng rộng rãi với hàng tỷ người dùng trên toàn cầu. Theo ước tính, số người sử dụng đám mây công cộng có thể đạt tới 1 tỷ trước năm 2020, cho thấy sự phổ biến và tầm quan trọng của công nghệ này trong lưu trữ và quản lý dữ liệu. Tuy nhiên, cùng với sự gia tăng này, vấn đề bảo vệ an toàn dữ liệu khi sử dụng dịch vụ lưu trữ đám mây trở thành thách thức lớn do nguy cơ mất mát, đánh cắp hoặc truy cập trái phép dữ liệu cá nhân và doanh nghiệp.

Luận văn tập trung nghiên cứu các giải pháp bảo vệ an toàn dữ liệu trên nền tảng điện toán đám mây, đặc biệt là ứng dụng cơ chế RAID (Redundant Array of Independent Disks) nhằm nâng cao độ tin cậy và tính toàn vẹn của dữ liệu. Mục tiêu cụ thể là phân tích các phương pháp bảo vệ dữ liệu hiện có, đánh giá ưu nhược điểm, từ đó đề xuất giải pháp mới mang tên RBCS (RAID Based Cloud Storage) kết hợp giữa dự phòng dữ liệu và lưu trữ phân tán trên nhiều tài khoản đám mây khác nhau. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các dịch vụ lưu trữ đám mây phổ biến và ứng dụng thực tế tại các doanh nghiệp Việt Nam trong giai đoạn từ năm 2012 đến 2017.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ an toàn, bảo mật dữ liệu cho người dùng và doanh nghiệp, đồng thời góp phần phát triển các giải pháp lưu trữ đám mây hiệu quả, giảm thiểu rủi ro mất dữ liệu và tăng cường khả năng phục hồi khi xảy ra sự cố.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết về điện toán đám mây và lý thuyết về độ tin cậy hệ thống.

1. Lý thuyết điện toán đám mây: Điện toán đám mây là mô hình cung cấp dịch vụ công nghệ thông tin qua mạng Internet, bao gồm các mô hình dịch vụ như IaaS (Infrastructure as a Service), PaaS (Platform as a Service) và SaaS (Software as a Service). Các mô hình triển khai gồm đám mây công cộng, đám mây riêng, đám mây cộng đồng và đám mây lai. Khái niệm này giúp hiểu rõ về kiến trúc, đặc điểm và các nhà cung cấp dịch vụ đám mây phổ biến như Google Drive, Dropbox, Box.

2. Lý thuyết độ tin cậy hệ thống và cơ chế RAID: Độ tin cậy được định nghĩa là xác suất hệ thống hoặc phần tử hoạt động an toàn trong khoảng thời gian khảo sát. Hệ thống có thể được cấu trúc nối tiếp hoặc song song, trong đó hệ thống song song có độ tin cậy cao hơn do có dự phòng. RAID là kỹ thuật lưu trữ dữ liệu trên nhiều ổ đĩa cứng nhằm tăng tốc độ truy xuất và dự phòng dữ liệu, gồm các cấp độ RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 6, RAID 10 với các đặc điểm và ứng dụng khác nhau. RAID giúp nâng cao tính toàn vẹn và khả năng phục hồi dữ liệu trong hệ thống lưu trữ.

Ba khái niệm chính được sử dụng trong nghiên cứu là: tính toàn vẹn dữ liệu, tính bảo mật dữ liệu và độ tin cậy hệ thống lưu trữ.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng kết hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

• Phân tích, tổng hợp tài liệu: Thu thập và nghiên cứu các tài liệu liên quan đến lưu trữ dữ liệu, an toàn dữ liệu trên đám mây, các giải pháp bảo vệ dữ liệu hiện hành và cơ chế RAID để xây dựng cơ sở lý thuyết vững chắc.

• Nghiên cứu thực tiễn: Khảo sát thực trạng bảo mật dữ liệu trên các dịch vụ lưu trữ đám mây phổ biến, đánh giá hiệu quả các giải pháp hiện có thông qua các trường hợp thực tế và báo cáo ngành.

• Thực nghiệm và mô phỏng: Thực hiện các thử nghiệm so sánh giữa giải pháp mã hóa truyền thống và giải pháp đề xuất RBCS, đánh giá độ tin cậy, tính khả thi và hiệu quả trong việc bảo vệ dữ liệu.

Nguồn dữ liệu chính bao gồm các tài liệu khoa học, báo cáo ngành, số liệu thống kê về các vụ tấn công an ninh mạng, và dữ liệu thực nghiệm từ các mô hình thử nghiệm. Cỡ mẫu nghiên cứu thực nghiệm được thiết kế phù hợp với quy mô doanh nghiệp Việt Nam, sử dụng phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có chủ đích để đảm bảo tính đại diện. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2012 đến 2017, tập trung vào các dịch vụ lưu trữ đám mây phổ biến và các doanh nghiệp ứng dụng.

Phương pháp phân tích dữ liệu chủ yếu là phân tích định tính kết hợp với mô hình toán học đánh giá độ tin cậy hệ thống dựa trên lý thuyết xác suất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Nguy cơ mất an toàn dữ liệu trên đám mây rất cao: Theo thống kê, dịch vụ Dropbox từng bị hacker tấn công và lấy cắp thông tin đăng nhập của hơn 7 triệu tài khoản, gây ra nguy cơ rò rỉ dữ liệu cá nhân nghiêm trọng. Google Drive cũng từng bị phát hiện lỗ hổng bảo mật liên quan đến chia sẻ liên kết, làm tăng nguy cơ truy cập trái phép. Các cuộc tấn công như MITM, phishing, DDoS là những mối đe dọa phổ biến ảnh hưởng đến an toàn dữ liệu trên đám mây.

2. Giải pháp mã hóa dữ liệu có ưu điểm nhưng chưa đủ: Mã hóa dữ liệu giúp bảo vệ tính bí mật, toàn vẹn và không thể chối bỏ của dữ liệu. Tuy nhiên, nhược điểm lớn là không thể ngăn chặn hoàn toàn việc mất dữ liệu do mất khóa, lỗ hổng bảo mật hoặc lỗi từ nhà cung cấp dịch vụ. Việc quản lý khóa mã hóa cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro, chưa có giải pháp hoàn hảo.

3. Cơ chế RAID nâng cao độ tin cậy lưu trữ: Các cấp độ RAID như RAID 1, RAID 5, RAID 6 và RAID 10 cung cấp các mức độ dự phòng khác nhau, giúp tăng tốc độ truy xuất và bảo vệ dữ liệu khi một hoặc nhiều ổ đĩa bị hỏng. Ví dụ, RAID 6 cho phép mất tối đa 2 ổ đĩa mà không mất dữ liệu, phù hợp với các hệ thống yêu cầu độ an toàn cao.

4. Giải pháp RBCS hiệu quả trong thực tế: Giải pháp RBCS kết hợp cơ chế dự phòng của RAID với lưu trữ phân tán trên nhiều tài khoản đám mây khác nhau, giúp đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật dữ liệu. Dữ liệu được phân mảnh và lưu trữ độc lập, giảm thiểu rủi ro mất dữ liệu do sự cố hoặc tấn công từ nhà cung cấp dịch vụ. Thực nghiệm cho thấy RBCS nâng cao độ tin cậy hệ thống lưu trữ lên khoảng 30-40% so với các giải pháp truyền thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến các rủi ro mất an toàn dữ liệu là do tính chất tập trung và phụ thuộc vào nhà cung cấp dịch vụ đám mây, cùng với các lỗ hổng bảo mật trong giao diện API và quy trình chia sẻ dữ liệu. Mã hóa dữ liệu tuy là giải pháp phổ biến nhưng không thể giải quyết triệt để các vấn đề về mất khóa hoặc tấn công nội bộ.

So với các nghiên cứu trước đây, giải pháp RBCS mang tính đột phá khi kết hợp ưu điểm của RAID và lưu trữ phân tán, vừa nâng cao độ tin cậy vừa tăng cường bảo mật. Kết quả thực nghiệm và mô phỏng cho thấy khả năng chịu lỗi và phục hồi dữ liệu của hệ thống được cải thiện rõ rệt, phù hợp với yêu cầu thực tế của các doanh nghiệp Việt Nam.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh độ tin cậy giữa các giải pháp, bảng thống kê số lần lỗi và thời gian phục hồi dữ liệu, giúp minh họa hiệu quả của giải pháp RBCS một cách trực quan.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai giải pháp RBCS trong doanh nghiệp: Các doanh nghiệp nên áp dụng cơ chế lưu trữ phân tán dựa trên RAID kết hợp nhiều tài khoản đám mây để nâng cao tính toàn vẹn và bảo mật dữ liệu. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 6-12 tháng, chủ thể thực hiện là bộ phận công nghệ thông tin doanh nghiệp phối hợp với nhà cung cấp dịch vụ đám mây.

2. Tăng cường đào tạo và nâng cao nhận thức về an toàn dữ liệu: Tổ chức các khóa đào tạo về bảo mật dữ liệu, quản lý khóa mã hóa và sử dụng các công cụ bảo vệ dữ liệu cho nhân viên. Mục tiêu giảm thiểu rủi ro do lỗi con người, thời gian triển khai 3-6 tháng, chủ thể là phòng nhân sự và IT.

3. Xây dựng chính sách quản lý khóa mã hóa và phân quyền truy cập chặt chẽ: Thiết lập quy trình quản lý khóa bảo mật, phân quyền truy cập dữ liệu theo nguyên tắc tối thiểu quyền hạn, đảm bảo chỉ người dùng hợp pháp mới có thể truy cập dữ liệu nhạy cảm. Thời gian thực hiện 6 tháng, chủ thể là bộ phận bảo mật thông tin.

4. Đầu tư nâng cấp hạ tầng và sử dụng phần mềm RAID cứng: Doanh nghiệp nên đầu tư sử dụng các thiết bị RAID cứng để tăng hiệu suất và độ tin cậy lưu trữ, đồng thời giảm tải cho hệ thống. Thời gian thực hiện 12 tháng, chủ thể là ban lãnh đạo và phòng IT.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý công nghệ thông tin doanh nghiệp: Giúp hiểu rõ các giải pháp bảo vệ dữ liệu trên đám mây, từ đó xây dựng chiến lược lưu trữ và bảo mật phù hợp, giảm thiểu rủi ro mất dữ liệu.

2. Chuyên gia và kỹ sư bảo mật thông tin: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về cơ chế RAID, các phương pháp nâng cao độ tin cậy hệ thống và ứng dụng thực tế trong lưu trữ đám mây.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khoa học máy tính, công nghệ thông tin: Là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết và thực nghiệm trong lĩnh vực bảo vệ an toàn dữ liệu điện toán đám mây.

4. Doanh nghiệp cung cấp dịch vụ lưu trữ đám mây: Giúp cải tiến sản phẩm, nâng cao chất lượng dịch vụ và tăng cường bảo mật cho khách hàng thông qua việc áp dụng các giải pháp dự phòng và phân tán dữ liệu.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao dữ liệu lưu trữ trên đám mây lại có nguy cơ mất an toàn?
   Dữ liệu trên đám mây phụ thuộc vào nhà cung cấp dịch vụ và hạ tầng mạng, dễ bị tấn công qua các lỗ hổng bảo mật, lỗi quản lý khóa mã hóa hoặc tấn công từ bên trong. Ví dụ, dịch vụ Dropbox từng bị hacker lấy cắp thông tin đăng nhập của hơn 7 triệu tài khoản.

2. Giải pháp mã hóa dữ liệu có thể bảo vệ dữ liệu trên đám mây hoàn toàn không?
   Mã hóa giúp bảo vệ tính bí mật và toàn vẹn dữ liệu nhưng không thể ngăn chặn mất dữ liệu do mất khóa hoặc lỗi hệ thống. Việc quản lý khóa mã hóa cũng là thách thức lớn, nếu mất khóa sẽ không thể giải mã dữ liệu.

3. RAID là gì và có vai trò như thế nào trong bảo vệ dữ liệu?
   RAID là kỹ thuật lưu trữ dữ liệu trên nhiều ổ đĩa cứng để tăng tốc độ truy xuất và dự phòng dữ liệu. Ví dụ, RAID 6 cho phép mất tối đa 2 ổ đĩa mà không mất dữ liệu, giúp nâng cao độ tin cậy và khả năng phục hồi dữ liệu.

4. Giải pháp RBCS khác gì so với các giải pháp truyền thống?
   RBCS kết hợp cơ chế dự phòng của RAID với lưu trữ phân tán trên nhiều tài khoản đám mây, giúp giảm thiểu rủi ro mất dữ liệu do sự cố hoặc tấn công từ nhà cung cấp dịch vụ, đồng thời nâng cao tính bảo mật và toàn vẹn dữ liệu.

5. Doanh nghiệp cần chuẩn bị gì để triển khai giải pháp RBCS?
   Doanh nghiệp cần đầu tư hạ tầng hỗ trợ RAID, xây dựng quy trình quản lý khóa và phân quyền truy cập, đào tạo nhân viên về bảo mật dữ liệu, đồng thời phối hợp với nhà cung cấp dịch vụ đám mây để triển khai lưu trữ phân tán.

Kết luận

• Luận văn đã làm rõ các vấn đề an toàn dữ liệu trên nền tảng điện toán đám mây, chỉ ra những hạn chế của các giải pháp hiện có như mã hóa dữ liệu truyền thống.
• Cơ chế RAID được phân tích chi tiết về các cấp độ và khả năng nâng cao độ tin cậy hệ thống lưu trữ.
• Giải pháp RBCS được đề xuất kết hợp ưu điểm của RAID và lưu trữ phân tán, chứng minh hiệu quả qua thực nghiệm và mô phỏng.
• Đề xuất các giải pháp triển khai cụ thể nhằm nâng cao bảo mật và tính toàn vẹn dữ liệu cho doanh nghiệp.
• Khuyến nghị các bước tiếp theo bao gồm triển khai thử nghiệm thực tế, đào tạo nhân sự và hoàn thiện chính sách quản lý khóa mã hóa để đảm bảo an toàn dữ liệu lâu dài.

Luận văn là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà quản lý, chuyên gia bảo mật và doanh nghiệp trong việc nâng cao an toàn dữ liệu trên nền tảng điện toán đám mây. Để tiếp tục phát triển, cần mở rộng nghiên cứu về các công nghệ bảo mật mới và áp dụng giải pháp RBCS trong các môi trường đa dạng hơn. Hành động ngay hôm nay để bảo vệ dữ liệu doanh nghiệp trước các nguy cơ ngày càng gia tăng!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯU TRỮ VÀ BẢO MẬT DỮ LIỆU ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY Chương này tập trung làm rõ những lý thuyết cơ bản về điện toán đám mây, vấn đề lưu trữ dữ liệu trên đám mây, bao gồm khái niệm, vai trò, kiến trúc, mô hình dịch vụ, mô hình triển khai điện toán đám mây, những nhà cung cấp dịch vụ và những vấn đề lưu trữ dữ liệu đám mây: mã hóa dữ liệu, bảo mật truy cập. Khái quát về điện toán đám mây 1. Khái niệm Điện toán đám mây (Cloud Computing), còn gọi là điện toán máy chủ ảo, là mô hình điện toán sử dụng các công nghệ máy tính và phát triển dựa vào mạng Internet. Thuật ngữ "đám mây" ở đây là lối nói ẩn dụ chỉ mạng Internet (dựa vào cách được bố trí của nó trong sơ đồ mạng máy tính) và như một liên tưởng về độ phức tạp của các cơ sở hạ tầng chứa trong nó.

Ở mô hình điện toán này, mọi khả năng liên quan đến công nghệ thông tin đều được cung cấp dưới dạng các "dịch vụ", cho phép người sử dụng truy cập các dịch vụ công nghệ từ một nhà cung cấp nào đó "trong đám mây" mà không cần phải có các kiến thức, kinh nghiệm về công nghệ đó, cũng như không cần quan tâm đến các cơ sở hạ tầng phục vụ công nghệ đó. Mô hình điện toán đám mây 6 1. Đặc điểm của điện toán đám mây Những ưu điểm và thế mạnh dưới đây đã góp phần giúp "điện toán đám mây" trở thành mô hình điện toán được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới: - Tốc độ xử lý nhanh, cung cấp cho người dùng những dịch vụ nhanh chóng và giá thành rẻ dựa trên nền tảng cơ sở hạ tầng tập trung (đám mây). - Chi phí đầu tư ban đầu về cơ sở hạ tầng, máy móc và nguồn nhân lực của người sử dụng điện toán đám mây được giảm đến mức thấp nhất.

- Không còn phụ thuộc vào thiết bị và vị trí địa lý, cho phép người dùng truy cập và sử dụng hệ thống thông qua trình duyệt web ở bất kỳ đâu và trên bất kỳ thiết bị nào mà họ sử dụng (chẳng hạn là PC hoặc là điện thoại di động…). - Chia sẻ tài nguyên và chi phí trên một địa bàn rộng lớn, mang lại các lợi ích cho người dùng. - Với độ tin cậy cao, không chỉ dành cho người dùng phổ thông, điện toán đám mây còn phù hợp với các yêu cầu cao và liên tục của các công ty kinh doanh và các nghiên cứu khoa học. Tuy nhiên, một vài dịch vụ lớn của điện toán đám mây đôi khi rơi vào trạng thái quá tải, khiến hoạt động bị ngưng trệ.

Khi rơi vào trạng thái này, người dùng không có khả năng để xử lý các sự cố mà phải nhờ vào các chuyên gia từ “đám mây” tiến hành xử lý. - Khả năng mở rộng được, giúp cải thiện chất lượng các dịch vụ được cung cấp trên “đám mây”. - Khả năng bảo mật được cải thiện do sự tập trung về dữ liệu. - Các ứng dụng của điện toán đám mây dễ dàng để sửa chữa và cải thiện về tính năng bởi lẽ chúng không được cài đặt cố định trên một máy tính nào.

- Tài nguyên sử dụng của điện toán đám mây luôn được quản lý và thống kê trên từng khách hàng và ứng dụng, theo từng ngày, từng tuần, từng tháng. Điều này đảm bảo cho việc định lượng giá cả của mỗi dịch vụ do điện toán đám mây cung cấp để người dùng có thể lựa chọn phù hợp. Kiến trúc của điện toán đám mây Hình 1. Mô tả kiến trúc của điện toán đám mây Điện toán đám mây bao gồm 6 thành phần cơ bản: - Cơ sở hạ tầng (Infrastructure) - Lưu trữ đám mây (Cloud Storage) - Nền tảng đám mây (Cloud Platform) - Ứng dụng (Application) - Dịch vụ (Services) - Khách hàng (Client) Các mô hình triển khai điện toán đám mây: 8 - Đám mây công cộng (Public cloud) - Đám mây riêng ( Private cloud) - Đám mây cộng đồng (Community cloud) - Đám mây lai (Hybird cloud) Hình 1.

Các mô hình triển khai điện toán đám mây 1. Các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây Các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây cung cấp các dịch vụ của họ theo ba mô hình cơ bản: Cơ sở hạ tầng như một dịch vụ (IaaS – Infrastructure as a Service), nền tảng như một dịch vụ (PaaS – Platform as a Service) và phần mềm như một dịch vụ (SaaS – Software as a Service) Hình 1. Các mô hình dịch vụ của điện toán đám mây - IaaS: Cho phép bạn truy cập đến phần cứng hệ thống mạng máy tính. Cung cấp nhiều nguồn tài nguyên như là firewalls, load balancers, các địa chỉ IP nhưng hệ điều hành và các ứng dụng sẽ do bạn cài đặt và cập nhật.

Điều này giúp 9 bạn linh hoạt hơn trong việc sử dụng tài nguyên vào mục đích gì. IaaS xuất hiện rộng rãi bởi các nhà cung cấp Amazon, Memset, Google, Windows…. Một cách giúp quản lý IaaS dễ dàng hơn là phát triển các templates cho các dịch vụ đám mây nhằm tạo ra 1 bản kế hoạch chi tiết để xây dựng hệ thống ready-to-use, và tránh tình trạng di chuyển giữa các đám mây khác nhau. Với loại mô hình này hiện nay có các nhà cung cấp dịch vụ lớn như là Amazon Web services và Microsoft Azure.

Amazon Web service hiện đang là nhà cung cấp dịch vụ cloud IaaS giàu tiềm năng nhất, tuy nhiện hiện nay họ đang phải cạnh tranh về thì phần với 2 ông lớn công nghệ là Microsoft và Google. Amazon Web Services là tập hợp các dịch vụ cung cấp cho người lập trình có khả năng truy cập tới hạ tầng kiến trúc tính toán kiểu sẵn sàng-để-sử dụng (ready-to-use) của Amazon. Các máy tính có nền tảng vững chắc đã được xây dựng và tinh chế qua nhiều năm của Amazon bây giờ là có thể cho phép bất cứ ai cũng có quyền cập tới Internet. Amazon cung cấp một số dịch vụ Web nhưng trong loạt bài viết này chỉ tập trung vào các dịch vụ khối hợp nhất (building-block) cơ bản, cái mà đáp ứng được một số yêu cầu cốt lõi của hầu hết các hệ thống như: lưu trữ, tính toán, truyền thông điệp và tập dữ liệu.

Bạn có thể xây dựng các ứng dụng phức tạp và gồm nhiều phần khác nhau bằng cách sử dụng các chức năng phân tầng với các dịch vụ đáng tin cậy, hiệu quả khối hợp nhất được cung cấp bởi Amazon. Các dịch vụ Web mà tồn tại bên trong đám mây phía bên ngoài môi trường của bạn và có khả năng thực hiện là rất cao. Bạn sẽ trả chỉ dựa trên những cái bạn sử dụng mà không cần phải trả trước các chi phí và vốn đầu tư ban đầu. Bạn không cần phải mất chi phí cho bảo trì bởi vì phần cứng được duy trì và phục vụ bởi Amazon.

Trong ngành dịch vụ IaaS này Microsoft Azure thật sự là một một đối thủ nặng kí của AWS. Với thế mạnh về phân tích, lưu trữ cá nhân và đặc biệt là giải quyết được các thảm họa như phục hồi dữ liệu, khắc phục lỗi ứng dụng với các gói dịch vụ mở rộng của họ. Microsoft Azure là nền tảng điện toán đám mây mở 10 và linh hoạt cho phép bạn nhanh chóng xây dựng, triển khai và quản lý các ứng dụng thông qua mạng lưới toàn cầu của trung tâm dữ liệu Microsoft. Microsoft Azure luôn đảm bảo tính sẵn sàng và có thiết kế tải cân bằng và có khả năng tự phục hồi khi phần cứng có sự cố.

Bạn có thể sử dụng bất kỳ ngôn ngữ, công cụ hay nền tảng nào để xây dựng các ứng dụng. Và bạn có thể tích hợp các ứng dụng trên đám mây công cộng của bạn với môi trường IT có sẵn. - SaaS: cho bạn truy cập đến các phần mềm trên nền tảng đám mây mà không cần quản lý cơ sở hạ tầng và nền tảng nó đang chạy phù hợp khi bạn muốn tập trung vào người dùng cuối. Điều này có nghĩa là nó dễ dàng truy cập và có khả năng mở rộng.

Có rất nhiều ví dụ về SaaS gồm email, phần mềm văn phòng và các công cụ kiểm toán từ Google, Microsoft, Freshbooks … Các “as a service” khác. Khi mô tả về điện toán đám mây, người ta hay thêm vào “as a service” phía sau để định nghĩa nó là 1 hệ thống mạng toàn cầu hơn là ngồi trên máy tính trong văn phòng. Từ “Storage as a service” (StaaS), “Data as a service” (DaaS) đến “Security as a service” (SECaaS), có rất nhiều biến thể từ 3 dạng gốc nói trên.com và insightly là hai nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám đám mây SaaS lớn hiện nay. Salesforce một nhà cung cấp giải pháp SaaS CRM với các Gartner nêu rõ rằng công ty đang chiếm lĩnh thị trường này.

Insightly cung cấp SaaS CRM tích hợp với Gmail và Google Apps của Google, cũng như Outlook 2013 và Office 365. Với các ứng dụng dịch vụ của Insightly giúp khách hàng theo dõi và nghiên cứu được các khách hàng tiềm năng của họ. Tất cả các ứng dụng có thể truy cập từ iOS va Android. - PaaS: hỗ trợ người sử dụng điện toán đám mây bằng các hệ điều hành, cơ sở dữ liệu, máy chủ web và môi trường thực thi lập trình.

Hơn nữa, nó cho phép bạn tập trung vào các ứng dụng cụ thể, cho phép các nhà cung cấp đám mây quản lý và đo đạc tài nguyên 1 cách tự động. 11 Vậy PaaS có thể cho phép bạn tập trung hơn vào ứng dụng và dịch vụ đầu cuối hơn là phí thời gian cho hệ điều hành. Các nhà cung cấp IaaS cũng cung cấp PaaS, giúp bạn giảm tải công việc. Với loại hình công nghệ loại này có 2 nhà đầu tư phát triển nổi bật là Red Hat OpenShiftPhần mềm chạy dịch vụ là mã nguồn mở và có sẵn trên GitHub với tên “OpenShift Origin”.

Người phát triển phần mềm có thể sử dụng Git để triển khai ứng dụng bằng các ngôn ngữ khác nhau trên nền tảng. Đặc biệt, OpenShift cũng hỗ trợ các ứng dụng web dạng phần mềm mã nhị phân, miễn là nó có thể chạy trên RHEL Linux. Điều này làm tăng tính tùy biến của hệ thống, hỗ trợ nhiều ngôn ngữ và frameworks. OpenShift bảo trì dịch vụ bên dưới ứng dụng và thống kê ứng dụng nếu cần thiết.

Các dịch vụ đám mây phổ biến như: EC2 của Amazon, Azure của Microsoft, IBM cung cấp Smart Cloud Enterprise, Google cung cấp App Engine, Redhat cung cấp Redhat’s Openshift, Vmware có Cloud Foundry, Viện Công nghiệp Phần mềm và Nội dung số Việt Nam có iDragon Clouds.