基于REST服务的文件分片保存方法及其实现

姚云潇，何成万

武汉工程大学计算机科学与工程学院，湖北 武汉 430205

在互联网发达的今天，个人信息、商业机密等重要数据的泄露已经屡见不鲜［1-2］。发生数据泄露的主要原因是计算机系统缺乏有效的安全防护，很容易导致黑客、木马等的入侵［3-4］。随着云计算技术［5-6］的发展，云平台［7-8］变得越来越安全可靠。云平台是云服务的重要载体，它不仅能够保存用户的大量数据，而且提供用户应用程序的运行环境。用户把数据从自己的电脑转移到云平台存储是必然趋势［9］。

REST服务是一种以资源为中心的架构［10］，客户端程序使用HTTP协议的GET，PUT，POST，DELETE等4种基本方法访问REST服务［11］。主要的云平台都提供了自己的REST API［12-13］，用户可以基于这些REST API开发自己的应用程序，并使用云平台提供的一些功能。

传统的文件加密方法可以在一定程度上防止数据泄露，但理论上一个完整的加密文件是可以被破解的［14-15］。

为了实现文件的安全存储及共享，提出基于REST服务的文件分片保存方法。该方法把一个文件分割成多个文件片，然后把这些文件片分别上传到公共云平台的不同位置，并能够根据用户的请求从云平台下载文件片进行文件的还原。同时通过角色的权限控制，保证了有相应权限的客户才能共享云平台上的文件。由于实现了文件的分片保存，即使一个文件片被盗，原有文件也不能被还原，进一步提高了文件存储的安全性。

1 基于REST服务的文件分片保存方法

基于REST服务和云平台的文件分片保存方法的结构如图1所示。

图1 基于REST服务和云平台的文件分片保存的结构图Fig.1 Structure diagram of file storing in pieces based on REST service and cloud platform

该系统是一个多层结构，分为客户层、服务器层、云平台层。客户层主要指客户的应用程序。服务器层是自主实现的用于文件分片存储和角色控制的REST服务，包括对外公开的REST API及一些公共服务。云平台层指云计算厂商提供的云存储服务。

客户程序调用文件存储REST API进行角色权限的确认、文件的分片及还原、权限设置以及元数据的管理等。文件片被保存到云平台的桶（Bucket）中。在进行文件分割时，需要指定分片数量（通过配置文件设置）。把文件分割成指定数量的文件片，并随机分配文件片在云平台中的保存路径。所有文件片被正确上传后，文件片的名称、大小，以及保存路径、传送状态等元信息被保存到数据库中。文件分片保存的流程如图2所示。

图2 文件分片保存的流程图Fig.2 Flowchart of storing file pieces

对于云平台上的某个目录，针对不同角色设置不同权限。如表1中的权限设置示例，角色role A对目录/customer1有读写权限，角色role B对目录/customer1有读权限，角色role B对目录/customer2有写权限。管理人员根据实际需要，把用户按使用角色分组，按照角色的权限大小分别指定。

表1 角色权限设置示例Tab.1 Examples of role privilege setting

运行在服务器中的文件存储REST服务分为两类：对外公开的REST服务和公共服务。这些REST服务的主要功能如表2所示。

文件的分片信息、文件片在云平台的保存位置、以及文件和文件片的状态等元信息被保存在数据库中。数据库的表结构如图3所示。其中，表M_OBJECT中保存文件信息，表M_SHARE中保存文件片信息，表M_BUCKET中保存云平台的桶信息，表M_PATH中保存目录信息，表M_ROLE中保存角色信息，表M_PERMISSION中保存权限信息。

基于REST服务的文件分片保存方法在安全性、接口、元信息的共享等方面具有如表3所示的一些特点。从安全性的角度考虑，该方法比传统的文件加密方法具有更高的安全性。

表2 系统包含的服务Tab.2 Services of system

图3 云数据存储的表结构图Fig.3 Table structure of cloud data storage

表3 基于REST服务的文件分片保存的特点Tab.3 Characteristics of storing file pieces based on REST services

2 文件分片存储REST服务的实现

本节以文件分片上传保存服务和下载还原服务为例，描述REST服务的实现流程。云平台使用的是亚马逊的S3。

2.1 文件分片保存服务

服务PUTObject的功能是把文件分片后上传到云平台存储，其执行过程如图4所示的顺序图。

1）客户端APP使用PUT方法调用PUTObject服务。传递的参数包括：Bucket_ID（文件保存的桶编号）、文件大小、文件类型、角色ID以及文件对象本身。

2）服务PUTObject使用PUT方法调用文件分散控制器。传递的参数包括：Bucket_ID（文件保存的桶编号）、文件大小、文件类型、角色ID以及文件对象本身。

3）文件分散控制器使用POST方法调用元数据管理服务，请求进行文件的分割处理。传递的参数包括：Bucket_ID（文件保存的桶编号）、文件大小、文件类型、角色ID以及文件对象的MD5值。另外，通过URL参数“assignment”指定请求类型。

4）元数据管理服务确认角色具有相应权限后，进行文件的分割。同时，随机生成指定数量（分割的文件片数）的目录名，和文件片进行关联，最后把文件片信息返回给文件分散控制器。返回的文件片信息是一个数组，其大小是分割的文件片数。

图4 服务PUTObject的顺序图Fig.4 Sequence diagram of PUTObject service

5）文件分散控制器使用PUT方法调用云平台的文件存储服务，把多个文件片同时上传到云平台保存。

6）如果所有文件片上传成功，文件分散控制器使用POST方法调用元数据管理服务，把文件对象和文件分片的状态信息更新到数据库。

7）以上处理过程中如果发生了错误，则返回错误消息给客户端。

2.2 文件下载还原服务

服务GETObject的功能是从云平台下载文件片并进行文件的还原，其执行过程如图5所示的顺序图。

图5 服务GETObject的顺序图Fig.5 Sequence diagram of GETObject service

1）客户端APP使用GET方法调用GETObject服务。传递的参数包括：文件名、Bucket_ID（文件保存的桶编号）、角色ID。

2）服务GETObject使用GET方法调用文件分散控制器。传递的参数包括：文件名、Bucket_ID（文件保存的桶编号）、角色ID。

3）文件分散控制器使用GET方法调用元数据管理服务，获取文件片的相关元信息。传递的参数包括：文件名、Bucket_ID（文件保存的桶编号）、角色ID。另外，通过URL参数“location”指定请求类型。

4）元数据管理服务确认角色具有相应权限后，把文件片信息返回给文件分散控制器。返回的文件片信息是一个数组，其大小是文件片数。

5）文件分散控制器使用GET方法调用云平台的文件下载服务。

6）如果所有文件片下载成功，文件分散控制器进行文件片的合并操作，并把合并后的文件返回给客户端。

7）以上处理过程中如果发生了错误，则返回错误消息给客户端。

3 结 语

以上介绍了一种基于REST服务和云平台的文件分片安全存储方法，设计并实现了相关REST API，并以文件分片保存功能和文件下载还原功能为例，阐述了REST服务的实现方法及REST服务间的调用关系。与现有的文件加密方法相比，该方法不仅进一步提高了文件的安全性，而且客户端APP很容易使用REST API实现文件的共享。