本發(fā)明涉及云計(jì)算安全與密鑰管理，具體涉及一種基于預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)的kms密鑰預(yù)分配與彈性調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

1、隨著數(shù)據(jù)加密需求的日益增長(zhǎng)，密鑰管理系統(tǒng)（kms）已成為保障信息安全的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。然而，當(dāng)前kms技術(shù)面臨多方面的挑戰(zhàn)，嚴(yán)重限制了其在實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的應(yīng)用效果。傳統(tǒng)kms在處理突發(fā)請(qǐng)求時(shí)普遍采用實(shí)時(shí)生成密鑰的方式，這種方法存在明顯的性能瓶頸，尤其體現(xiàn)在非對(duì)稱(chēng)加密算法中。以rsa?2048位密鑰為例，單次生成過(guò)程需要超過(guò)100毫秒，在高并發(fā)場(chǎng)景下導(dǎo)致請(qǐng)求隊(duì)列堆積，響應(yīng)時(shí)間大幅延長(zhǎng)，直接影響關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

2、針對(duì)實(shí)時(shí)生成的性能問(wèn)題，業(yè)界提出了密鑰預(yù)分配方案，但這類(lèi)靜態(tài)預(yù)分配策略仍存在固有缺陷。現(xiàn)有預(yù)分配方案通常采用固定數(shù)量的預(yù)生成密鑰池，無(wú)法根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。這導(dǎo)致了資源配置的雙重困境：在業(yè)務(wù)低谷期，大量預(yù)生成密鑰閑置造成資源浪費(fèi)；而在業(yè)務(wù)高峰期，預(yù)分配池可能迅速耗盡，系統(tǒng)被迫退化到實(shí)時(shí)生成模式，重新面臨性能問(wèn)題。此外，預(yù)分配密鑰的安全存儲(chǔ)也構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為確保安全性，預(yù)生成的密鑰必須進(jìn)行加密保護(hù)，但大規(guī)模預(yù)生成不僅顯著增加了存儲(chǔ)成本，也擴(kuò)大了潛在的攻擊面，若存儲(chǔ)系統(tǒng)遭到入侵，可能導(dǎo)致大量密鑰材料泄露，帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

3、這些技術(shù)瓶頸在業(yè)務(wù)應(yīng)用升級(jí)、營(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)啟動(dòng)等高并發(fā)場(chǎng)景中尤為突出，系統(tǒng)響應(yīng)延遲可能從毫秒級(jí)別延長(zhǎng)至秒級(jí)，影響用戶(hù)體驗(yàn)并增加業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，在合規(guī)要求日益嚴(yán)格的行業(yè)環(huán)境下，密鑰生命周期管理不完善也增加了合規(guī)風(fēng)險(xiǎn)，難以確保過(guò)期密鑰的徹底銷(xiāo)毀和有效追蹤。業(yè)界亟需一種能夠平衡性能、成本與安全的新型密鑰管理技術(shù)方案，以應(yīng)對(duì)現(xiàn)代信息系統(tǒng)對(duì)密鑰服務(wù)的多維度需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)的kms密鑰預(yù)分配與彈性調(diào)度方法，將性能預(yù)測(cè)結(jié)果深度嵌入預(yù)生成密鑰池的管理體系中，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)擴(kuò)縮容策略的智能化；基于對(duì)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景負(fù)載特征的精準(zhǔn)分析，實(shí)現(xiàn)了預(yù)生成密鑰算法比例的動(dòng)態(tài)調(diào)整；通過(guò)獨(dú)特的密鑰分片技術(shù)和熱/溫/冷三級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，在保障密鑰安全性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)成本的優(yōu)化；構(gòu)建了一套完善的實(shí)時(shí)請(qǐng)求路由和安全降級(jí)機(jī)制，確保了系統(tǒng)在各種復(fù)雜情況下的穩(wěn)定性和可靠性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種基于預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)的kms密鑰預(yù)分配與彈性調(diào)度方法，包括以下步驟：

3、步驟s1：預(yù)測(cè)未來(lái)t小時(shí)內(nèi)的kms密鑰請(qǐng)求量及峰值qps，并輸出預(yù)測(cè)結(jié)果的置信區(qū)間；

4、步驟s2：根據(jù)所述預(yù)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)計(jì)算kms預(yù)分配密鑰池大小并選擇適合的密鑰類(lèi)型；

5、步驟s3：將預(yù)生成的kms密鑰按照熱池、溫池和冷池三級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全存儲(chǔ)；

6、步驟s4：根據(jù)實(shí)時(shí)請(qǐng)求量與預(yù)測(cè)結(jié)果的對(duì)比，實(shí)現(xiàn)kms密鑰分配的優(yōu)先級(jí)路由和安全降級(jí)處理。

7、進(jìn)一步地，步驟s1中預(yù)測(cè)步驟采用prophet-lightgbm混合模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，包括：

8、步驟s11：通過(guò)prophet對(duì)時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行基線(xiàn)分解，輸出趨勢(shì)項(xiàng)、季節(jié)項(xiàng)和殘差項(xiàng)；

9、步驟s12：將分解后的特征與業(yè)務(wù)特征拼接為組合特征向量，所述業(yè)務(wù)特征包括時(shí)間特征和業(yè)務(wù)特征；

10、步驟s13：通過(guò)lightgbm基于組合特征進(jìn)行殘差預(yù)測(cè)，通過(guò)誤差傳播公式：

11、；

12、其中，和分別表示置信區(qū)間的下限和上限；

13、：計(jì)算置信區(qū)間的下限；

14、：計(jì)算置信區(qū)間的上限；

15、表示prophet模型的預(yù)測(cè)值；

16、表示prophet預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差；

17、表示lightgbm分位數(shù)差值的半寬；

18、表示總預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差。

19、進(jìn)一步地，動(dòng)態(tài)計(jì)算預(yù)分配密鑰池大小的步驟包括：

20、步驟s21：通過(guò)公式：

21、；

22、計(jì)算預(yù)分配密鑰池的大小，其中

23、是預(yù)測(cè)的密鑰請(qǐng)求量；

24、是安全系數(shù)；

25、是最小池容量；

26、是預(yù)分配密鑰池的大??；

27、步驟s22：基于預(yù)測(cè)的負(fù)載特征，自動(dòng)調(diào)整預(yù)生成密鑰的類(lèi)型比例，包括：當(dāng)qps峰值大于5000次/秒時(shí)，生成80%?ecdsa?p-256密鑰和20%?rsa-2048密鑰；當(dāng)業(yè)務(wù)標(biāo)簽為金融交易時(shí)，生成fips?186-5標(biāo)準(zhǔn)的ecdsa密鑰；當(dāng)檢測(cè)到國(guó)密合規(guī)要求時(shí)，生成sm2橢圓曲線(xiàn)密鑰。

28、進(jìn)一步地，三級(jí)結(jié)構(gòu)安全存儲(chǔ)步驟包括：

29、步驟s31：將熱池配置為采用內(nèi)存存儲(chǔ)未來(lái)短期內(nèi)即將調(diào)用的預(yù)生成密鑰，并使用aes-gcm加密算法進(jìn)行加密；

30、步驟s32：將溫池配置為采用ssd存儲(chǔ)中期預(yù)生成密鑰，并使用sm4加密算法進(jìn)行加密；以及?步驟s33：將冷池配置為采用對(duì)象存儲(chǔ)存儲(chǔ)冗余密鑰，僅在高負(fù)載且預(yù)測(cè)偏差超過(guò)閾值時(shí)啟用。

31、進(jìn)一步地，加密步驟包括：

32、步驟s311：對(duì)熱池采用aes-ni指令集加速，使用intel?aes-ni的gcm模式并行化處理并將密鑰塊大小優(yōu)化為與l1緩存行對(duì)齊；

33、步驟s312：對(duì)溫池采用sm4-ctr模式，利用ssd的并行io特性批量處理密鑰塊并預(yù)計(jì)算s盒查找表存入ssd控制器緩存。

34、進(jìn)一步地，還包括對(duì)預(yù)分配的kms密鑰進(jìn)行生命周期管理的步驟，包括：

35、設(shè)置密鑰的ttl，當(dāng)生存時(shí)間超過(guò)ttl且未被使用時(shí)，自動(dòng)銷(xiāo)毀該密鑰；

36、采用密鑰碎片化存儲(chǔ)技術(shù)，將單個(gè)密鑰拆分為多個(gè)碎片分散存儲(chǔ)，滿(mǎn)足k-n安全閾值，其中需要至少k個(gè)碎片才能還原完整密鑰，所述密鑰碎片化存儲(chǔ)采用(3,5)門(mén)限方案，將密鑰k分割為5個(gè)碎片：k?=?s1?⊕?s2?⊕?s3?⊕?s4?⊕?s5。

37、進(jìn)一步地，實(shí)現(xiàn)kms密鑰分配的步驟包括：?采用熱池優(yōu)先策略，優(yōu)先從熱池分配密鑰；?在熱池中的密鑰耗盡且實(shí)際請(qǐng)求量低于預(yù)測(cè)的低置信區(qū)間時(shí)，從溫池分配密鑰，并觸發(fā)異步補(bǔ)充預(yù)生成操作。

38、進(jìn)一步地，異步補(bǔ)充預(yù)生成操作采用雙緩沖隊(duì)列設(shè)計(jì)，包括：?設(shè)置活動(dòng)隊(duì)列用于當(dāng)前服務(wù)密鑰池和預(yù)備隊(duì)列用于后臺(tái)生成密鑰；?當(dāng)活動(dòng)隊(duì)列剩余量低于閾值時(shí)，切換至預(yù)備隊(duì)列提供服務(wù)，并異步觸發(fā)活動(dòng)隊(duì)列的密鑰補(bǔ)充，采用無(wú)鎖環(huán)形緩沖區(qū)。

39、進(jìn)一步地，實(shí)現(xiàn)kms密鑰分配的步驟還包括：?在實(shí)際請(qǐng)求量超出預(yù)測(cè)的高置信區(qū)間時(shí)，啟用冷池密鑰，同時(shí)觸發(fā)緊急密鑰生成，優(yōu)先使用gpu加速；以及?所述gpu加速采用cuda的并行化方案，對(duì)rsa和ecdsa密鑰分別進(jìn)行并行優(yōu)化處理。

40、進(jìn)一步地，安全降級(jí)處理包括：?在檢測(cè)到存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)異常時(shí)，自動(dòng)將受影響的密鑰標(biāo)記為失效；?基于預(yù)測(cè)模型動(dòng)態(tài)計(jì)算所需補(bǔ)充的預(yù)生成密鑰數(shù)量；?啟動(dòng)預(yù)生成流程；?將標(biāo)記為失效的密鑰從密鑰分配流程中排除。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

42、1.本發(fā)明提供了一種基于預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)的kms密鑰預(yù)分配與彈性調(diào)度方法，通過(guò)智能預(yù)分配機(jī)制顯著提升了密鑰服務(wù)的響應(yīng)速度。在業(yè)務(wù)大批量啟停升級(jí)等典型高并發(fā)場(chǎng)景測(cè)試中，99%的密鑰請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間控制在10ms以?xún)?nèi)，相比傳統(tǒng)實(shí)時(shí)生成方案的215ms有了質(zhì)的飛躍。這種高速響應(yīng)能力直接改善了用戶(hù)體驗(yàn)，減少了業(yè)務(wù)處理的等待時(shí)間，提高了整體系統(tǒng)的運(yùn)行效率，對(duì)于時(shí)間敏感型應(yīng)用尤為重要。

43、2.本發(fā)明提供了一種基于預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)的kms密鑰預(yù)分配與彈性調(diào)度方法，動(dòng)態(tài)預(yù)分配策略智能調(diào)整預(yù)生成密鑰池大小，使其波動(dòng)幅度減少了42%，同時(shí)將存儲(chǔ)資源利用率提升至91%。這種高效的資源配置模式有效解決了傳統(tǒng)靜態(tài)預(yù)分配方案中常見(jiàn)的資源浪費(fèi)或不足問(wèn)題。系統(tǒng)能夠根據(jù)預(yù)測(cè)的業(yè)務(wù)負(fù)載自適應(yīng)調(diào)整資源分配，既確保高峰期的服務(wù)質(zhì)量，又避免在低谷期產(chǎn)生大量閑置資源，從而降低了企業(yè)的整體運(yùn)營(yíng)成本。

44、3.本發(fā)明提供了一種基于預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)的kms密鑰預(yù)分配與彈性調(diào)度方法，采用的密鑰碎片化存儲(chǔ)技術(shù)將單點(diǎn)泄露風(fēng)險(xiǎn)降低了83%，通過(guò)將密鑰分割并分散存儲(chǔ)在不同介質(zhì)中，即使某一存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)被攻破，攻擊者也無(wú)法獲取完整密鑰。結(jié)合精確的ttl（生存時(shí)間）機(jī)制，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了零冗余密鑰殘留，確保過(guò)期密鑰被及時(shí)銷(xiāo)毀，不留安全隱患。這些安全措施在當(dāng)今日益嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境下，為企業(yè)密鑰管理提供了堅(jiān)實(shí)的防護(hù)能力。